KR101186388B1 - 발광 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시양태에 따르면, 발광 장치는 반도체 발광 소자, 실장 부재, 제1 파장 변환층, 및 제1 투광층을 포함한다. 반도체 발광 소자는 제1 광을 방출한다. 반도체 발광 소자는 실장 부재 상에 위치된다. 제1 파장 변환층은 반도체 발광 소자와 실장 부재 사이에서 실장 부재와 접촉하게 제공된다. 제1 파장 변환층은 제1 광을 흡수하여 제1 광의 파장보다 긴 파장을 갖는 제2 광을 방출한다. 제1 투광층은 반도체 발광 소자와 제1 파장 변환층 사이에서 반도체 발광 소자 및 제1 파장 변환층과 접촉하게 제공된다. 제1 투광층은 제1 광 및 제2 광에 대하여 투광성을 가진다.

Description

발광 장치 {LIGHT EMITTING DEVICE}
관련 출원의 상호 참조
본 출원은 2009년 12월 22일자로 출원된 종래의 일본 특허 출원 제2009-290553호에 기초하여 우선권을 주장하고, 그의 전체 내용은 참조에 의해 본원에 포함된다.
본원에 서술된 실시양태는 일반적으로 발광 장치에 관한 것이다.
저 전력 소비의 소형 발광 장치로서, 청색 LED와 같은 반도체 발광 소자와 형광체를 조합함으로써 백색 광을 방출하는 백색 LED 발광 장치가 개발되었다.
JP-A 2001-210874(공개)에는 기판, 및 기판의 하면에 미리 제공된 형광체층을 포함하는 LED 칩을 리드 프레임 상에 실장하고 LED 칩의 표면에 형광체를 도포하는 구성이 개시되어 있다. 그러나, 이러한 구성에서는 효율이 충분히 향상될 수 없다. 또한, LED 칩과 리드 프레임 사이에 형광체층 및 다이 본딩 접착제가 제공되기 때문에 방열성이 나쁘고, 발열로 인해 발광 효율이 저하되며, 원치않게 신뢰성이 저하된다.
발광 장치의 고 효율화에 대한 요구가 높아짐에도 불구하고, 종래의 기술에서는 효율이 충분히 향상될 수 없다.
도 1은 발광 장치를 나타내는 개략적인 단면도이다.
도 2는 발광 장치에 사용되는 반도체 발광 소자를 나타내는 개략적인 단면도이다.
도 3은 발광 장치의 작동을 나타내는 개략도이다.
도 4는 비교예의 발광 장치를 나타내는 개략적인 단면도이다.
도 5는 비교예의 발광 장치를 나타내는 개략적인 단면도이다.
도 6은 발광 장치를 나타내는 개략적인 단면도이다.
도 7은 비교예의 발광 장치를 나타내는 개략적인 단면도이다.
도 8은 비교예의 발광 장치를 나타내는 개략적인 단면도이다.
도 9는 비교예의 발광 장치를 나타내는 개략적인 단면도이다.
도 10은 비교예의 발광 장치를 나타내는 개략적인 단면도이다.
도 11a, 도 11b, 및 도 11c는 발광 장치를 나타내는 개략적인 단면도이다.
도 12a, 도 12b, 및 도 12c는 발광 장치를 나타내는 개략적인 단면도이다.
도 13a 및 도 13b는 발광 장치를 나타내는 개략적인 단면도이다.
도 14a 및 도 14b는 발광 장치를 나타내는 개략적인 단면도이다.
일반적으로, 일 실시양태에 따르면, 발광 장치는 반도체 발광 소자, 실장 부재, 제1 파장 변환층, 및 제1 투광층을 포함한다. 반도체 발광 소자는 제1 광을 방출하고, 기판과, 상기 기판과 적층되어 상기 기판에 접하는 질화물 반도체층을 포함한다. 상기 실장 부재와 상기 질화물 반도체층 사이에 상기 기판이 배치되어 있다. 제1 파장 변환층은 상기 기판과 상기 실장 부재 사이에서 상기 실장 부재에 접촉하여 제공되고, 상기 제1 광을 흡수하여 상기 제1 광의 파장보다 긴 파장을 갖는 제2 광을 방출한다. 제1 투광층은 상기 기판과 상기 제1 파장 변환층 사이에서 상기 기판 및 상기 제1 파장 변환층에 접촉하여 제공되고, 상기 제1 광 및 상기 제2 광에 대하여 투광성을 갖는다. 상기 질화물 반도체층의 굴절률이 상기 기판의 굴절률보다 크다. 상기 기판의 굴절률이 제1 투광층의 굴절률보다 크다. 상기 제1 투광층의 굴절률이 상기 제1 파장 변환층의 굴절률 이상이다. 상기 제1 투광층은, 상기 제2 광을 상기 제1 투광층과 상기 기판 사이의 계면과 상기 제1 투광층과 상기 제1 파장 변환층 사이의 계면에서 반사시킴으로써, 상기 제1 투광층을 통해 전파시켜(propagate) 상기 제1 투광층의 측면으로부터 외부로 추출시키도록 구성된다.
이제 도면을 참조하여 본 발명의 예시적인 실시양태를 상세히 설명한다.
도면은 개략적이거나 또는 개념적이고, 부분의 두께와 폭 사이의 관계, 부분들 사이의 크기의 비율 등은 반드시 실제값과 동일하지는 않다. 또한, 치수 및 비율이 동일한 부분에 대해서도 도면들 사이에 다르게 나타낼 수 있다.
본 출원의 명세서 및 도면에서, 전술한 도면과 관련하여 서술된 것과 동일한 구성요소는 동일한 참조부호를 붙이고 상세한 설명은 적절히 생략한다.
제1 실시양태
도 1은 본 발명의 제1 실시양태에 따른 발광 장치의 구성을 나타내는 개략적인 단면도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시양태에 따른 발광 장치에 사용되는 반도체 발광 소자의 구성을 나타내는 개략적인 단면도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 실시양태에 따른 발광 장치(210)는 반도체 발광 소자(10), 실장 부재(20), 제1 파장 변환층(30), 및 제1 투광층(40)을 포함한다.
제1 파장 변환층(30)은 반도체 발광 소자(10)와 실장 부재(20) 사이에서 실장 부재(20)에 접촉하게 제공된다. 제1 파장 변환층(30)은 반도체 발광 소자(10)로부터 방출되는 제1 광을 흡수하여 제1 광의 파장보다 긴 파장을 갖는 제2 광을 방출한다. 즉, 제2 광의 파장 대역은 제1 광의 파장 대역보다 길다. 예를 들어, 제2 광의 파장 대역의 최단 파장은 제1 광의 파장 대역의 최단 파장보다 길다. 예를 들어, 제2 광의 파장 대역의 최장 파장은 제1 광의 파장 대역의 최장 파장보다 길다. 예를 들어, 제2 광의 파장 대역의 최단 파장은 제1 광의 파장 대역의 최장 파장보다 길다. 예를 들어, 제2 광의 피크 파장은 제1 광의 피크 파장보다 길다.
제1 투광층(40)은 반도체 발광 소자(10)와 제1 파장 변환층(30) 사이에서 반도체 발광 소자(10) 및 제1 파장 변환층(30)에 접촉하게 제공된다. 제1 투광층(40)은 제1 광 및 제2 광에 대하여 투광성을 가진다.
도 2에 도시된 바와 같이, 반도체 발광 소자(10)는 기판(90) 상에 순차적으로 적층된 버퍼층(101), n형 접촉층(102), 발광층(103), p형 전자 차단층(104), 및 p형 접촉층(105)을 포함하는 적층 구조체를 포함한다. 버퍼층(101)은, 예를 들어 다결정 GaN을 포함할 수 있고, n형 접촉층(102)은, 예를 들어 Si로 도핑된 GaN을 포함할 수 있다. 발광층(103)은, 예를 들어 장벽층과 웰층이 교대로 복수 적층된 양자 웰 구조를 가질 수 있다. 장벽층은, 예를 들어 GaN을 포함할 수 있고, 웰층은, 예를 들어 InGaN을 포함할 수 있다. p형 전자 차단층(104)은, 예를 들어 Mg로 도핑된 AlGaN을 포함할 수 있다. p형 접촉층(105)은, 예를 들어 Mg로 도핑된 GaN을 포함할 수 있다.
본 구체예의 반도체 발광 소자(10)의 적층 구조체에서, n형 접촉층(102)의 일부, 및 발광층(103), p형 전자 차단층(104), 및 p형 접촉층(105)의 일부가 제거되고, n형 접촉층(102)의 일부가 노출된다. n형 접촉층(102)에 접속하기 위해 n측 전극(108)이 더 제공되고, p형 접촉층(105)에 접속하기 위해 p측 전극(107)이 더 제공된다. 즉, p측 전극(107)은 반도체 발광 소자(10)의 p형 반도체층(p형 접촉층(105)) 측 상의 제1 주면(10a)에서, p형 반도체층(p형 접촉층(105))에 접촉하게 제공된다. 반도체 발광 소자(10)의 n형 반도체층(n형 접촉층(102)) 측 상의 제2 주면(10b)은 실장 부재(20)에 대향하는 측의 면이다.
반도체 발광 소자(10)의 각 반도체층은 질화물 반도체를 포함할 수 있다. 즉, 반도체 발광 소자(10)는, 예를 들어 청색 발광 다이오드(LED), 청자색 LED, 자색 LED, 자외 LED 등을 포함할 수 있다. 그러나, 본 발명의 실시양태는 이에 제한되지는 않는다. 임의의 반도체 발광 소자(10)가 사용될 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같은 본 구체예에서는, p측 기판 전극(107e) 및 n측 기판 전극(108e)은 실장 부재(20) 상에 제공된다. p측 기판 전극(107e) 및 n측 기판 전극(108e)은 p측 배선(107w) 및 n측 배선(108w)을 통해 각각 반도체 발광 소자(10)의 p측 전극(107) 및 n측 전극(108)에 접속된다. 그러나, 상기의 설명은 일례이며, 본 발명의 실시양태는 이에 제한되지는 않는다. 반도체 발광 소자(10) 및 실장 부재(20)의 전기적 접속 및 배치의 형태의 다양한 변형이 가능하다.
본 구체예에서, 실장 부재(20)는 반도체 발광 소자(10)가 실장되는 컵 모양의 형상을 갖는 부재이지만, 실장 부재(20)는 반도체 발광 소자(10)가 실장될 수 있는 구성요소이면 충분하다. 실장 부재(20)의 형상은 임의적이다. 실장 부재(20)는 무기 재료, 유기 재료 등과 같은 임의의 재료를 포함할 수 있다.
실장 부재(20)의 반도체 발광 소자(10) 측(제1 파장 변환층(30) 측)의 면은 높은 반사율을 갖는 면일 수 있다. 예를 들어, 실장 부재(20)의 반도체 발광 소자(10) 측의 면, 즉 실장 부재(20)의 실장면(반도체 발광 소자(10)가 실장되는 면)에는 Ag 등으로 이루어진 반사막(비도시)이 제공될 수 있다.
제1 파장 변환층(30)은 제1 수지(32) 내에 분산된 제1 파장 변환 입자(31)를 포함할 수 있고, 여기서 제1 파장 변환 입자(31)는 제1 광을 흡수하여 제2 광을 방출한다.
제1 파장 변환 입자(31)는, 예를 들어 형광체 미립자, 질화물 반도체 미립자 등을 포함할 수 있다. 질화물 반도체는 AlxGayIn1 -x-yN(0≤x≤1, 0≤y≤1, 및 x+y≤1)을 포함할 수 있다. 이러한 질화물 반도체의 경우, 방출된 광의 파장은 상기한 x 및 y의 값을 변화시킴으로써 변화될 수 있다. 상기한 질화물 반도체에서, Ⅲ족 원소의 일부를 B, Tl 등으로 치환할 수 있다. N의 일부를 P, As, Sb, Bi 등으로 치환할 수 있다.
제1 파장 변환 입자(31)는 1종류의 재료에 제한되지는 않고, 2종류 이상의 재료를 포함할 수 있다.
예를 들어, 제1 파장 변환층(30)의 제1 수지(32)로서 실리콘계 수지 등이 사용될 수 있다.
제1 파장 변환층(30)은 제1 투광층(40)을 통하여 반도체 발광 소자(10)를 실장 부재(20)에 접착시키는 접착 기능을 가질 수 있다. 즉, 제1 수지(32)로서 접착 기능을 갖는 재료를 사용할 수 있다. 이에 의해, 별도의 접착제를 제공하지 않고 반도체 발광 소자(10) (및 제1 투광층(40))을 실장 부재(20)에 고정할 수 있고, 접착제를 별도로 제공함으로써 발광 효율의 저하를 억제할 수 있고, 공정이 간략화될 수 있다.
제1 투광층(40)은 제1 광 및 제2 광에 대하여 투광성을 갖는 임의의 재료를 포함할 수 있다. 즉, 제1 투광층(40)은 반도체 발광 소자(10)의 발광 파장 근방의 파장 및 이것보다 더 긴 파장 영역의 파장에서 실질적으로 투명하다. 제1 투광층(40)은, 예를 들어 실리콘계 수지와 같은 임의의 유기 재료, 및 SiO2와 같은 산화물, SiN과 같은 질화물, SiON과 같은 산 질화물을 포함하는 임의의 무기 재료를 포함할 수 있다.
도 3은 본 발명의 제1 실시양태에 따른 발광 장치의 작동을 나타내는 개략도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 반도체 발광 소자(10)의 발광층(103)에 의해 방출된 제1 광(L1)의 일부는, p형 반도체층 측 상의 제1 주면(10a)(상면)을 향해 진행하고 발광 장치(210)의 외부로 추출된다. 제1 광(L1)의 다른 일부는 n형 반도체층(n형 접촉층(102)) 측 상의 제2 주면(10b)(하면)을 향해 진행하고 제1 투광층(40)을 통과하여 제1 파장 변환층(30)에 입사한다. 제1 광(L1)은 제1 파장 변환층(30)에 흡수되고, 제1 광(L1)과는 다른 파장 특성(제1 광(L1)보다 긴 파장을 갖는 파장 특성)을 갖는 제2 광(L2)이 방출된다.
제1 파장 변환층(30)이 제공되지 않은 경우에, 반도체 발광 소자(10)로부터 실장 부재(20) 측으로 방출되는 제1 광(L1)이 실장 부재(20)에 의해 반사되어 반도체 발광 소자(10)의 내부로 복귀하고 특히 반도체 발광 소자(10)의 발광층(103)에 의해 원치않게 재흡수되기 때문에 효율이 저하된다.
역으로, 제1 파장 변환층(30)을 제공함으로써, 반도체 발광 소자(10)로부터 실장 부재(20) 측으로 방출되는 제1 광(L1)은, 제1 광(L1)보다 긴 파장을 갖는 제2 광(L2)으로 변환된다. 이에 의해, 제2 광(L2)이 실장 부재(20)에 의해 반사되어 반도체 발광 소자(10)의 내부로 복귀하고 반도체 발광 소자(10)(특히 발광층(103))에 입사한 경우에서도, 제2 광(L2)의 파장이 제1 광(L1)의 파장보다 길기 때문에, 제2 광(L2)은 반도체 발광 소자(10)(특히 발광층(103))에 의해 쉽게 재흡수되지 않는다. 따라서, 제2 광(L2)은 반도체 발광 소자(10)로부터 외부로 쉽게 방출되어, 손실이 적다.
본 실시양태에 따른 발광 장치(210)에 제1 투광층(40)을 제공함으로써, 실장 부재(20)에 의해 반사된 광은 반도체 발광 소자(10)로 복귀되지 않고 직접적으로 외부로 방출되어, 광 추출 효율이 더 향상된다.
즉, 제1 파장 변환층(30)에 의해 방출된 제2 광(L2)은 반도체 발광 소자(10)에 입사하기 전에 제1 투광층(40)에 입사한다. 그 후, 제2 광(L2)은 제1 투광층(40)을 통해 전파하고, 제1 투광층(40)의 측면으로부터 외부로 추출된다.
예를 들어, 제2 광(L2)은 제1 투광층(40)과 반도체 발광 소자(10)의 제1 투광층(40) 측의 제2 주면(10b) 사이의 계면, 및 제1 투광층(40)과 제1 파장 변환층(30) 사이의 계면에 의해 반사되거나, 또는 제1 투광층(40)과 제2 주면(10b) 사이의 계면, 및 제1 파장 변환층(30)과 실장 부재(20) 사이의 계면에 의해 반사됨으로써 제1 투광층(40)을 통해 전파한다.
이에 의해, 제2 광(L2)은 실질적으로 반도체 발광 소자(10)의 내부(특히 발광층(103))로 진입하지 않고, 제2 광(L2)이 반도체 발광 소자(10)의 내부(특히 발광층(103))로 흡수되는 것에 기인한 손실이 억제된다. 이에 의해, 효율이 더 향상된다.
반도체 발광 소자(10)로부터 방출된 제1 광(L1)은 또한 제1 투광층(40)을 통해 전파하여 제1 투광층(40)의 측면으로부터 외부로 추출될 수 있다.
예를 들어, 제1 광(L1)은 제1 투광층(40)과 반도체 발광 소자(10)의 제1 투광층(40) 측의 제2 주면(10b) 사이의 계면, 및 제1 투광층(40)과 제1 파장 변환층(30) 사이의 계면에 의해 반사되거나, 또는 제1 투광층(40)과 제2 주면(10b) 사이의 계면, 및 제1 파장 변환층(30)과 실장 부재(20) 사이의 계면에 의해 반사됨으로써 제1 투광층(40)을 통해 전파한다.
이에 의해, 제1 광(L1)은 실질적으로 실장 부재(20) 측으로부터 반도체 발광 소자(10)의 내부(특히 발광층(103))로 진입하지 않아, 제1 광(L1)이 반도체 발광 소자(10)의 내부(특히 발광층(103))로 흡수되는 것에 기인한 손실이 억제된다. 이에 의해, 효율이 향상된다.
제1 광(L1) 및 제2 광(L2)이 제1 투광층(40)의 내부를 통해 전파하는 것을 촉진하기 위해서, 제1 투광층(40), 제1 파장 변환층(30), 및 반도체 발광 소자(10)(특히 제1 투광층(40) 측 부분)의 굴절률을 적절히 설정하는 것이 바람직하다.
즉, 제1 투광층(40)에 접촉하는 반도체 발광 소자(10)의 부분(즉, 제2 주면(10b) 측의 부분이며, 본 구체예에서는 기판(90))의 굴절률(제1 굴절률(n1))은, 제1 투광층(40)의 굴절률(제2 굴절률(n2))보다 큰 것이 바람직하다. 제1 투광층(40)에 접촉하는 제1 파장 변환층(30) 부분의 굴절률(제3 굴절률(n3))은, 제1 투광층(40)의 굴절률(제2 굴절률(n2)) 이하인 것이 바람직하다. 즉, n3≤n2<n1인 것이 바람직하다.
제1 굴절률(n1)을 제2 굴절률(n2)보다 크게 설정함으로써, 제1 투광층(40)으로부터 반도체 발광 소자(10)를 향해서 진행하는 제2 광(L2)은 제1 투광층(40) 측으로 효과적으로 반사될 수 있다. 또한, 제1 투광층(40)에 입사한 제1 광(L1)은 제1 투광층(40)을 통해 효과적으로 전파할 수 있다.
제3 굴절률(n3)을 제2 굴절률(n2) 이하로 설정함으로써, 제2 광(L2)은 제1 파장 변환층(30)으로부터 제1 투광층(40)으로 효과적으로 입사한다. 또한, 제1 투광층(40)으로부터 제1 파장 변환층(30)을 향하는 제2 광(L2)은 제1 투광층(40)과 제1 파장 변환층(30) 사이의 계면에 의해 반사될 수 있고, 제2 광(L2)은 제1 투광층(40)을 통해 효과적으로 전파할 수 있다.
제3 굴절률(n3)이 제2 굴절률(n2)과 동일한 경우에, 제1 투광층(40)으로부터 제1 파장 변환층(30)을 향해 진행하는 제1 광(L1)은 제1 투광층(40)과 제1 파장 변환층(30) 사이의 계면을 손실 없이 통과하고, 제1 파장 변환층(30)은 제2 광(L2)을 효과적으로 방출한다. 또한, 실장 부재(20)의 제1 파장 변환층(30) 측의 면에 의해 반사된 제2 광(L2)은 제1 투광층(40)으로 효과적으로 입사할 수 있고, 제2 광(L2)은 제1 투광층(40)을 통해 효과적으로 전파할 수 있다. 또한, 제1 투광층(40)에 입사한 제1 광(L1)은 제1 투광층(40)을 통해 효과적으로 전파할 수 있다.
예를 들어, 본 구체예에서, 제1 투광층(40)에 접촉하는 반도체 발광 소자(10) 측(제2 주면(10b) 측)의 부분인 기판(90)으로서 사파이어가 사용된다. 이러한 경우에, 제1 굴절률(n1)은 약 1.8이다. 제1 투광층(40)에 접촉하는 반도체 발광 소자(10) 측(제2 주면(10b)의 측)의 부분이 n형 접촉층(102)(예를 들어, GaN층)인 경우에, 제1 굴절률(n1)은 약 2.5이다.
한편, 실리콘계 수지는, 예를 들어 제1 투광층(40)으로서 사용될 수 있고, 제2 굴절률(n2)은 약 1.5일 수 있다. 제1 파장 변환층(30)은 제1 수지(32) 내에 분산된 제1 파장 변환 입자(31)를 포함할 수 있고, 제1 수지(32)로서 실리콘계 수지가 사용될 수 있으며, 제3 굴절률(n3)은 약 1.4일 수 있다. 따라서, n3≤n2<n1의 관계를 실현할 수 있다.
이러한 관계로 굴절률을 설정함으로써, 제1 광(L1) 및 제2 광(L2)은 제1 투광층(40)의 반도체 발광 소자(10) 측의 계면, 및 제1 투광층(40)의 제1 파장 변환층(30) 측의 계면에 의해 효과적으로 반사된다(예를 들어, 전반사함). 이에 의해, 제1 광(L1) 및 제2 광(L2)은 효과적으로 제1 투광층(40)을 통해 전파하고, 이러한 광은 반도체 발광 소자(10)로 입사하지 않고 외부에 방출될 수 있어, 광 추출 효율이 향상될 수 있고, 효율이 향상될 수 있다.
이와 같이, 제1 굴절률(n1), 제2 굴절률(n2), 및 제3 굴절률(n3) 사이의 상호 관계를 제어함으로써, 효율이 더 향상된다.
제1 파장 변환 입자(31)의 입도가 1마이크로미터(㎛) 이상, 50㎛ 이하인 것이 바람직하다. 제1 파장 변환 입자(31)의 입도가 1㎛ 이상, 50㎛ 이하인 경우에, 제1 파장 변환층(30)의 파장 변환 효율이 향상되고, 발광 효율이 향상된다. 제1 파장 변환 입자(31)의 입도가 1㎛ 미만인 경우에, 제1 파장 변환층(30)에서 제1 광(L1)의 흡수율이 저하하고, 발광 효율이 쉽게 저하된다. 제1 파장 변환 입자(31)의 입도가 50㎛ 초과인 경우에, 방열성이 나빠지고, 발광 효율이 저하할 수 있다. 몇몇 경우에, 제1 파장 변환층(30)의 접착 강도가 저하할 수 있고, 발광 장치의 신뢰성이 열화할 수 있다.
제1 파장 변환층(30)은 복수의 층을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 파장 변환층(30)은, 예를 들어 적색 형광체를 포함하는 적색 형광체층, 및 적색 형광체층 상에 적층된 황색 형광체를 포함하는 황색 형광체층을 포함할 수 있다. 제1 파장 변환층(30)은 상기한 황색 형광체층과 상기한 적색 형광체층 사이에 제공된 투광층을 더 포함할 수 있다. 이에 의해, 광학적인 특성과 제조의 용이함 양쪽을 더 향상시킬 수 있다.
제1 실시예
이제 본 실시양태에 따른 제1 실시예의 발광 장치의 특성을 비교예와 비교하여 설명한다.
제1 실시예의 발광 장치(210a)는 도 1에 도시된 발광 장치(210)의 구성과 유사한 구성을 가진다. 발광 장치(210a)는 이하와 같이 해서 구성되었다.
실장 부재(20)로서 AlN으로 이루어진 실장 기판을 사용하였다. 즉, 실장 부재(20)는 AlN 재료를 성형함으로써 구성되었다.
한편, 반도체 발광 소자(10)로서, InGaN 화합물 반도체를 포함하는 발광층(103)을 갖는 청색 LED 칩을 사용하였다. 반도체 발광 소자(10)의 발광 파장(제1 광(L1)의 파장)의 피크는 450㎚(나노미터)였다.
반도체 발광 소자(10)의 하면(제2 주면(10b))에 제1 투광층(40)을 형성하였다. 제1 투광층(40)으로서 투명한 실리콘 수지를 사용하였다. 즉, 반도체 발광 소자(10)의 하면(제2 주면(10b))에 실리콘 수지를 도포하고 150℃로 10분 내지 90분 동안 상압에서 실리콘 수지를 건조함으로써, 제1 투광층(40)을 얻었다. 실리콘 수지의 굴절률(제2 굴절률(n2))은 1.54였고, 이는 후술하는 제1 파장 변환층(30)의 굴절률(제3 굴절률(n3))인 1.41보다 컸고, 반도체 발광 소자(10)의 기판(90)의 굴절률(제1 굴절률(n1))인 1.78보다 작았다.
한편, 실장 부재(20)의 실장면에 제1 파장 변환층(30)을 형성하였다. 제1 파장 변환층(30)의 제1 파장 변환 입자(31)로서 560㎚에 발광 피크를 갖는 실리케이트계 황색 형광체((Sr, Ca, Ba)2SiO4:Eu의 조성을 가짐)을 사용하였다. 제1 수지(32)로서 실리콘계 투명 다이 본딩 재료를 사용하였다. 약 10㎛의 입도를 갖는 제1 파장 변환 입자(31)를 50wt%(중량 퍼센트)의 농도로 제1 수지(32) 내에 분산시킨 후, 실장 부재(20)의 실장면에 도포하여 제1 파장 변환층(30)을 형성하였다.
반도체 발광 소자(10)는 제1 파장 변환층(30)에 의해 실장 부재(20)에 접착되었고, 제1 투광층(40)을 포함하는 반도체 발광 소자(10)를 제1 파장 변환층(30) 상에 위치시키고 제1 파장 변환층(30)을 건조시킴으로써 고정되었다. 그 후, 실장 부재(20)의 p측 기판 전극(107e) 및 n측 기판 전극(108e)을 p측 배선(107w) 및 n측 배선(108w)에 의해 각각 반도체 발광 소자(10)의 p측 전극(107) 및 n측 전극(108)에 전기적으로 접속하였다.
따라서, 제1 실시예의 발광 장치(210a)를 구성하였다.
발광 장치(210a)의 발광 특성을 측정하였다. 발광 효율은 20mA의 전류로 구동한 경우 40.7(lm/W)이었고, 높은 효율을 얻었다.
제1 비교예
도 4는 제1 비교예의 발광 장치의 구성을 나타내는 개략적인 단면도이다.
도 4에 도시된 바와 같은 제1 비교예의 발광 장치(219a)에서, 제1 파장 변환층(30)은 반도체 발광 소자(10)의 제2 주면(10b)에 접촉하게 제공되었고, 실리콘계 투명 다이 본딩 재료층(41)은 제1 파장 변환층(30)과 실장 부재(20) 사이에 제공되었다. 실리콘계 투명 다이 본딩 재료층(41)은 제1 실시예의 제1 투광층(40)과 유사한 특성을 갖는 층이었다. 즉, 발광 장치(219a)는, 제1 실시예의 발광 장치(210a)의 제1 파장 변환층(30)의 위치와 제1 투광층(40)의 위치를 상호 교환한 구성을 가졌다.
이러한 구성을 갖는 발광 장치(219a)는 20mA의 전류로 구동한 경우 38.2(lm/W)의 발광 효율을 가졌으며, 낮은 효율을 얻었다.
제2 비교예
도 5는 제2 비교예의 발광 장치의 구성을 나타내는 개략적인 단면도이다.
도 5에 도시된 바와 같은 제2 비교예의 발광 장치(219b)에서, 제1 투광층(40)은 제공되지 않는다. 즉, 발광 장치(219b)는 제1 실시예의 발광 장치(210a)에서 제1 투광층(40)이 제공되지 않은 구성에 상당한다.
이러한 구성을 갖는 발광 장치(219b)는 20mA의 전류로 구동한 경우 38.8(lm/W)의 발광 효율을 가졌다. 효율이 제1 비교예의 발광 장치(219a)보다 향상되었지만, 향상도(제1 비교예에 대한 비율)는 약 1.02였고, 향상도는 낮았다.
역으로, 전술한 바와 같이, 제1 실시예의 발광 장치(210a)의 발광 효율은 제1 비교예 및 제2 비교예의 발광 효율보다 높았다. 또한, 제1 실시예에서의 효율의 향상도(제1 비교예에 대한 비율)는 약 1.06이었고, 제1 실시예에서의 효율의 향상도는 매우 컸다.
제1 비교예에서 효율이 낮았던 것은, 제1 파장 변환층(30)이 반도체 발광 소자(10)와 직접적으로 접촉하여, 제1 파장 변환층(30)에 의해 방출된 제2 광(L2)이 직접적으로 외부로 쉽게 추출되지 않고, 제2 광(L2)의 대부분은 반도체 발광 소자(10)에 입사하여 원치않게 반도체 발광 소자(10)의 내부에 흡수되기 때문이라고 생각된다. 또한, 제1 파장 변환층(30)과 실장 부재(20) 사이에 실리콘계 투명 다이 본딩 재료층(41)이 제공되기 때문에, 반도체 발광 소자(10) 및 제1 파장 변환층(30)에 의해 발생된 열이 실장 부재(20)로 쉽게 전도되지 않아 쉽게 방산되지 않는다. 이에 의해, 반도체 발광 소자(10)의 온도가 쉽게 상승하고, 반도체 발광 소자(10)의 발광 효율이 저하하며, 효율이 더 저하되는 것으로 생각된다.
또한, 제2 비교예에서 효율이 낮았던 것은, 제1 파장 변환층(30)이 반도체 발광 소자(10)와 직접적으로 접촉하여, 제1 파장 변환층(30)에 의해 방출된 제2 광(L2)이 직접적으로 외부로 쉽게 추출되지 않고, 제2 광(L2)의 대부분이 반도체 발광 소자(10)로 입사하여 원치않게 반도체 발광 소자(10)의 내부에 흡수되기 때문이라고 생각된다. 제2 비교예의 효율이 제1 비교예의 효율보다 높았던 것은, 제1 파장 변환층(30)이 실장 부재(20)에 직접적으로 접촉하여, 제1 파장 변환층(30)에서 발생된 열이 실장 부재(20)로 쉽게 전도되고, 발열이 억제되어, 반도체 발광 소자(10)의 온도 상승이 억제되기 때문이라고 생각된다.
역으로, 제1 실시예의 발광 장치(210a)에서, 제1 파장 변환층(30)과 반도체 발광 소자(10) 사이에 제1 투광층(40)을 제공함으로써, 실장 부재(20)에 의해 반사된 광(제1 광(L1) 및 제2 광(L2))은 반도체 발광 소자(10)로 복귀하지 않고 직접적으로 외부로 방출될 수 있고, 광 추출 효율이 향상된다. 추가적으로, 제1 파장 변환층(30)은 실장 부재(20)에 직접적으로 접촉한다. 따라서, 제1 파장 변환층(30)에서 발생된 열이 실장 부재(20)로 효과적으로 전도되고, 발열이 억제되어, 반도체 발광 소자(10)의 온도 상승이 억제되고, 반도체 발광 소자(10)의 발광 효율의 저하가 억제되어, 발광 효율이 향상된다.
따라서, 제1 실시양태에 따른 발광 장치(210)의 형태는 제1 실시예의 발광 장치(210a)에 적용되어 높은 효율을 갖는 발광 장치를 제공할 수 있다.
제1 비교예의 발광 장치(219a)에서, 소자 분리 전에 반도체 발광 소자(10)의 기판(90)의 하면에 제1 파장 변환층(30)의 형성에 사용되는 형광체층을 미리 형성하고, 소자 분리를 수행한 경우는, 반도체 발광 소자(10)로부터 형광체층을 쉽게 박리하고, 원치않게 발광의 색 불균일 및 휘도 편차가 발생할 수 있다.
상기한 발광 장치(210a, 219a, 219b)는 후술되는 제2 파장 변환층을 더 배치하는 것을 가정하여 백색 광이 아니고 청색 광으로 조정되었다. 즉, 발광 장치(210a, 219a, 219b)의 발광 파장의 색도 좌표는 (0.18, 0.10)이었다. 동일한 색도의 발광인 경우, 상기한 바와 같이, 제1 실시예의 발광 장치(210a)는 제1 비교예 및 제2 비교예의 발광 장치(219a, 219b)보다 높은 효율을 실현하였다.
제2 실시양태
도 6은 본 발명의 제2 실시양태에 따른 발광 장치의 구성을 나타내는 개략적인 단면도이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 실시양태에 따른 발광 장치(220)는 상기한 반도체 발광 소자(10), 실장 부재(20), 제1 파장 변환층(30), 및 제1 투광층(40) 외에, 제2 파장 변환층(80), 및 제2 투광층(60)을 더 포함한다.
제2 파장 변환층(80)은 제1 투광층(40)과는 반대인 반도체 발광 소자(10) 측에 제공된다. 제2 파장 변환층(80)은 제1 광(L1)을 흡수하여 제1 광(L1)과는 다른 파장 특성을 갖는 제3 광을 방출한다. 제3 광은 제2 광(L2)과는 다른 파장 특성을 가질 수 있고, 제3 광은 제2 광(L2)과 실질적으로 동일한 파장 특성을 가질 수 있다. 제2 파장 변환층(80)은 제2 광(L2)을 더 흡수하고, 이에 의해 제2 파장 변환층(80)으로부터 방출되는 제3 광은 제1 광(L1) 및 제2 광(L2)과는 다른 파장 특성을 가질 수 있다.
제2 투광층(60)은 반도체 발광 소자(10)와 제2 파장 변환층(80) 사이에 제공된다. 제2 투광층(60)은 제1 광(L1), 제2 광(L2), 및 제3 광에 대하여 투광성을 가진다.
즉, 투명 수지층은, 예를 들어 반도체 발광 소자(10)를 덮도록, 예를 들어 위로 볼록한 만곡된 형상을 갖는 외면을 갖는 제2 투광층(60)으로서 제공될 수 있다. 실리콘 수지는, 예를 들어 제2 투광층(60)으로서 사용될 수 있다. 위로 볼록한 형상을 갖는 만곡된 면의 단면의 곡선은, 예를 들어 반원호 형상, 포물선 형상등과 같은 임의의 형상을 가질 수 있다.
본 구체예에서, 제2 투광층(60)의 단부는 실장 부재(20)에 접촉한다. 따라서, 제2 투광층(60)을 제공하여 반도체 발광 소자(10)를 덮음으로써, 제2 투광층(60)은 반도체 발광 소자(10)를 보호할 수 있고, 발광 장치(220)의 신뢰성이 향상된다. 그러나, 본 발명의 실시양태는 이에 제한되지는 않는다. 몇몇 경우에, 제2 투광층(60)의 단부의 적어도 일부는 실장 부재(20)로부터 이격되게 제공될 수 있다.
제2 투광층(60) 상에 제2 파장 변환층(80)이 제공된다. 제2 파장 변환층(80)은 제2 파장 변환 입자(비도시), 및 제2 파장 변환 입자가 분산된 제2 수지(비도시)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 형광체 입자, 및 형광체 입자가 분산되는 수지(제2 수지)를 포함할 수 있다. 제2 파장 변환 입자는 1종류의 재료에 제한되지는 않고, 2종류 이상의 재료를 포함할 수 있다.
제2 파장 변환층(80)에 의해 방출되는 제3 광의 발광 특성(예를 들어, 발광 파장)은, 반도체 발광 소자(10)에 의해 방출되는 제1 광(L1)의 발광 특성(예를 들어, 발광 파장), 및 제1 파장 변환층(30)에 의해 방출되는 제2 광(L2)의 발광 특성(예를 들어, 발광 파장)에 기초하여 적절히 설정될 수 있다.
제2 파장 변환층(80)에 광(제3 광)이 방출되는 경우에, 제2 파장 변환층(80)은 발열한다. 제2 파장 변환층(80)이 반도체 발광 소자(10) 주위에 직접적으로 제공된 비교예에서, 제2 파장 변환층(80)의 발열로 인해 반도체 발광 소자(10)의 온도가 상승하고, 반도체 발광 소자(10)의 발광 효율이 저하된다.
역으로, 본 실시양태에 따른 발광 장치(220)에서, 제2 투광층(60)은 반도체 발광 소자(10)를 덮기 위해 제공되고, 그 위에 제2 파장 변환층(80)이 제공된다. 따라서, 제2 파장 변환층(80)이 발열하는 경우에도, 제2 파장 변환층(80)과 반도체 발광 소자(10) 사이의 열전도가 억제되어, 반도체 발광 소자(10)의 온도의 상승을 억제할 수 있고, 반도체 발광 소자(10)의 발광 효율은 높은 값을 유지할 수 있다.
즉, 발광 장치(220)는, 제1 파장 변환층(30)이 제1 광(L1)을 제1 광(L1)보다 긴 파장의 제2 광(L2)으로 변환시키기 때문에, 실장 부재(20)에 의해 반사되어 반도체 발광 소자(10)의 내부로 복귀되는 광이 반도체 발광 소자(10)의 발광층(103)에 의해 재흡수되어서 효율이 저감되는 것을 억제하면서, 제1 투광층(40)에 의해 광(제1 광(L1) 및 제2 광(L2))을 외부로 안내하도록 야기함으로써 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 제2 파장 변환층(80)과 반도체 발광 소자(10) 사이에 제2 투광층(60)을 제공함으로써, 제2 파장 변환층(80)의 파장 변환 시의 발열로 인한 반도체 발광 소자(10)의 온도 상승을 억제할 수 있고, 반도체 발광 소자(10)의 온도 상승으로 인한 발광 효율의 저하를 억제할 수 있다. 또한, 제2 파장 변환층(80)과 반도체 발광 소자(10) 사이에 제2 투광층(60)을 제공함으로써, 제2 파장 변환층(80)의 막 두께가 쉽게 조정될 수 있고, 막 두께를 최적으로 조정함으로써 제2 파장 변환층(80)에서 제2 광(L2)의 재흡수를 억제할 수 있다. 이에 의해, 높은 발광 효율을 갖는 발광 장치를 얻을 수 있다.
제2 파장 변환층(80)의 단부는, 예를 들어 실장 부재(20)에 접촉하도록 제공될 수 있다. 이에 의해, 제2 파장 변환층(80)에 의해 발생된 열이 실장 부재(20)로 효과적으로 전도될 수 있고, 반도체 발광 소자(10)의 온도 상승이 더 저감될 수 있고, 반도체 발광 소자(10)의 발광 효율이 향상될 수 있고, 발광 장치(220)의 효율이 더 향상될 수 있다.
그러나, 본 발명의 실시양태는 이에 제한되지는 않는다. 제2 파장 변환층(80)에 의한 발열이 적은 경우나, 반도체 발광 소자(10)의 온도가 쉽게 상승하지 않는 경우나, 반도체 발광 소자(10)의 온도가 상승하는 경우에도 발광 효율이 쉽게 저하되지 않는 경우 등에서, 제2 파장 변환층(80)의 단부의 적어도 일부는 실장 부재(20)로부터 이격해서 제공될 수 있다.
제2 투광층(60)은 가스(공기를 포함함)를 포함하는 층을 포함할 수 있다. 이에 의해, 제2 파장 변환층(80)에 의해 발생된 열이 반도체 발광 소자(10)로 쉽게 전도되지 않아, 효율이 향상된다. 제2 투광층(60)이, 예를 들어 가스(공기를 포함함)층인 경우에, 제2 파장 변환층(80)은 제2 파장 변환층(80)이 그 자체의 형태가 유지될 수 있도록 형(die) 등을 사용하여 성형될 수 있고, 성형된 제2 파장 변환층(80)은 반도체 발광 소자(10)를 덮도록 반도체 발광 소자(10) 상에 배치될 수 있다.
제1 파장 변환층(30) 및 제2 파장 변환층(80)과 같은 파장 변환층을 복수 제공함으로써, 발광 장치(220)에 의해 방출된 광의 파장 특성을 제어하는 것이 더 쉬워지고, 높은 연색성(color rendition)을 갖는 원하는 발광을 실현하는 것이 더 쉬워진다.
본 실시양태에 따른 발광 장치(220)에서, 제3 광의 파장은 제1 광(L1)의 파장보다 길고 제2 광(L2)의 파장 이하이다. 제3 광의 파장 대역은 제1 광(L1)의 파장 대역보다 길고 제2 광(L2)의 파장 대역 이하이다. 예를 들어, 제3 광의 파장 대역의 최단 파장은 제1 광(L1)의 파장 대역의 최단 파장보다 길다. 예를 들어, 제3 광의 파장 대역의 최장 파장은 제1 광(L1)의 파장 대역의 최장 파장보다 길다. 예를 들어, 제3 광의 파장 대역의 최단 파장은 제1 광(L1)의 파장 대역의 최장 파장보다 길다. 또한, 예를 들어, 제3 광의 파장 대역의 최단 파장은 제2 광(L2)의 파장 대역의 최단 파장 이하이다. 예를 들어, 제3 광의 파장 대역의 최장 파장은 제2 광(L2)의 파장 대역의 최장 파장 이하이다. 제3 광의 파장 대역의 최장 파장은 제2 광(L2)의 파장 대역의 최단 파장 이하일 수 있다.
제3 광의 파장이 제1 광(L1)의 파장보다 길기 때문에, 반도체 발광 소자(10)의 특히 발광층(103)에 의한 제3 광의 재흡수가 억제되고, 효율이 향상된다.
제2 광(L2)의 파장이 제3 광의 파장보다 짧은 경우에, 제2 광(L2)이 제2 파장 변환층(80)을 통과할 때 제2 광(L2)은 제2 파장 변환층(80)에 의해 흡수되어, 효율이 쉽게 저하된다. 그러나, 제2 광(L2)의 파장 이하의 파장을 갖는 제3 광을 제공함으로써, 제2 광(L2)의 제2 파장 변환층(80)으로의 흡수가 억제되어, 효율이 향상된다.
예를 들어, 제1 광(L1)이 청색 광인 경우에, 제2 광(L2)은 황색 광일 수 있고 제3 광도 황색 광일 수 있다. 또한, 예를 들어, 제1 광(L1)이 청색 광인 경우에, 제2 광(L2)은 적색 광일 수 있고 제3 광은 녹색 광일 수 있다. 예를 들어, 제1 광(L1)이 근자외 광인 경우에, 제2 광(L2)은 적색 광일 수 있고 제3 광은 청색 및 녹색 광일 수 있다.
예를 들어, 반도체 발광 소자(10)로부터 방출되는 제1 광(L1)이 청색 영역에 발광 피크를 갖는 광인 경우에, 제1 파장 변환층(30)은 황색의 제2 광(L2)(예를 들어, 형광)을 방출하고, 제2 파장 변환층(80)도 황색의 제3 광을 방출한다. 이에 의해, 발광 장치(220)는 백색 광을 방출할 수 있다.
또한, 반도체 발광 소자(10)로부터 방출되는 제1 광(L1)이 청색 영역에 발광 피크를 갖는 광인 경우에, 제1 파장 변환층(30)은 적색의 제2 광(L2)(예를 들어, 형광)을 방출하고, 제2 파장 변환층(80)은 녹색의 제3 광을 방출한다. 이에 의해, 발광 장치(220)은 적색, 녹색, 및 청색의 3색의 광을 방출하고, 백색 광을 방출할 수 있다.
반도체 발광 소자(10)로부터 방출되는 제1 광(L1)이 근자외 영역에 발광 피크를 갖는 광인 경우에, 제1 파장 변환층(30)은 적색의 제2 광(L2)(예를 들어, 형광)을 방출할 수 있고, 제2 파장 변환층(80)은 녹색 및 청색의 제3 광을 방출할 수 있다. 이에 의해, 발광 장치(220)는 적색, 녹색, 및 청색의 3색의 광을 방출하고, 백색 광을 방출할 수 있다.
따라서, 예를 들어, 제1 파장 변환층(30)의 제1 파장 변환 입자(31)로서 황색 형광체를 사용할 수 있고, 제2 파장 변환층(80)에도 황색 형광체를 사용할 수 있다. 또한, 예를 들어, 제1 파장 변환층(30)의 제1 파장 변환 입자(31)로서 적색 형광체를 사용할 수 있고, 제2 파장 변환층(80)의 제2 파장 변환 입자로서 녹색 형광체를 사용할 수 있다. 또한, 제1 파장 변환층(30)의 제1 파장 변환 입자(31)로서 적색 형광체를 사용할 수 있고, 제2 파장 변환층(80)의 제2 파장 변환 입자로서 청색 형광체 및 녹색 형광체의 2종류를 사용할 수 있다.
그러나, 상기의 설명은 발광 장치(220)가 백색 광을 방출하는 경우의 구성의 일례이다. 제1 광(L1), 제2 광(L2), 및 제3 광의 발광 특성의 조합은 임의이다. 발광 장치에 의해 방출되는 광의 사양에 기초하여 제1 광(L1), 제2 광(L2), 및 제3 광의 방출 특성이 적절히 설정된다.
예를 들어, 본 실시양태에서, 제1 파장 변환층(30) 및 제2 파장 변환층(80)에 적색 형광체층, 황색 형광체층, 녹색 형광체층, 및 청색 형광체층 중 임의의 것을 사용할 수 있다.
적색 형광체층은, 예를 들어 600㎚ 내지 780㎚의 파장 영역에서 광을 방출할 수 있다. 황색 형광체층은, 예를 들어, 550㎚ 내지 590㎚의 파장 영역에서 광을 방출할 수 있다. 녹색 형광체층은, 예를 들어 475㎚ 내지 520㎚의 파장 영역에서 광을 방출할 수 있다. 청색 형광체층은, 430㎚ 내지 475㎚의 파장 영역에서 광을 방출할 수 있다.
적색 형광체층은, 예를 들어 CaAlSiN3:Eu의 질화물계 형광체 또는 사이알론계 형광체를 함유할 수 있다. 특히, 사이알론계 형광체를 사용하는 경우, 하기 화학식 1의 형광체를 사용하는 것이 바람직하다.
Figure 112010058027096-pat00001
여기서, M은 Si 및 Al을 제외한 1종 이상의 금속 원소이며, 특히 M은 Ca 및 Sr로부터 1종 이상을 선택하는 것이 바람직하고, R은 발광 중심 원소이며, 특히 R은 Eu인 것이 바람직하며, x, a1, b1, c1, 및 d1은 0<x≤1, 0.6<a1<0.95, 2<b1<3.9, 0.25<c1<0.45, 및 4<d1<5.7의 관계를 만족한다.
화학식 1의 사이알론계 형광체를 사용함으로써, 파장 변환 효율의 온도 특성이 향상될 수 있고, 높은 전류 밀도 영역에서의 효율이 더 향상될 수 있다.
황색 형광체층은, 예를 들어 (Sr, Ca, Ba)2SiO4:Eu의 실리케이트계 형광체를 함유할 수 있다.
녹색 형광체층은, 예를 들어 (Ba, Ca, Mg)10(PO4)6?Cl2:Eu의 할로인산계 형광체 또는 사이알론계 형광체를 함유할 수 있다. 특히, 사이알론계 형광체를 사용하는 경우, 하기 화학식 2의 형광체를 사용하는 것이 바람직하다.
Figure 112010058027096-pat00002
여기서, M은 Si 및 Al을 제외한 1종 이상의 금속 원소이며, 특히 M은 Ca 및 Sr 중 1종 이상을 선택하는 것이 바람직하고, R은 발광 중심 원소이며, 특히 R은 Eu인 것이 바람직하며, x, a2, b2, c2, 및 d2는 0<x≤1, 0.93<a2<1.3, 4.0<b2<5.8, 0.6<c2<1, 및 6<d2<11의 관계를 만족한다. 　화학식 2의 사이알론계 형광체를 사용함으로써, 파장 변환 효율의 온도 특성이 향상될 수 있고, 높은 전류 밀도 영역에서의 효율이 더 향상될 수 있다.
청색 형광체층은, 예를 들어 BaMgAl10O17:Eu의 산화물계 형광체를 함유할 수 있다.
제1 파장 변환층(30) 및 제2 파장 변환층(80)에 사용되는 수지(제1 수지(32) 및 제2 수지)로서, 수지가 반도체 발광 소자(10)에 의해 방출되는 제1 광(L1)의 발광 파장 근방의 파장, 및 이것보다 긴 파장 영역에서의 파장에 대해 실질적으로 투광성을 가지는 한, 종류에 관계없이 임의의 수지를 사용할 수 있다. 이러한 수지는, 예를 들어 실리콘 수지, 에폭시 수지, 에폭시기를 갖는 폴리디메틸실록산 유도체, 옥세탄 수지, 아크릴 수지, 시클로올레핀 수지, 요소 수지, 플루오로카본 수지, 폴리이미드 수지 등을 포함한다.
제2 파장 변환층(80)은 상이한 발광 파장을 갖는 복수의 형광체층이 적층된 구성을 가질 수 있다. 이러한 경우에, 긴 파장을 갖는 형광체층이 짧은 파장을 갖는 형광체층보다 더 반도체 발광 소자(10) 측을 향해 배치되도록 복수의 형광체층이 적층되는 것이 바람직하다.
제2 파장 변환층(80)의 외측(반도체 발광 소자(10)와는 반대측)에 제3 투광층을 제공하는 것이 또한 바람직하다. 제3 투광층을 제공함으로써, 외부로 추출되는 광의 비율이 높아지고, 효율이 더 향상된다. 즉, 형광체 입자의 요철에 기인하여 제2 파장 변환층(80)과 외부 매체(예를 들어, 공기) 계면에서 발생하는 반사 및 산란이 억제되어, 제2 파장 변환층(80)에 의한 재흡수가 저감하고, 외부로 추출되는 광의 비율이 높아지고, 효율이 향상된다. 또한, 제3 투광층을 설치함으로써 신뢰성이 향상될 수 있다.
제3 투광층은 상이한 굴절률을 갖는 복수의 층으로부터 형성될 수 있다. 이러한 경우에, 굴절률이 제2 파장 변환층(80) 측으로부터 외측을 향해서 작아지도록 층을 적층하는 것이 바람직하다. 따라서, 제2 파장 변환층(80)과 외부 매체(예를 들어, 공기) 사이의 계면에서의 반사 및 산란이 억제되어, 효율이 향상된다.
제1 파장 변환층(30) 및 제2 파장 변환층(80)으로부터 선택된 하나 이상은 복수의 층을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제2 파장 변환층(80)은, 예를 들어 녹색 형광체를 포함하는 녹색 형광체층, 및 녹색 형광체층 상에 적층되는 청색 형광체를 포함하는 청색 형광체층을 포함할 수 있다. 제2 파장 변환층(80)은 상기한 녹색 형광체층과 상기한 청색 형광체층 사이에 제공된 투광층을 더 포함할 수 있다. 이에 의해, 광학적인 특성과 제조의 용이함 양쪽이 더 향상될 수 있다.
제2 실시예
이제 본 실시양태에 따른 제2 실시예의 발광 장치의 특성에 대해서 비교예와 비교하여 설명한다.
제2 실시예의 발광 장치(220a)는 도 6에 나타낸 발광 장치(220)의 구성과 유사한 구성을 가진다. 발광 장치(220a)는 이하와 같이 구성되었다.
제1 실시예의 발광 장치(210a)를 구성한 후, 반도체 발광 소자(10) 상에 제2 투광층(60)을 형성하는 실리콘 수지층을 형성하였다. 즉, 실장 부재(20)를 대기 중 상압에서 150℃의 온도로 가열하면서, 디스펜서를 사용하여 반도체 발광 소자(10)를 덮도록 실리콘 수지를 도포하였다. 실리콘 수지의 정상부에서의 두께와 단부면에서의 두께의 비는 실질적으로 1:1이었고, 위로 볼록한 만곡된 형상으로 실리콘 수지를 도포하였다. 그 후, 상압에서 150℃로 60분 동안 실리콘 수지를 건조하여, 제2 투광층(60)을 형성하였다.
한편, 실리콘계 투명 수지에 실리케이트계 황색 형광체((Sr, Ca, Ba)2SiO4:Eu의 조성을 가짐)를 분산시킴으로써, 제2 파장 변환층(80)을 형성하는 황색 형광체 분산 수지를 제조하였다. 실장 부재(20)를 대기 중 상압에서 20 내지 150℃로 가열하면서, 디스펜서를 사용하여 제2 투광층(60)의 전체를 덮도록 황색 형광체 분산 수지를 도포하였다. 황색 형광체 분산 수지의 막 두께는 실질적으로 균일하였고, 황색 형광체 분산 수지의 형상은 제2 투광층(60)의 형상에 순응하도록 위로 볼록한 만곡된 형상을 가졌다. 그 후, 상압에서 150℃로 60분 동안 황색 형광체 분산 수지를 건조시켜, 제2 파장 변환층(80)을 형성하였다. 제2 파장 변환층(80)의 정상부에서의 두께와 단부면에서의 두께의 비는 실질적으로 1:1이었다.
따라서, 제1 실시예의 발광 장치(220a)를 구성하였다. 제1 실시예의 발광 장치(220a)는 반도체 발광 소자(10)로부터 방출되는 제1 광(L1)이 청색 광이며 제1 파장 변환층(30) 및 제2 파장 변환층(80)으로부터 방출되는 광(제2 광(L2) 및 제3 광) 양쪽이 황색 광인 일례이다.
제3 비교예
도 7은 제3 비교예의 발광 장치의 구성을 나타내는 개략적인 단면도이다.
도 7에 도시된 바와 같은 제3 비교예의 발광 장치(229a)에서, 제1 비교예의 발광 장치(219a)에 제2 투광층(60) 및 제2 파장 변환층(80)이 더 제공된다. 즉, 제3 비교예의 발광 장치(229a)는 제2 실시예의 발광 장치(220a)에서의 제1 파장 변환층(30) 및 제1 투광층(40)의 위치를 상호 교환한 구성을 가진다. 그 외에, 발광 장치(229a)는 제2 실시예의 발광 장치(220a)와 유사하다.
제4 비교예
도 8은 제4 비교예의 발광 장치의 구성을 나타내는 개략적인 단면도이다.
도 8에 도시된 바와 같은 제4 비교예의 발광 장치(229b)에서, 제2 비교예의 발광 장치(219b)에 제2 투광층(60) 및 제2 파장 변환층(80)이 더 제공된다. 즉, 제4 비교예의 발광 장치(229b)의 구성은 제2 실시예의 발광 장치(220a)에서 제1 투광층(40)이 제공되지 않은 구성에 상당한다. 그 외에, 발광 장치(229b)는 제2 실시예의 발광 장치(220a)와 유사하다.
제5 비교예
도 9는 제5 비교예의 발광 장치의 구성을 나타내는 개략적인 단면도이다.
도 9에 도시된 바와 같은 제5 비교예의 발광 장치(229c)에서, 반도체 발광 소자(10)와 실장 부재(20) 사이에 제1 파장 변환층(30)이 제공되지 않고 실리콘계 투명 다이 본딩 재료층(41)이 제공된다. 제2 투광층(60)과 제2 파장 변환층(80c)이 또한 제공된다. 발광 장치(229c)의 제2 파장 변환층(80c)의 사양은, 발광 장치(229c)의 발광색이 제2 실시예의 발광 장치(220a)의 발광색에 맞추어지도록 조정된다. 즉, 발광 장치(229c)의 제2 파장 변환층(80c)의 두께는 제2 실시예의 발광 장치(220a)의 제2 파장 변환층(80)의 두께보다 두껍다.
상기한 것과 같은 제2 실시예의 발광 장치(220a), 및 제3 비교예 내지 제5 비교예의 발광 장치(229a 내지 229c)의 광학 특성을 평가하였다.
발광 장치(220a) 및 발광 장치(229a 내지 229c)의 발광색의 색도 좌표는 (0.34, 0.35)였고, 이들 발광 장치 각각은 백색 광을 방출하였다.
제2 실시예의 발광 장치(220a)는 20mA의 전류로 구동한 경우 87.7(lm/W)의 발광 효율을 가졌으며, 높은 효율을 얻었다.
한편, 제3 비교예의 발광 장치(229a)는 20mA의 전류로 구동한 경우 83.8(lm/W)의 효율을 가졌으며, 낮은 효율을 얻었다. 제4 비교예의 발광 장치(229b)는 20mA의 전류로 구동한 경우 84.9(lm/W)의 발광 효율을 가졌으며, 제3 비교예의 효율보다는 향상되었지만 효율의 향상도는 낮았다. 즉, 제4 비교예의 효율의 향상도(제3 비교예에 대한 비율)는 약 1.01이었으며, 향상도는 낮았다. 제5 비교예의 발광 장치(229c)는 20mA의 전류로 구동한 경우 80.7(lm/W)의 발광 효율을 가졌으며, 효율은 낮았고, 제5 실시예의 효율은 제3 비교예의 효율보다 낮아졌다.
따라서, 제2 실시예의 발광 장치는 제3 비교예 내지 제5 비교예의 발광 장치(229a 내지 229c)보다 높은 효율을 실현하였다. 즉, 제2 실시예의 발광 장치(220a)의 향상도(제3 비교예에 대한 비율)는 약 1.05였으며, 제4 비교예와 비교해도 효율의 향상 효과는 매우 컸다.
제5 비교예의 효율이 낮은 것은, 제1 파장 변환층(30)이 제공되지 않아서 반도체 발광 소자(10)로부터 실장 부재(20) 측으로 방출되는 제1 광(L1)이 실장 부재(20)에 의해 반사되어 반도체 발광 소자(10)의 내부로 복귀하고 원치않게 반도체 발광 소자(10)의 특히 발광층(103)에 흡수되었기 때문이라고 생각된다.
역으로, 제2 실시예의 발광 장치(220a)에서, 제1 파장 변환층(30)이 제1 광(L1)을 제2 광(L2)으로 변환시키기 때문에, 광이 실장 부재(20)에 의해 반사되어 반도체 발광 소자(10)의 내부로 복귀되어 반도체 발광 소자(10)의 특히 발광층(103)에 의해 재흡수되는 것에 기인한 효율의 저하가 억제되고, 제1 투광층(40)에 의해 광(제1 광(L1) 및 제2 광(L2))을 외부에 안내함으로써 효율이 향상되고, 제2 파장 변환층(80)과 반도체 발광 소자(10) 사이에 제2 투광층(60)을 제공함으로써, 제2 파장 변환층(80)의 발열에 기인한 반도체 발광 소자(10)의 온도 상승이 억제되고, 반도체 발광 소자(10)의 발광 효율의 저하가 억제된다. 이에 의해, 높은 발광 효율을 갖는 발광 장치를 얻는다.
따라서, 본 실시양태에 따른 발광 장치(220)의 형태는 제2 실시예의 발광 장치(220a)에 적용되어 높은 효율의 백색 광을 방출하는 발광 장치를 제공할 수 있다.
도 7에 도시된 제4 비교예의 발광 장치(229a)에서, 제2 투광층(60)이 제공되지 않고 반도체 발광 소자(10)에 직접적으로 제2 파장 변환층(80)이 형성되는 구성을 사용하는 것이 고려된다. 이러한 구성은, 예를 들어 JP-A 2001-210874(공개)에 서술되어 있는 구성에 상당한다. 이러한 구성에서, 반도체 발광 소자(10)가 제2 파장 변환층(80)과 직접적으로 접촉하기 때문에, 반도체 발광 소자(10)의 온도는 제2 파장 변환층(80)의 발열에 기인하여 상승하고, 반도체 발광 소자(10)의 발광 효율은 저하된다. 또한, 제2 파장 변환층(80)의 막 두께를 조정하는 것이 어려워져, 제2 파장 변환층(80)에서의 재흡수가 증가하고, 발광 효율이 저하하며, 색 불균일이나 휘도의 편차가 발생한다. 따라서, 이러한 구성이 제4 비교예보다 한층 낮은 효율을 가지는 것으로 생각된다.
제3 실시예
제3 실시예의 발광 장치(230a)는 도 6에 도시된 발광 장치(220)와 유사한 구성을 가진다. 그러나, 제3 실시예의 발광 장치(230a)는, 반도체 발광 소자(10)로부터 방출되는 제1 광(L1)이 청색 광이고 제1 파장 변환층(30)으로부터 방출되는 제2 광(L2)이 적색 광이며 제2 파장 변환층(80)으로부터 방출되는 제3 광이 녹색 광인 일례이다.
발광 장치(230a)를 이하와 같이 해서 구성하였다.
제1 실시예와 유사한 방법으로, 반도체 발광 소자(10)의 하면(제2 주면(10b))에 실리콘 수지로 이루어진 제1 투광층(40)을 형성하였다.
한편, 실장 부재(20)의 실장면에 제1 파장 변환층(30)을 형성하였다. 제1 파장 변환층(30)의 제1 파장 변환 입자(31)로서 620㎚에 발광 피크를 갖는 사이알론계 적색 형광체(Sr2Si7Al3ON13:Eu2 +의 조성을 가짐)를 사용하였고, 제1 수지(32)로서 실리콘계 투명 다이 본딩 재료를 사용하였다. 제1 파장 변환 입자(31)를 50wt%(중량 퍼센트)의 농도로 제1 수지(32) 내에 분산시키고 실장 부재(20)의 실장면에 도포함으로써 제1 파장 변환층(30)을 형성하였다. 그 후, 제1 실시예와 유사한 방법으로 반도체 발광 소자(10)를 실장 부재(20)에 접착하여 고정하고, p측 배선(107w) 및 n측 배선(108w)에 의해 p측 기판 전극(107e) 및 n측 기판 전극(108e)을 각각 반도체 발광 소자(10)의 p측 전극(107) 및 n측 전극(108)과 전기적으로 접속하였다.
그 후, 제2 실시예의 발광 장치(220a)와 유사한 방법으로 반도체 발광 소자(10) 상에 제2 투광층(60)을 형성한 후, 제2 투광층(60) 상에 녹색의 제2 파장 변환층(80)을 형성하였다. 즉, 실리콘계의 투명 수지에 520㎚에 발광 피크를 갖는 사이알론계 녹색 형광체(Sr3Si13Al3O2N21:Eu2 +의 조성을 가짐)를 분산시킴으로써, 제2 파장 변환층(80)을 형성하는데 사용되는 녹색 형광체 분산 수지를 제조하였다. 이어서, 제2 실시예와 유사한 방법으로 제2 투광층(60) 전체를 덮도록 녹색 형광체 분산 수지를 도포하였다. 녹색 형광체 분산 수지의 막 두께는 실질적으로 균일하고, 녹색 형광체 분산 수지의 형태는 제2 투광층(60)의 형태에 순응하도록 위로 볼록한 만곡된 형태였다. 그 후, 상압에서 150℃로 60분 동안 녹색 형광체 분산 수지를 건조함으로써, 제2 파장 변환층(80)을 형성하였다. 이러한 경우에도, 제2 파장 변환층(80)의 정상부의 두께와 단부면의 두께의 비는 실질적으로 1:1이었다.
제6 비교예
제6 비교예의 발광 장치(239b)는 제3 실시예의 발광 장치(230a)에서 제1 투광층(40)이 제공되지 않은 구성을 가진다. 그 외에, 발광 장치(239b)는 제3 실시예의 발광 장치(230a)와 유사하다. 즉, 제6 비교예의 발광 장치(239b)의 구성은 도 8에 도시된 제4 비교예의 발광 장치(229b)의 구성에서 제1 파장 변환층(30)으로서 사이알론계 적색 형광체(Sr2Si7Al3ON13:Eu2 +의 조성을 가짐)를 함유하는 적색 형광체층을 사용하였고, 제2 파장 변환층(80)으로서 사이알론계 녹색 형광체(Sr3Si13Al3O2N21:Eu2 +의 조성을 가짐)를 함유하는 녹색 형광체층을 사용한 구성에 상당한다.
제7 비교예
도 10은 제7 비교예의 발광 장치의 구성을 나타내는 개략적인 단면도이다.
도 10에 도시된 바와 같은 제7 비교예의 발광 장치(239d)에서, 반도체 발광 소자(10)와 실장 부재(20) 사이에 제1 파장 변환층(30)이 제공되지 않고 실리콘계 투명 다이 본딩 재료층(41)이 제공된다. 제2 투광층(60) 및 제2 파장 변환층(80)이 또한 제공된다. 제2 투광층(60)의 내측에 내측 파장 변환층(80d)이 제공되고, 내측 파장 변환층(80d)과 반도체 발광 소자(10) 사이에 내측 투광층(60d)이 제공된다.
제7 비교예의 발광 장치(239d)의 제2 투광층(60)의 재료로서 제3 실시예의 발광 장치(230a)의 제2 투광층(60)에 사용된 것과 유사한 재료를 사용하였다. 제7 비교예의 발광 장치(239d)의 제2 파장 변환층(80)은 제3 실시예의 발광 장치(230a)의 제2 파장 변환층(80)과 유사한 사양을 가지고, 사이알론계 녹색 형광체(Sr3Si13Al3O2N21:Eu2 +의 조성을 가짐)를 함유하는 녹색 형광체층이다.
한편, 제7 비교예의 발광 장치(239d)의 내측 투광층(60d)에는 제3 실시예의 발광 장치(230a)의 제1 투광층(40)과 유사한 투명한 실리콘 수지를 사용하였다. 제7 비교예의 발광 장치(239d)의 내측 파장 변환층(80d)으로서 제3 실시예의 발광 장치(230a)의 제1 파장 변환층(30)과 유사한 재료를 사용하였고, 내측 파장 변환층(80d)은 사이알론계 적색 형광체(Sr2Si7Al3ON13:Eu2 +의 조성을 가짐)를 함유하는 적색 형광체층이었다.
즉, 제7 비교예의 발광 장치(239d)의 구성은 적색의 제1 파장 변환층(30)이 녹색의 제2 파장 변환층(80)과 반도체 발광 소자(10) 사이에 제공되는 제3 실시예의 발광 장치(230a)에 상당한다.
발광 장치(239d)를 이하와 같이 구성하였다.
반도체 발광 소자(10)를 실리콘계 투명 다이 본딩 재료층(41)을 사용하여 실장 부재(20)에 실장한 후 전기적 접속을 수행하였고, 제2 투광층(60)과 유사한 방법을 사용하여 투명한 실리콘 수지를 형성함으로써 내측 투광층(60d)을 형성하였다. 그 후, 제2 파장 변환층(80)과 유사한 방법을 사용하여 내측 투광층(60d)을 덮도록 사이알론계 적색 형광체(Sr2Si7Al3ON13:Eu2 +의 조성을 가짐)를 함유하는 적색 형광체층을 형성함으로써 내측 파장 변환층(80d)을 형성하였다. 그 후, 제3 실시예와 유사한 방법에 의해 내측 파장 변환층(80d)을 덮도록 제2 투광층(60)을 형성하였고, 제2 투광층(60)을 덮도록 사이알론계 녹색 형광체(Sr3Si13Al3O2N21:Eu2 +의 조성을 가짐)를 함유하는 녹색 형광체층을 형성함으로써 제2 파장 변환층(80)을 형성하였다. 따라서, 도 10에 도시된 제7 비교예의 발광 장치(239d)를 구성하였다.
상기한 바와 같은 제3 실시예의 발광 장치(230a), 및 제6 비교예 및 제7 비교예의 발광 장치(239b, 239d)의 광학 특성을 평가하였다.
발광 장치(230a), 및 발광 장치(239b, 239d)의 발광색의 색도 좌표는 (0.34, 0.35)였으며, 이들 발광 장치 각각은 백색 광을 방출하였다.
제3 실시예의 발광 장치(230a)는 20mA의 전류로 구동한 경우 69.4(lm/W)의 발광 효율을 가졌고, 높은 효율을 얻었다.
한편, 제6 비교예의 발광 장치(239b)는 20mA의 전류로 구동한 경우 66.1(lm/W)의 발광 효율을 가졌고, 효율은 낮았다. 제7 비교예의 발광 장치(239d)는 20mA의 전류로 구동한 경우 60.1(lm/W)의 발광 효율을 가졌고, 한층 더 낮은 효율을 얻었다.
제6 비교예의 발광 장치(239b)에는 제1 투광층(40)이 제공되기 않기 때문에, 적색의 제1 파장 변환층(30)에 의해 방출된 제2 광(L2)(적색 광)은 직접적으로 외부로 추출되지 않고 반도체 발광 소자(10)를 통하여 반도체 발광 소자(10)의 외부로 방출된다. 제2 광(L2)의 일부가 반도체 발광 소자(10)의 외부로 방출되지만, 나머지는 원치않게 반도체 발광 소자(10)의 내부에 갇혀 재흡수되어, 손실이 크고, 재흡수에 의해 발열하기 때문에, 발광 효율이 저하된다고 생각된다.
제7 비교예의 발광 장치(239d)의 경우에, 내측 파장 변환층(80d)의 적색 형광체층은 제2 파장 변환층(80)의 녹색 형광체층에 근접하여 배치된다. 따라서, 제2 파장 변환층(80)에 의해 방출된, 녹색 형광인 제3 광은 내측 파장 변환층(80d)으로 쉽게 흡수된다. 내측 파장 변환층(80d)이 반도체 발광 소자(10)로부터의 제1 광(L1)에 의해 직접적으로 여기되어 효과적으로 발광할 수 있지만, 외측의 제2 파장 변환층(80)은 반도체 발광 소자(10)로부터의 제1 광(L1)에 의해 직접적으로, 및 내측 파장 변환층(80d)에 의해 반사 또는 산란된 제1 광(L1)에 의해 여기된다. 따라서, 내측 파장 변환층(80d)에 의한 반사 또는 산란에 기인하여 발생한 손실량만큼 제2 파장 변환층(80)의 발광 효율이 저하된다. 이에 의해, 효율이 저하된다고 생각된다. 또한, 발광 장치(239d)의 경우에, 제1 파장 변환층(30)이 제공되지 않는다. 따라서, 반도체 발광 소자(10)로부터 실장 부재(20)를 향해서 방출되는 제1 광(L1)은 실장 부재(20)에 의해 반사되어 반도체 발광 소자(10)로 다시 입사하고, 제1 광(L1)이 반도체 발광 소자(10)의 특히 발광층(103)에 의해 재흡수되는 것에 기인한 손실이 발생하여, 효율이 저하된다.
한편, 제1 투광층(40)이 제공된 제3 실시예의 발광 장치(230a)에서, 적색의 제1 파장 변환층(30)에 의해 방출된 제2 광(L2)(적색 광)은 반도체 발광 소자(10)의 내부로는 입사하지 않고 제1 투광층(40)을 통해 전파해서 직접적으로 외부로 추출되어, 반도체 발광 소자(10)의 특히 발광층(103)에 의한 재흡수 손실 억제되고 재흡수에 의한 발열이 억제되어, 효율이 향상된다.
제3 실시예의 발광 장치(230a)에서, 제1 파장 변환층(30)의 적색 형광체층은 반도체 발광 소자(10)와 실장 부재(20) 사이에 제공되고, 제1 파장 변환층(30)은 제2 파장 변환층(80)의 녹색 형광체층에 대해 이격되어 배치된다. 따라서, 제2 파장 변환층(80)에 의해 방출된 녹색 형광인 제3 광은 제1 파장 변환층(30)에는 실질적으로 도달하지 않는다. 이에 의해, 제2 파장 변환층(80)에 의해 방출된 녹색의 제3 광의 대부분은 제1 파장 변환층(30) 및 반도체 발광 소자(10)에 흡수되지 않고 외부로 방출되어, 높은 효율을 얻는다.
따라서, 본 실시양태에 따른 발광 장치(220)의 형태는 제3 실시예의 발광 장치(230a)에 적용되어, 높은 효율로 백색 광을 방출하는 발광 장치를 제공할 수 있다.
제3 실시양태
도 11a, 도 11b, 및 도 11c는 본 발명의 제3 실시양태에 따른 발광 장치의 구성을 나타내는 개략적인 단면도이다.
도 11a에 도시된 바와 같은 본 실시양태에 따른 발광 장치(211)에서, 반도체 발광 소자(10)의 기판(90) (및 버퍼층(101))이 제거되고, 반도체 발광 소자(10)의 n형 반도체층(n형 접촉층(102))이 제1 투광층(40)과 접촉하고, 제1 투광층(40)과 실장 부재(20) 사이에 제1 파장 변환층(30)이 제공된다. 따라서, 본 발명의 실시양태에 따른 발광 장치에 사용되는 반도체 발광 소자(10)가 n형 반도체층(예를 들어, n형 접촉층(102))과 p형 반도체층(예를 들어, p형 접촉층(105)) 사이에 발광층(103)이 제공된 구성을 가지는 것으로 충분하고, 예를 들어 기판(90) 등은 필요에 따라 생략될 수 있다. 발광 장치(211)에서도, 제1 파장 변환층(30) 및 제1 투광층(40)을 제공함으로써, 효율이 향상된다.
도 11b에 도시된 바와 같은 본 실시양태에 따른 다른 발광 장치(212)에서, 반도체 발광 소자(10)는, 반도체 발광 소자(10)의 p측 전극(107) 및 n측 전극(108)이 실장 부재(20)에 대향하도록 실장 부재(20)에 실장된다. 즉, 반도체 발광 소자(10)의 p형 반도체층(p형 접촉층(105)) 측의 제1 주면(10a)은 실장 부재(20)에 대향한다. 반도체 발광 소자(10)의 p측 전극(107)은 p측 범프(107b)에 의해 실장 부재(20)의 p측 기판 전극(107e)에 전기적으로 접속되고, 반도체 발광 소자(10)의 n측 전극(108)은 n측 범프(108b)에 의해 실장 부재(20)의 n측 기판 전극(108e)에 전기적으로 접속된다. n측 전극(108)으로서, 예를 들어 투명 전극을 사용하는 경우에, n측 전극(108)이 제1 투광층(40)에 접촉하는 구조를 사용할 수 있다.
도 11c에 도시된 바와 같은 본 실시양태에 따른 다른 발광 장치(213)에서, 반도체 발광 소자(10)의 기판(90) (및 버퍼층(101))이 제거되고, 반도체 발광 소자(10)는, 반도체 발광 소자(10)의 p측 전극(107) 및 n측 전극(108)이 실장 부재(20)에 대향하도록 실장 부재(20)에 실장된다. n측 전극(108)으로서, 예를 들어 투명 전극을 사용하는 경우에, n측 전극(108)은 제1 투광층(40)에 접촉하는 구조를 사용할 수 있다.
발광 장치(212, 213)에서와 같이, 반도체 발광 소자(10)가 플립 칩 구조로 실장 부재(20)에 실장되는 경우에도 상기한 설명과 마찬가지로 효율이 향상된다.
도 12a, 도 12b, 및 도 12c는 본 발명의 제3 실시양태에 따른 다른 발광 장치의 구성을 나타내는 개략적인 단면도이다.
도 12a, 도 12b, 및 도 12c에 도시된 바와 같은 본 실시양태에 따른 발광 장치(214, 215, 216)에서, 도 6과 관련하여 서술된 제2 파장 변환층(80) 및 제2 투광층(60)은 각각 발광 장치(211, 212, 213)에 더 제공된다. 따라서, 제2 파장 변환층(80) 및 제2 투광층(60)을 더 제공함으로써, 도 6과 관련하여 서술된 것과 마찬가지로 높은 효율을 얻는다. 복수의 파장 변환층(제1 파장 변환층(30) 및 제2 파장 변환층(80))을 제공함으로써, 발광 장치(220)에 의해 방출되는 광의 파장 특성을 쉽게 제어할 수 있어, 높은 연색성을 갖는 원하는 발광이 더 쉽게 실현될 수 있다.
플립 칩 구조를 채용한 발광 장치(215, 216)에서, 와이어(p측 배선(107w) 및 n측 배선(108w))가 필요하지 않고 제2 투광층(60) 내의 응력 등으로 인해 발생하는 와이어의 단선 불량 등이 발생하지 않기 때문에 발광 장치의 신뢰성이 향상될 수 있다는 이점이 제공된다.
도 13a 및 도 13b는 본 발명의 제3 실시양태에 따른 다른 발광 장치의 구성을 나타내는 개략적인 단면도이다.
도 13a에 도시된 바와 같은 본 실시양태에 따른 발광 장치(217)에서, 반도체 발광 소자(10)의 기판(90) (및 버퍼층(101))이 제거되고, 반도체 발광 소자(10)의 n형 반도체층(n형 접촉층(102)) 측의 제2 주면(10b)에 n측 전극(108)이 제공된다. n측 전극(108)으로서, 예를 들어 투명 전극을 사용할 수 있다. p형 반도체층(p형 접촉층(105)) 측의 제1 주면(10a)에 p측 전극(107)이 제공된다. 반도체 발광 소자(10)의 n측 전극(108)은 n측 범프(108b)에 의해 실장 부재(20)의 n측 기판 전극(108e)에 전기적으로 접속되고, 반도체 발광 소자(10)의 p측 전극(107)은 p측 배선(107w)에 의해 실장 부재(20)의 p측 기판 전극(107e)에 전기적으로 접속된다.
반도체 발광 소자(10)의 제2 주면(10b) 측에 제1 투광층(40)이 제공되고, 제1 투광층(40)과 실장 부재(20) 사이에 제1 파장 변환층(30)이 제공된다. 이러한 구성을 갖는 발광 장치(217)에서도, 제1 파장 변환층(30) 및 제1 투광층(40)을 제공함으로써 효율이 향상된다.
도 13b에 도시된 바와 같은 본 실시양태에 따른 다른 발광 장치(218)에서, 도 6과 관련하여 서술된 제2 파장 변환층(80) 및 제2 투광층(60)이 발광 장치(217)에 더 제공된다. 따라서, 제2 파장 변환층(80) 및 제2 투광층(60)을 더 제공함으로써, 도 6과 관련하여 서술된 것과 마찬가지로 높은 효율을 얻는다. 복수의 파장 변환층(제1 파장 변환층(30) 및 제2 파장 변환층(80))을 제공함으로써, 발광 장치에 의해 방출되는 광의 파장 특성은 쉽게 제어될 수 있어, 높은 연색성을 갖는 원하는 발광이 더 쉽게 실현될 수 있다.
도 14a 및 도 14b는 본 발명의 제3 실시양태에 따른 다른 발광 장치의 구성을 나타내는 개략적인 단면도이다.
도 14a에 도시된 바와 같은 본 실시양태에 따른 발광 장치(217a)에서, 반도체 발광 소자(10)의 기판(90)이 전기적으로 도전성을 갖고, 기판(90)이 제1 투광층(40)에 접촉하고, 제1 투광층(40)과 실장 부재(20) 사이에 제1 파장 변환층(30)이 제공된다. 기판(90)으로서, 예를 들어 SiC 기판이 사용된다. n측 전극(108)은 기판(90) 측의 제2 주면(10b)에 제공된다. 이러한 경우에, n측 전극(108)으로서 투명 전극이 사용될 수 있다. p형 반도체층(p형 접촉층(105)) 측의 제1 주면(10a)에 p측 전극(107)이 제공된다. 반도체 발광 소자(10)의 n측 전극(108)은 n측 범프(108b)에 의해 실장 부재(20)의 n측 기판 전극(108e)에 전기적으로 접속되고, 반도체 발광 소자(10)의 p측 전극(107)은 p측 배선(107w)에 의해 실장 부재(20)의 p측 기판 전극(107e)에 전기적으로 접속된다.
반도체 발광 소자(10)의 제2 주면(10b) 측에 제1 투광층(40)이 제공되고, 제1 투광층(40)과 실장 부재(20) 사이에 제1 파장 변환층(30)이 제공된다. 이러한 구성을 갖는 발광 장치(217a)에서도, 제1 파장 변환층(30) 및 제1 투광층(40)을 제공함으로써 효율이 향상된다.
도 14b에 도시된 바와 같은 본 실시양태에 따른 다른 발광 장치(218a)에서, 도 6과 관련하여 서술된 제2 파장 변환층(80) 및 제2 투광층(60)이 발광 장치(217a)에 더 제공된다. 따라서, 제2 파장 변환층(80) 및 제2 투광층(60)을 더 제공함으로써, 도 6과 관련하여 서술된 것과 마찬가지로 높은 효율을 얻는다. 복수의 파장 변환층(제1 파장 변환층(30) 및 제2 파장 변환층(80))을 제공함으로써, 발광 장치에 의해 방출되는 광의 파장 특성은 쉽게 제어될 수 있어, 높은 연색성을 갖는 원하는 발광이 더 쉽게 실현될 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 발광 장치에서, 반도체 발광 소자(10)의 하면에 제공된 제1 파장 변환층(30)을 사용하여 반도체 발광 소자(10)로부터 실장 부재(20) 측으로 방출되는 제1 광(L1)의 파장 변환을 수행하고 반도체 발광 소자(10)의 발광 파장(제1 광(L1)의 파장)보다 긴 파장을 갖는 제2 광(L2)을 발생시킴으로써, 실장 부재(20)에 의해 반사된 복귀 광이 반도체 발광 소자(10)의 발광층(103)에 의해 재흡수됨에 기인한 손실을 억제한다. 반도체 발광 소자(10)와 제1 파장 변환층(30) 사이에 제1 투광층(40)을 제공함으로써, 실장 부재(20)에 의해 반사된 광(제1 광(L1) 및 제2 광(L2))은 반도체 발광 소자(10)를 통과하지 않고 직접적으로 외부로 방출될 수 있다. 따라서, 광 추출 효율이 향상되고, 높은 효율을 갖는 발광 장치를 제공할 수 있다.
이상, 구체예를 참조하여 본 발명의 예시적인 실시양태를 설명하였다. 그러나, 본 발명은 이들 구체예에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 발광 장치에 포함되는 특정 구성 및 구성요소, 예를 들어 반도체 발광 소자, 실장 부재, 제1 파장 변환층, 제2 파장 변환층, 제1 투광층, 제2 투광층, 반도체층, 발광층, 전극, 배선 등의 형상, 크기, 재질, 배치 등에 관하여 당업자에 의해 이루어진 다양한 변경을 포함하여, 당업자가 공지 기술로부터 적절히 선택함으로써 본 발명을 마찬가지로 실시할 수 있다. 이러한 실시는 마찬가지의 효과를 얻는 범위 내에서 본 발명의 범위에 포함된다.
또한, 구체예 중 임의의 2개 이상의 구성요소는 기술적으로 가능한 범위 내에서 조합될 수 있고, 본 발명의 요지를 포함하는 한 본 발명의 범위에 포함된다.
또한, 본 발명의 실시양태로서 상기한 발광 장치를 기초로 하여 당업자에 의한 적절한 설계 변경에 의해 실시 가능한 모든 발광 장치가 또한 본 발명의 요지를 포함하는 한 본 발명의 범위 내에 있다.
또한, 본 발명의 사상 내에서 다양한 변경 및 수정이 당업자에게는 쉽게 명백할 것이다. 따라서, 이러한 모든 변경 및 수정은 본 발명의 범위 내에 있는 것으로 이해되어야 한다.
특정 실시양태가 서술되었지만, 이들 실시양태는 예시적으로 제공되었을 뿐 본 발명의 범위를 제한하려는 의도는 아니다. 대신, 본원에 서술된 신규한 실시양태는 다양한 다른 형태로 구체화될 수 있고, 본 발명의 사상을 벗어나지 않고 다양한 생략, 대체, 및 변형이 본원에 서술된 실시양태의 형태로 이루어질 수 있다. 첨부된 청구범위 및 그의 균등물은 본 발명의 범위 및 사상 내에 있는 이러한 형태 또는 변경을 커버하려는 의도이다.

Claims (21)

  1. 발광 장치로서,
    제1 광을 방출하고, 기판과, 상기 기판과 적층되어 상기 기판에 접하는 질화물 반도체층을 포함하는 반도체 발광 소자,
    실장 부재 - 상기 실장 부재와 상기 질화물 반도체층 사이에 상기 기판이 배치되어 있음 -,
    상기 기판과 상기 실장 부재 사이에서 상기 실장 부재에 접촉하여 제공되고, 상기 제1 광을 흡수하여 상기 제1 광의 파장보다 긴 파장을 갖는 제2 광을 방출하는 제1 파장 변환층, 및
    상기 기판과 상기 제1 파장 변환층 사이에서 상기 기판 및 상기 제1 파장 변환층에 접촉하여 제공되고, 상기 제1 광 및 상기 제2 광에 대하여 투광성을 갖는 제1 투광층을 포함하고,
    상기 질화물 반도체층의 굴절률이 상기 기판의 굴절률보다 크고,
    상기 기판의 굴절률이 상기 제1 투광층의 굴절률보다 크고,
    상기 제1 투광층의 굴절률이 상기 제1 파장 변환층의 굴절률 이상이고,
    상기 제1 투광층은, 상기 제2 광을 상기 제1 투광층과 상기 기판 사이의 계면과 상기 제1 투광층과 상기 제1 파장 변환층 사이의 계면에서 반사시킴으로써, 상기 제1 투광층을 통해 전파시켜(propagate) 상기 제1 투광층의 측면으로부터 외부로 추출시키도록 구성되는, 발광 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 투광층에 접촉하는 상기 반도체 발광 소자 부분의 굴절률이 상기 제1 투광층의 굴절률보다 크고,
    상기 제1 투광층에 접촉하는 상기 제1 파장 변환층 부분의 굴절률이 상기 제1 투광층의 굴절률 이하인, 발광 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 파장 변환층이, 수지 내에 분산되고 상기 제1 광을 흡수하여 상기 제2 광을 방출하는 제1 파장 변환 입자를 포함하고,
    상기 제1 파장 변환 입자의 입도가 1마이크로미터 이상, 50마이크로미터 이하인, 발광 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 광을 흡수하여 상기 제1 광의 파장 특성과는 다른 파장 특성을 갖는 제3 광을 방출하는 제2 파장 변환층 - 상기 반도체 발광 소자는 상기 제2 파장 변환층의 적어도 일부와 상기 제1 투광층 사이에 배치됨 -, 및
    상기 반도체 발광 소자와 상기 제2 파장 변환층 사이에 제공되고, 상기 제1 광 및 상기 제2 광에 대하여 투광성을 갖는 제2 투광층을 더 포함하는, 발광 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 제3 광의 파장이 상기 제1 광의 파장보다 길고, 상기 제2 광의 파장 이하인, 발광 장치.
  6. 제3항에 있어서, 상기 제1 파장 변환 입자가, 형광체 미립자 및 질화물 반도체 미립자로부터 선택되는 적어도 하나를 포함하는, 발광 장치.
  7. 제3항에 있어서, 상기 제1 파장 변환 입자가 분산되어 있는 상기 수지는 실리콘계 수지를 포함하는, 발광 장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 제1 파장 변환층은 상기 반도체 발광 소자의 적어도 일부를 상기 실장 부재의 적어도 일부에 접착시키는, 발광 장치.
  9. 제4항에 있어서,
    상기 제2 파장 변환층이, 수지 내에 분산되고 상기 제1 광을 흡수하여 상기 제3 광을 방출하는 제2 파장 변환 입자를 포함하고,
    상기 제2 파장 변환 입자는 형광체 미립자 및 질화물 반도체 미립자로부터 선택되는 적어도 하나를 포함하는, 발광 장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 제2 파장 변환 입자가 분산되어 있는 상기 수지는 실리콘계 수지를 포함하는, 발광 장치.
  11. 제4항에 있어서, 상기 제2 파장 변환층의 단부의 적어도 일부가 상기 실장 부재에 접촉하는, 발광 장치.
  12. 제4항에 있어서, 상기 제2 투광층은 상기 반도체 발광 소자를 덮고, 상기 제2 투광층의 외면이 상기 실장 부재로부터 상기 반도체 발광 소자를 향하는 방향을 따라 볼록한 만곡된 형상을 갖는, 발광 장치.
  13. 제4항에 있어서, 상기 제2 투광층의 단부의 적어도 일부가 상기 실장 부재에 접촉하는, 발광 장치.
  14. 제4항에 있어서, 상기 제2 투광층이, 가스를 포함하는 층을 포함하는, 발광 장치.
  15. 제4항에 있어서, 상기 제1 파장 변환층 및 상기 제2 파장 변환층으로부터 선택되는 적어도 하나는 실리콘 수지, 에폭시 수지, 에폭시기를 갖는 폴리디메틸실록산 유도체, 옥세탄 수지, 아크릴 수지, 시클로올레핀 수지, 요소 수지, 플루오로카본 수지, 및 폴리이미드 수지로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나를 포함하는, 발광 장치.
  16. 제4항에 있어서,
    상기 제2 파장 변환층은
    제1 형광체층, 및
    상기 제1 형광체층의 상기 반도체 발광 소자 측에서 상기 제1 형광체층과 적층된 제2 형광체층을 포함하고,
    상기 제1 형광체층의 발광 파장이 상기 제2 형광체층의 발광 파장보다 짧은, 발광 장치.
  17. 제4항에 있어서, 상기 제1 광이 청색 광이고, 상기 제2 광이 황색 광이며, 상기 제3 광이 황색 광인, 발광 장치.
  18. 제4항에 있어서,　상기 제1 광이 청색 광이고, 상기 제2 광이 적색 광이며, 상기 제3 광이 녹색 광인, 발광 장치.
  19. 제4항에 있어서, 상기 제1 광이 근자외 광이고, 상기 제2 광이 적색 광이며, 상기 제3 광이 청색 및 녹색 광인, 발광 장치.
  20. 제1항에 있어서, 상기 실장 부재는, 상기 실장 부재의 상기 반도체 발광 소자 측의 면에 제공된 반사막을 포함하는, 발광 장치.
  21. 제1항에 있어서, 상기 기판의 굴절률과 상기 제1 투광층의 굴절률의 차이의 절대값은 상기 제1 투광층의 굴절률과 상기 제1 파장 변환층의 굴절률의 차이의 절대값보다 큰, 발광 장치.
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