KR101930308B1 - 발광 소자 - Google Patents

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임현수
곽호상
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엘지이노텍 주식회사
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Abstract

실시예에 따른 발광소자는, 제1 전극층, 제1 전극층 상에 배치되며, 제1 반도체층, 제2 반도체층, 및 제1 반도체층과 제2 반도체층 사이에 배치되는 활성층을 포함하는 발광구조물, 발광구조물 상에 배치되고, 일영역이 관통되는 홀이 형성되는 기판, 및 홀에 배치되며, 발광구조물과 전기적으로 연결되는 제2 전극층을 포함한다.

Description

발광 소자 {Light emitting device}
실시예는 발광 소자에 관한 것이다.
LED(Light Emitting Diode; 발광 다이오드)는 화합물 반도체의 특성을 이용해 전기 신호를 적외선, 가시광선 또는 빛의 형태로 변환시키는 소자로, 가정용 가전제품, 리모콘, 전광판, 표시기, 각종 자동화 기기 등에 사용되고, 점차 LED의 사용 영역이 넓어지고 있는 추세이다.
보통, 소형화된 LED는 PCB(Printed Circuit Board) 기판에 직접 장착하기 위해서 표면실장소자(Surface Mount Device)형으로 만들어지고 있고, 이에 따라 표시소자로 사용되고 있는 LED 램프도 표면실장소자 형으로 개발되고 있다. 이러한 표면실장소자는 기존의 단순한 점등 램프를 대체할 수 있으며, 이것은 다양한 칼라를 내는 점등표시기용, 문자표시기 및 영상표시기 등으로 사용된다.
LED 반도체는 육방 정계의 구조를 갖는 사파이어(Sapphire)나 실리콘카바이드(SiC)등의 이종 기판에서 금속유기화학기상증착법(MOCVD) 또는 분자선 증착법(molecular beam epitaxy; MBE) 등의 공정을 통해 성장된다.
반도체층은 기판 위에 형성될 경우, 반도체층과 기판 사이의 격자상수 및 열팽창 계수의 차이에 의해 반도체층 내에 크랙(crack) 또는 뒤틀림(warpage)이 발생하고, 결정결함(dislocation)이 발생될 수 있다. 반도체층 내의 크랙, 뒤틀림 및 결정결함은 발광 소자의 특성을 악화시킨다. 따라서, 기판과 반도체층 사이의 격자 상수 및 열팽창 계수 차이에 기인한 스트레스를 완화하기 위한 고려가 필요하다.
이와 같이 LED의 사용 영역이 넓어지면서, 생활에 사용되는 전등, 구조 신호용 전등 등에 요구되는 휘도가 높이지는 바, LED의 발광휘도를 증가시키는 것이 중요하다.
한편, LED 발광칩을 이용하여 패키지를 제조할 때 와이어를 사용하지 않고 발광칩을 직접 실장하여 공정 단계를 줄이고자 하는 기술 내용이 공개번호 2005-0029384　 에 개시되어 있다.
실시예는 광효율이 향상되는 발광소자 및 이를 포함하는 발광소자 패키지를 제공하는 데 있다.
실시예에 따른 발광소자는, 제1 전극층, 제1 전극층 상에 배치되며, 제1 반도체층, 제2 반도체층, 및 제1 반도체층과 제2 반도체층 사이에 배치되는 활성층을 포함하는 발광구조물, 발광구조물 상에 배치되고, 일영역이 관통되는 홀이 형성되는 기판, 및 홀에 배치되며, 발광구조물과 전기적으로 연결되는 제2 전극층을 포함한다.
실시예에 따른 발광소자는 발광 구조물의 하부면에 제1 전극층이 연결되고, 발광 구조물의 상부면 연결된 제2 전극층이 측면을 따라 하부면까지 연장됨으로써, 발광 구조물의 하부면에 제1 및 제2 전극이 함께 위치하여 발광 구조물을 와이어 없이 용이하게 실장할 수 있다.
도 1 은 실시예에 따른 발광소자의 구조를 도시한 단면도,
도 2a 는 실시예에 따른 발광소자의 구조를 도시한 단면도,
도 2b 는 실시예에 따른 발광소자의 구조를 도시한 단면도,
도 3a 는 실시예의 발광 소자를 포함한 발광소자 패키지를 나타낸 사시도,
도 3b 는 실시예의 발광 소자를 포함한 발광소자 패키지를 나타낸 단면도,
도 4a 는 실시예에 따른 발광소자 모듈을 포함하는 조명장치를 도시한 사시도,
도 4b 는 실시예에 따른 발광소자 모듈을 포함하는 조명장치를 도시한 단면도,
도 5 는 실시예에 따른 발광소자 모듈을 포함하는 백라이트 유닛을 도시한 분해 사시도, 그리고
도 6 은 실시예에 따른 발광소자 모듈을 포함하는 백라이트 유닛을 도시한 분해 사시도이다.
실시예들의 설명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴들의 "위(on)"에 또는 "아래(under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "위(on)"와 "아래(under)"는 "직접(directly)" 또는 "다른 층을 개재하여 (indirectly)" 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 각 층의 위 또는 아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다.
도면에서 각층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다.
이하에서는 도면을 참조하여 실시예를 보다 상세하게 설명한다.
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광소자(100)의 구조를 도시한 단면도이다.
도 1 을 참조하면, 실시예에 따른 발광소자(100)는 제1 전극층(110), 제1 전극층(110) 상에 배치되며, 제1 반도체층(122), 제2 반도체층(126), 및 제1 반도체층(122)과 제2 반도체층(126) 사이에 배치되는 활성층(124)을 포함하는 발광구조물(120), 발광구조물(120) 상에 배치되고, 일영역이 관통되는 홀(132)이 형성되는 기판(130), 및 홀(132)에 배치되며, 발광구조물(120)과 전기적으로 연결되는 제2 전극층(140)을 포함한다.
제1 전극층(110)은 오믹층(Ohmic layer)(114), 제1 반사층(Reflective layer)(112) 중 적어도 한층을 포함할 수 있다. 예를 들어 제1 전극층(110)은 오믹층/제1 반사층의 적층구조이거나, 오믹층(114) 또는 제1 반사층(112) 중의 하나로 형성되는 단층구조일 수 있으나, 이에 한정하지 아니한다. 제1 전극층(110)은 측면에 빛을 반사시키는 제2 반사층(150)이 배치될 수 있다.
제1 전극층(110)은 발광구조물(120)과 접할 수 있다. 제1 전극층(110)은 발광구조물(120)의 하면에 배치될 수 있다. 제1 전극층(110)은 발광구조물(120)과 전기적으로 연결될 수 있다. 제1 전극층(110)은 발광구조물(120)에 전기를 공급할 수 있다. 제1 전극층(110)은 외부에서 공급되는 전원을 발광구조물(120)에 연결시킬 수 있다. 제1 전극층(110)은 도전성 물질을 포함할 수 있다.
제1 반사층(112)은 제1 전극층(110)에 포함될 수 있다. 제1 반사층(112)은 오믹층(114)의 하부에 배치될 수 있다. 제1 반사층(112)은 오믹층(114)의 하면과 접할 수 있다. 제1 반사층(112)은 측면에 전류를 차단하는 절연층(160)을 구비할 수 있다. 제1 반사층(112)은 측면이 제2 반사층(150)과 인접할 수 있다. 제1 반사층(112)은 제2 반사층(150)과의 사이에 절연층(160)을 구비할 수 있다. 제1 반사층(112)은 제2 반사층(150)과 전기적으로 분리될 수 있다. 제1 반사층(112)은 발광구조물(120)에 전기를 공급할 수 있다.
제1 반사층(112)은 발광구조물(120)에서 발생한 빛을 발광소자(100)의 상면으로 반사시킬 수 있다. 제1 반사층(112)은 발광구조물(120)에서 발광소자(100)의 하면방향으로 발산된 빛을 발광구조물(120) 방향으로 다시 반사시킬 수 있다.
제1 반사층(112)은 반사특성이 우수한 물질, 예를 들어 은(Ag), 니켈(Ni), 알루미늄(Al), 루비듐(Rh), 팔라듐(Pd), 이리듐(Ir), 루테늄(Ru), 마그네슘(Mg), 아연(Zn), 백금(Pt), 금(Au), 하프늄(Hf) 및 이들의 선택적인 조합으로 구성된 물질 중에서 형성되거나, 상기 금속 물질과 IZO(indium zinc oxide), IZTO(indium zinc tin oxide), IAZO(indium aluminum zinc oxide), IGZO(indium gallium zinc oxide), IGTO(indium gallium tin oxide), AZO(aluminum zinc oxide), ATO(antimony tin oxide) 등의 투광성 전도성 물질을 이용하여 다층으로 형성할 수 있다. 제1 반사층(112)은 IZO/Ni, AZO/Ag, IZO/Ag/Ni, AZO/Ag/Ni 등으로 적층할 수 있다. 제1 반사층(112)을 발광 구조물(예컨대, 제1 반도체층(122))과 오믹 접촉하는 물질로 형성할 경우, 오믹층(114)은 별도로 형성하지 않을 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
오믹층(114)은 제1 전극층(110)에 포함될 수 있다. 오믹층(114)은 제1 반사층(112) 상에 배치될 수 있다. 오믹층(114)은 발광구조물(120)의 하면에 배치될 수 있다. 오믹층(114)은 측면이 제2 반사층(150)과 인접할 수 있다. 오믹층(114)은 제2 반사층(150)과의 사이에 절연층(160)이 개재될 수 있다. 오믹층(114)은 제2 반사층(150)과 전기적으로 분리될 수 있다.
오믹층(114)은 발광 구조물(120)의 하면에 오믹 접촉되며, 층 또는 복수의 패턴으로 형성될 수 있다. 오믹층(114)은 투광성 전도층과 금속이 선택적으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 오믹층(114)은 ITO(indium tin oxide), IZO(indium zinc oxide), IZTO(indium zinc tin oxide), IAZO(indium aluminum zinc oxide), IGZO(indium gallium zinc oxide), IGTO(indium gallium tin oxide), AZO(aluminum zinc oxide), ATO(antimony tin oxide), GZO(gallium zinc oxide), IrOx, RuOx, RuOx/ITO, Ni, Ag, Ni/IrOx/Au, 및 Ni/IrOx/Au/ITO 중 하나 이상을 이용하여 단층 또는 다층으로 구현할 수 있다. 오믹층(114)은 제1 반도체층(122)에 캐리어의 주입을 원활히 하기 위한 것으로, 생략될 수 있다.
발광구조물(120)은 제1 전극층(110) 상에 배치될 수 있다. 발광구조물(120)은 오믹층(114)과 접할 수 있다. 발광구조물(120)은 제1 반도체층(122), 활성층(124) 및 제2 반도체층(126)을 포함할 수 있고, 제1 반도체층(122)과 제2 반도체층(126) 사이에 활성층(124)이 개재된 구성으로 이루어질 수 있다. 발광구조물(120)은 제1 반도체층(122)과 오믹층(114)이 오믹접촉(Ohmic contact)할 수 있다.
발광구조물(120)은 수직적으로 복수의 층이 적층되어 형성될 수 있다. 발광구조물(120)은 측면이 경사각을 가질 수 있다. 발광구조물(120)은 식각과정에서 측면에 경사각이 형성될 수 있으나, 이에 한정하지 아니한다.
제1 반도체층(122)은 p형 도펀트가 도핑된 p형 반도체층으로 구현될 수 있다. 제1 도전성 반도체층(122)은 InxAlyGa1 -x- yN (0≤x≤1, 0 ≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 재료, 예를 들어 GaN(Gallium nitride), AlN(Aluminium nitride), AlGaN(Aluminium gallium nitride), InGaN(Indium gallium nitride), InN(Indium nitride), InAlGaN, AlInN 등에서 선택될 수 있으며 마그네슘(Mg), 아연(Zn), 칼슘(Ca), 스트론튬(Sr), 바륨(Ba) 등의 p형 도펀트가 도핑될 수 있다.
제1 반도체층(122) 상에는 활성층(124)이 배치될 수 있다. 활성층(124)은 3족-5족 원소의 화합물 반도체 재료를 이용하여 단일 또는 다중 양자 우물 구조, 양자 선(Quantum-Wire) 구조, 또는 양자 점(Quantum Dot) 구조 등으로 형성될 수 있다.
활성층(124)이 양자우물구조로 형성된 경우 예컨데, InxAlyGa1 -x- yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 우물층과 InaAlbGa1 -a- bN (0≤a≤1, 0≤b≤1, 0≤a+b≤1)의 조성식을 갖는 장벽층을 갖는 단일 또는 양자우물구조를 갖을 수 있다. 상기 우물층은 상기 장벽층의 밴드 갭보다 낮은 밴드 갭을 갖는 물질로 형성될 수 있다.
활성층(124)의 위 또는/및 아래에는 도전성 클래드층(미도시)이 형성될 수 있다. 상기 도전성 클래드층(미도시)은 AlGaN계 반도체로 형성될 수 있으며, 활성층(124)의 밴드 갭보다는 큰 밴드 갭을 가질 수 있다.
활성층(124) 상에는 제2 반도체층(126)이 배치될 수 있다. 제2 반도체층(126)은 n형 반도체층으로 구현될 수 있으며, 상기 n형 반도체층은 예컨데, InxAlyGa1-x-yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 재료, 예를 들어 GaN(Gallium nitride), AlN(Aluminium nitride), AlGaN(Aluminium gallium nitride), InGaN(Indium gallium nitride), InN(Indium nitride), InAlGaN, AlInN 등에서 선택될 수 있으며, 예를 들어 규소(Si), 게르마늄(Ge), 주석(Sn), 셀레늄(Se), 텔루늄(Te)와 같은 n형 도펀트가 도핑된다.
발광 구조물(120)은 제2 반도체층(126) 위에 제2 반도체층(126)과 반대의 극성을 갖는 제3 반도체층(미도시)을 포함할 수 있다. 또한 제1 반도체층(122)이 n 형 반도체층이고, 제2 반도체층(126)이 p 형 반도체층으로 구현될 수도 있다. 이에 따라 발광 구조물(120)은 N-P 접합, P-N 접합, N-P-N 접합 및 P-N-P 접합 구조 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
기판(130)은 발광구조물(120) 상에 배치될 수 있다. 기판(130)은 박막을 쌓는 공정에서 발광구조물(120)을 지지할 수 있다. 기판(130)은 일영역이 관통될 수 있다. 기판(130)은 홀이 형성될 수 있다. 기판(130)은 상면이 제2 전극층(140)과 접할 수 있다.
기판(130)은 광 투과적 성질을 가지는 재질, 예를 들어 사파이어(Al2O3), 질화갈륨(GaN), 산화아연(ZnO), 산화알루미늄(AlO), 실리콘단결정(Si) 중 어느 하나를 포함하여 형성될 수 있다. 기판(130)은 사파이어(Al2O3) 지지부재에 비해 열전도성이 큰 탄화규소(SiC) 지지부재이거나, 실리콘(Si) 단결정구조일 수 있으나, 이에 한정하지 아니한다. 기판(130)의 굴절율은 광 추출 효율을 위해 제1 반도체층(122)의 굴절율보다 작은 것이 바람직하나, 이에 한정하지 아니한다. 기판(130)은 발광구조물(120)의 상면을 덮어 발광소자(100)의 기밀성을 확보할 수 있다. 기판(130)은 발광구조물(120)에 이물질이 침입하는 것을 차단할 수 있다. 기판(130)은 발광소자(100) 내부의 층간의 계면박리를 방지할 수 있다.
실시예에 따른 발광소자(100)는 기판(130)의 상면에 광 추출 효율을 높이기 위해 패턴(134)(PSS:Patterned SubStrate)이 형성될 수 있다. 기판(130)은 상면의 적어도 일 영역에 대해 에칭을 수행하여 패턴(134) 구비할 수 있다. 상기 에칭 과정은 습식 또는/및 건식 에칭 공정을 포함할 수 있으며, 이에 한정하지 아니한다. 기판(130)은 패턴(134)이 랜덤한 크기로 불규칙하게 형성될 수 있으며, 이에 한정하지 아니한다. 기판(130)의 패턴(134)은 텍스쳐(Tecture) 패턴, 요철 패턴, 평탄하지 않은 패턴(Uneven pattern) 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 이에 한정하지 아니한다.
기판(130)은 발광 소자에서 발생하는 열의 방출을 용이하게 하여 발광 소자(100)의 열적 안정성을 향상시킬 수 있다. 기판(130)은 두께를 조절하여 광투과성을 확보할 수 있다.
제2 전극층(140)은 기판(130) 상에 배치될 수 있다. 제2 전극층(140)은 기판(130)의 일영역이 관통된 홀(132)에 배치되어 제2 반도체층(126)과 접할 수 있다. 이에 따라, 제2 전극층(140)은 제2 반도체층(126)과 전기적으로 연결될 수 있다. 제2 전극층(140)은 기판(130)의 평탄한 상면 위에 배치될 수 있고 평탄하지 않는 패턴(134) 위에 배치될 수도 있으며, 이에 한정하지 아니한다.
기판(130)상에 배치된 제2 전극층(140)은 발광 소자(100)의 측면을 통하여 발광 소자(100) 측면의 하부, 즉, 제1 전극층(110)과 인접한 평면까지 연장될 수 있다. 발광 소자(100)의 측면에 형성된 제2 전극층(140)은 제2 반사층(150)과 접하여 형성될 수 있으며, 절연층(160)을 통하여 발광 소자(100)의 측면과 절연될 수 있다.
이로써, 발광 소자(100)를 도전 패턴(미도시)의 일측면에 실장했을 때 발광 소자(100)의 하면에 위치한 제1 전극층(110)을 통해 제1 반도체층(122)과 전기적으로 연결되고 발광 소자(100) 측면의 하부까지 연장된 제2 전극층(140)을 통해 제2 반도체층(126)과 전기적으로 연결될 수 있다.
제2 전극층(140)은 적어도 하나의 패드(미도시) 또는/및 소정 패턴을 갖는 전극을 포함할 수 있고, 이에 한정하지 아니한다. 제2 전극층(140)은 일영역이 원기둥의 형태일 수 있다. 제2 전극층(140)은 기판(130)의 상면 중 센터 영역, 외측 영역 또는 모서리 영역에 배치될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 제2 전극층(140)은 패드(미도시) 및 패드(미도시)와 연결되어 적어도 일 방향으로 연장되는 적어도 하나의 브랜치(branch) 전극(미도시)이 연결될 수 있으나, 이에 한정하지 아니한다.
제2 전극층(140)은 전도성 물질, 예를 들어 인듐(In), 토발트(Co), 규소(Si), 게르마늄(Ge), 금(Au), 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 루테늄(Ru), 레늄(Re), 마그네슘(Mg), 아연(Zn), 하프늄(Hf), 탄탈(Ta), 로듐(Rh), 이리듐(Ir), 텅스텐(W), 티타늄(Ti), 은(Ag), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 나이오븀(Nb), 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 구리(Cu), 및 티타늄 텅스텐 합금(WTi) 중에서 선택된 금속 또는 합금을 이용하여 단층 또는 다층으로 형성될 수 있다.
제2 반사층(150)은 기판(130), 발광구조물(120), 및 제1 전극층(110)의 측면에 구비될 수 있다. 제2 반사층(150)은 기판(130), 발광구조물(120), 및 제1 전극층(110)의 측면과 이격될 수 있다. 제2 반사층(150)은 기판(130), 발광구조물(120), 및 제1 전극층(110)과 전기적으로 분리될 수 있다. 제2 반사층(150)은 기판(130), 발광구조물(120), 및 제1 전극층(110)과의 사이에 절연층(160)이 구비될 수 있다.
실시예에 따른 발광소자(100)는 제2 반사층(150)이 제1 전극층(110), 발광구조물(120), 및 기판(130)의 측면과 경사각을 이룰 수 있다. 제2 반사층(150)은 제1 전극층(110), 발광구조물(120), 및 기판(130)의 측면과의 거리가 위치에 따라 서로 다를 수 있다. 제2 반사층(150)은 제1 전극층(110)에서 기판(130) 방향으로 갈수록 발광구조물(120)의 측면과의 거리가 멀어질 수 있다.
제2 반사층(150)은 반사특성이 우수한 물질, 예를 들어 은(Ag), 니켈(Ni), 알루미늄(Al), 루비듐(Rh), 팔라듐(Pd), 이리듐(Ir), 루테늄(Ru), 마그네슘(Mg), 아연(Zn), 백금(Pt), 금(Au), 하프늄(Hf) 및 이들의 선택적인 조합으로 구성된 물질 중에서 형성되거나, 상기 금속 물질과 IZO(indium zinc oxide), IZTO(indium zinc tin oxide), IAZO(indium aluminum zinc oxide), IGZO(indium gallium zinc oxide), IGTO(indium gallium tin oxide), AZO(aluminum zinc oxide), ATO(antimony tin oxide) 등의 투광성 전도성 물질을 이용하여 다층으로 형성할 수 있다. 제2 반사층(150)은 IZO/Ni, AZO/Ag, IZO/Ag/Ni, AZO/Ag/Ni 등으로 적층할 수 있다.
제2 반사층(150)은 발광구조물(120)에서 발생된 빛을 발광소자(100)의 내부로 반사시킬 수 있다. 제2 반사층(150)은 발광구조물(120)과 경사각을 이루어 지향각을 조절할 수 있다. 제2 반사층(150)은 경사각을 가져 발광소자(100)의 상부로 빛을 반사시킬 수 있다.
절연층(160)은 제2 반사층(150)과 기판(130), 발광구조물(120), 및 제1 전극층(110)의 측면에 배치될 수 있다. 절연층(160)은 제2 반사층(150)과 기판(130), 발광구조물(120), 및 제1 전극층(110)을 이격시켜 전기적으로 분리할 수 있다. 절연층(160)은 위치에 따라 두께가 다를 수 있다. 절연층(160)은 제1 전극층(110)에서 기판(130) 방향으로 갈수록 두께가 두꺼워질 수 있다. 즉, 절연층(160)으로 인해 제2 반사층(150)은 기판(130), 발광구조물(120), 및 제1 전극층(110)과 경사각을 형성하도록 하여 발광소자(100)의 지향각을 조절할 수 있다.
도 2a, 및 도 2b는 다른 실시예에 따른 발광소자(200)를 도시한 단면도이다.
도 2a를 참조하면, 제2 전극층(240)은 서로 전기적으로 연결된 제1층(242)과 제2층(244)을 포함할 수 있다. 제1층(242)은 기판(230)에 형성된 홀(232)에 배치될 수 있다. 제2층(244)은 기판(230) 상에 배치되어 발광소자(200)의 측면을 통해 발광 소자(200) 측면 하부까지 연장될 수 있다.
제2층(244)은 전기적으로 서로 연결된 하나 이상의 일영역이 기판(230)상에 배치될 수 있다. 제2층(244)은 실시예에 따라 복수의 제1층(242)을 연결할 수 있다. 제2층(244)은 패턴구조로 형성될 수 있다. 제2층(244)은 제1층(242)의 개수에 따라 선형태가 여러 개 중복된 형태일 수 있으나, 그 형태에 한정하지 아니한다. 제2층(244)은 도면 2a와 같이 일영역이 연장되어 발광소자(200)의 외곽에 배치될 수 있다. 제2층(244)은 발광소자(200)의 측면으로 연장되어 제2 반사층(250)과 인접하게 배치될 수 있다. 제2층(244)은 제2 반사층(250)과 전기적으로 연결될 수 있으나, 이에 한정하지 아니한다.
제2층(244)은 위치에 따라 두께가 다를 수 있다. 제2층(244)은 발광소자(200)의 측면에 배치되는 부분이 기판(230)에서 제1 전극층(210)의 방향으로 갈수록 두께가 두꺼워질 수 있다. 제2층(244)은 제2 반사층(250)과 접하는 내측면이 외측면과 경사각을 형성할 수 있다. 제2층(244)은 외측면이 제1 전극층(210)의 측면과 평행할 수 있다. 제2층(244)은 하부로 갈수록 두께가 두꺼워져 발광소자(200)의 내구성을 확보할 수 있다.
제2층(244)는 제1층(242)과 접할 수 있다. 제2층(244)는 제1층(242)과 전기적으로 연결될 수 있다. 제2층(244)은 투광성 물질을 포함할 수 있다. 제2층(244)은 ITO(indium tin oxide), IZO(indium zinc oxide), IZTO(indium zinc tin oxide), IAZO(indium aluminum zinc oxide), IGZO(indium gallium zinc oxide), IGTO(indium gallium tin oxide), AZO(aluminum zinc oxide), ATO(antimony tin oxide), GZO(gallium zinc oxide), IrOx, RuOx, RuOx/ITO, Ni, Ag, Ni/IrOx/Au, 및 Ni/IrOx/Au/ITO 중 하나 이상을 이용하여 단층 또는 다층으로 구현할 수 있다.
도면 2b를 참조하면, 제2 전극층(240)은 제3층(246)을 더 포함할 수 있고, 제2층(244)은 제1층(242)과 제3층(246)을 연결할 수 있다.
제2층(244)은 제2 반사층(250)의 외측면으로 연장될 수 있다. 제2층(244)은 제2 반사층(250)의 외측면과 접할 수 있다. 제2층(244)은 경사각을 형성할 수 있다. 제2층(244)은 외측면이 발광구조물(220)의 측면과 평행할 수 있다. 제2층(244)은 내측면이 외측면과 경사각을 형성할 수 있다. 제2층(244)은 제2 반사층(250)의 외측면으로 연장된 부분의 두께가 높이에 따라 변할 수 있다. 제2층(244)은 외측면으로 연장된 부분의 두께가 기판(230)에서 제1 전극층(210)의 방향으로 갈수록 더 두꺼워질 수 있다.
제3층(246)은 제2 전극층(240)에 포함될 수 있다. 제3층(246)은 제2층(246)의 측면에 배치될 수 있다. 제3층(246)은 제1 전극층(210)의 측면과 인접할 수 있다. 제3층(246)은 바닥면과 평행한 판형태일 수 있다. 제3층(246)은 측면보다 상면, 및 하면의 면적이 더 넓을 수 있다. 제3층(246)은 발광소자 패키지(미도시)의 리드프레임(미도시)과의 접촉면적을 넓혀 전류흐름을 원활하게 할 수 있다.
제3층(246)은 표면적을 넓혀 전류의 흐름을 원활하게 할 수 있다. 제3층(246)은 발광소자 패키지(미도시)의 리드프레임(미도시)과 전기적으로 연결되어 발광구조물(220)에 전원을 공급할 수 있다. 제3층(246)은 표면적을 넓혀 발광소자(200)의 열배출을 촉진시킬 수 있다. 제3층(246)은 발광소자(200)를 발광소자 패키지(미도시)에 실장하는 공정을 용이하게 할 수 있다.
도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광소자 패키지(300)를 나타낸 사시도이며, 도 3b는 다른 실시예에 따른 발광소자 패키지(300)의 단면을 도시한 단면도이다.
도 3a 및 도 3b 를 참조하면, 실시예에 따른 발광소자 패키지(300)는 캐비티가 형성된 몸체(310), 몸체(310)에 실장된 제1 및 제2 전극(340, 350) 제1 및 제2 전극과 전기적으로 연결되는 발광소자(320) 및 캐비티에 형성되는 봉지재(330)를 포함할 수 있고, 봉지재(330)는 형광체(미도시)를 포함할 수 있다.
몸체(310)는 폴리프탈아미드(PPA:Polyphthalamide)와 같은 수지 재질, 실리콘(Si), 알루미늄(Al), 알루미늄 나이트라이드(AlN), 액정폴리머(PSG, photo sensitive glass), 폴리아미드9T(PA9T), 신지오택틱폴리스티렌(SPS), 금속 재질, 사파이어(Al2O3), 베릴륨 옥사이드(BeO), 인쇄회로기판(PCB, Printed Circuit Board), 세라믹 중 적어도 하나로 형성될 수 있다. 몸체(310)는 사출 성형, 에칭 공정 등에 의해 형성될 수 있으나 이에 대해 한정하지는 않는다.
몸체(310)의 내측면은 경사면이 형성될 수 있다. 이러한 경사면의 각도에 따라 발광소자(320)에서 방출되는 광의 반사각이 달라질 수 있으며, 이에 따라 외부로 방출되는 광의 지향각을 조절할 수 있다.
몸체(310)에 형성되는 캐비티를 위에서 바라본 형상은 원형, 사각형, 다각형, 타원형 등의 형상일 수 있으며, 특히 모서리가 곡선인 형상일 수도 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
봉지재(330)는 캐비티에 충진될 수 있으며, 형광체(미도시)를 포함할 수 있다. 봉지재(330)는 투명한 실리콘, 에폭시, 및 기타 수지 재질로 형성될 수 있다. 봉지재(330)는 캐비티 내에 충진한 후, 이를 자외선 또는 열 경화하는 방식으로 형성될 수 있다.
형광체(미도시)는 발광소자(320)에서 방출되는 광의 파장에 따라 종류가 선택되어 발광소자 패키지(300)가 백색광을 구현하도록 할 수 있다.
봉지재(330)에 포함되어 있는 형광체(미도시)는 발광소자(320)에서 방출되는 광의 파장에 따라 청색 발광 형광체, 청록색 발광 형광체, 녹색 발광 형광체, 황녹색 발광 형광체, 황색 발광 형광체, 황적색 발광 형광체, 오렌지색 발광 형광체, 및 적색 발광 형광체중 하나가 적용될 수 있다.
형광체(미도시)는 발광소자(320)에서 방출되는 제1 빛을 가지는 광에 의해 여기 되어 제2 빛을 생성할 수 있다. 예를 들어, 발광소자(320)가 청색 발광 다이오드이고 형광체(미도시)가 황색 형광체인 경우, 황색 형광체는 청색 빛에 의해 여기되어 황색 빛을 방출할 수 있으며, 청색 발광 다이오드에서 발생한 청색 빛 및 청색 빛에 의해 여기 되어 발생한 황색 빛이 혼색됨에 따라 발광소자 패키지(300)는 백색 빛을 제공할 수 있다.
발광소자(320)가 녹색 발광 다이오드인 경우는 magenta 형광체 또는 청색과 적색의 형광체(미도시)를 혼용하는 경우, 발광소자(320)가 적색 발광 다이오드인 경우는 Cyan형광체 또는 청색과 녹색 형광체를 혼용하는 경우를 예로 들 수 있다.
형광체(미도시)는 YAG계, TAG계, 황화물계, 실리케이트계, 알루미네이트계, 질화물계, 카바이드계, 니트리도실리케이트계, 붕산염계, 불화물계, 인산염계 등의 공지된 것일 수 있다.
몸체(310)에는 제1 전극(340) 및 제2 전극(350)이 실장될 수 있다. 제1 전극(340) 및 제2 전극(350)은 발광소자(320)와 전기적으로 연결되어 발광소자(320)에 전원을 공급할 수 있다.
제1 전극(340) 및 제2 전극(350)은 서로 전기적으로 분리되며, 발광소자(320)에서 발생된 빛을 반사시켜 광 효율을 증가시킬 수 있다. 제1 전극(340) 및 제2 전극(350)은 발광소자(320)에서 발생된 열을 외부로 배출시킬 수 있다.
도 3b에서는 발광소자(320)가 제1 전극(340) 상에 실장되었으나, 이에 한정되지 않으며, 발광소자(320)와 제1 전극(340) 및 제2 전극(350)은 와이어 본딩(wire bonding) 방식, 플립 칩(flip chip) 방식 또는 다이 본딩 방식 중 어느 하나에 의해 전기적으로 연결될 수도 있다.
제1 전극(340) 및 제2 전극(350)은 금속 재질, 예를 들어, 티타늄(Ti), 구리(Cu), 니켈(Ni), 금(Au), 크롬(Cr), 탄탈늄(Ta), 백금(Pt), 주석(Sn), 은(Ag), 인(P), 알루미늄(Al), 인듐(In), 팔라듐(Pd), 코발트(Co), 실리콘(Si), 게르마늄(Ge), 하프늄(Hf), 루테늄(Ru), 철(Fe) 중에서 하나 이상의 물질 또는 합금을 포함할 수 있다. 제1 전극(340) 및 제2 전극(350)은 단층 또는 다층 구조를 가지도록 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
발광소자(320)는 제1 전극(340) 상에 실장되며, 예를 들어, 적색, 녹색, 청색, 백색 등의 빛을 방출하는 발광 소자 또는 자외선을 방출하는 UV(Ultra Violet) 발광 소자일 수 있으나, 이에 대해 한정하지는 않는다. 발광 소자(320)는 한 개 이상 실장될 수 있다.
발광소자(320)는 그 전기 단자들이 모두 상부 면에 형성된 수평형 타입(Horizontal type)이거나, 또는 상, 하부 면에 형성된 수직형 타입(Vertical type), 또는 플립 칩 모두에 적용 가능하다.
발광소자(320)는 최상단에 기판(미도시)이 배치되어 기밀성이 확보될 수 있다. 발광소자(320)은 기판에 홀을 형성하여 제2 전극층(미도시)을 배치하여 전류확산을 용이하게 할 수 있다. 발광소자(320)은 제2 전극층(미도시)를 측면까지 연장하여 발광소자 패키지(300)에 실장하는 공정을 용이하게 할 수 있다.
실시예에 따른 발광소자 패키지(300)는 복수개가 기판 상에 어레이되며, 발광소자 패키지(300)의 광 경로 상에 광학 부재인 도광판, 프리즘 시트, 확산 시트 등이 배치될 수 있다.
발광소자 패키지(300), 기판, 광학 부재는 라이트 유닛으로 기능할 수 있다. 또 다른 실시 예는 발광소자(미도시) 또는 발광소자 패키지(300)를 포함하는 표시 장치, 지시 장치, 조명 시스템으로 구현될 수 있으며, 예를 들어, 조명 시스템은 램프, 가로등을 포함할 수 있다.
도 4a는 일 실시예에 따른 발광소자를 포함하는 조명 시스템(400)을 도시한 사시도이며, 도 4b는 도 4a의 조명 시스템의 D-D' 단면을 도시한 단면도이다.
즉, 도 4b 는 도 4a의 조명 시스템(400)을 길이방향(Z)과 높이방향(X)의 면으로 자르고, 수평방향(Y)으로 바라본 단면도이다.
도 4a 및 도 4b를 참조하면, 조명 시스템(400)은 몸체(410), 몸체(410)와 체결되는 커버(430) 및 몸체(410)의 양단에 위치하는 마감캡(450)을 포함할 수 있다.
몸체(410)의 하부면에는 발광소자 모듈(443)이 체결되며, 몸체(410)는 발광소자 패키지(444)에서 발생한 열이 몸체(410)의 상부면을 통해 외부로 방출할 수 있도록 전도성 및 열 발산 효과가 우수한 금속재질로 형성될 수 있고, 이에 한정하지 아니한다.
발광소자 패키지(444)는 발광소자(미도시)를 포함한다.
발광소자(미도시)는 최상단에 기판(미도시)이 배치되어 기밀성이 확보될 수 있다. 발광소자(미도시)은 기판에 홀을 형성하여 제2 전극층(미도시)을 배치하여 전류확산을 용이하게 할 수 있다. 발광소자(미도시)은 제2 전극층(미도시)를 측면까지 연장하여 발광소자 패키지(444)에 실장하는 공정을 용이하게 할 수 있다.
상기 발광소자(미도시)를 사용하여 발광소자 패키지(444) 및 조명 시스템(400)의 광추출 효율이 향상되고 조명 시스템(400)의 신뢰성이 더욱 향상될 수 있다.
발광소자 패키지(444)는 기판(442) 상에 다색, 다열로 실장되어 모듈을 이룰 수 있으며, 동일한 간격으로 실장되거나 또는 필요에 따라서 다양한 이격 거리를 가지고 실장될 수 있어 밝기 등을 조절할 수 있다. 기판(442)으로 MCPCB(Metal Core PCB) 또는 FR4 재질의 PCB 를 사용할 수 있다.
커버(430)는 몸체(410)의 하부면을 감싸도록 원형의 형태로 형성될 수 있으며, 이에 한정되지 않는다.
커버(430)는 내부의 발광소자 모듈(443)을 외부의 이물질 등으로부터 보호할 수 있다. 커버(430)는 발광소자 패키지(444)에서 발생한 광의 눈부심을 방지하고, 외부로 광을 균일하게 방출할 수 있도록 확산입자를 포함할 수 있으며, 또한 커버(430)의 내면 및 외면 중 적어도 어느 한 면에는 프리즘 패턴 등이 형성될 수 있다. 또한 커버(430)의 내면 및 외면 중 적어도 어느 한 면에는 형광체가 도포될 수도 있다.
발광소자 패키지(444)에서 발생하는 광은 커버(430)를 통해 외부로 방출되므로, 커버(430)는 광투과율이 우수하여야 하며, 발광소자 패키지(444)에서 발생하는 열에 견딜 수 있도록 충분한 내열성을 구비하고 있어야 하는바, 커버(430)는 폴리에틸렌테레프탈레이트 (Polyethylen?Terephthalate;?PET), 폴리카보네이트(Polycarbonate;?PC), 또는 폴리메틸 메타크릴레이트(Polymethyl Methacrylate; PMMA) 등을 포함하는 재질로 형성될 수 있다.
마감캡(450)은 몸체(410)의 양단에 위치하며 전원장치(미도시)를 밀폐하는 용도로 사용될 수 있다. 마감캡(450)에는 전원 핀(452)이 형성되어 있어, 실시예에 따른 조명 시스템(400)은 기존의 형광등을 제거한 단자에 별도의 장치 없이 곧바로 사용할 수 있게 된다.
도 5는 일 실시예에 따른 발광소자를 포함하는 액정표시장치의 분해 사시도이다.
도 5는 에지-라이트 방식으로, 액정 표시 장치(500)는 액정표시패널(510)과 액정표시패널(510)로 빛을 제공하기 위한 백라이트 유닛(570)을 포함할 수 있다.
액정표시패널(510)은 백라이트 유닛(570)으로부터 제공되는 광을 이용하여 화상을 표시할 수 있다. 액정표시패널(510)은 액정을 사이에 두고 서로 대향하는 컬러 필터 기판(512) 및 박막 트랜지스터 기판(514)을 포함할 수 있다.
컬러 필터 기판(512)은 액정표시패널(510)을 통해 디스플레이되는 화상의 색을 구현할 수 있다.
박막 트랜지스터 기판(514)은 구동 필름(517)을 통해 다수의 회로부품이 실장되는 인쇄회로기판(518)과 전기적으로 접속되어 있다. 박막 트랜지스터 기판(514)은 인쇄회로기판(518)으로부터 제공되는 구동 신호에 응답하여 인쇄회로기판(518)으로부터 제공되는 구동 전압을 액정에 인가할 수 있다.
박막 트랜지스터 기판(514)은 유리나 플라스틱 등과 같은 투명한 재질의 다른 기판상에 박막으로 형성된 박막 트랜지스터 및 화소 전극을 포함할 수 있다.
백라이트 유닛(570)은 빛을 출력하는 발광소자 모듈(520), 발광소자 모듈(520)로부터 제공되는 빛을 면광원 형태로 변경시켜 액정표시패널(510)로 제공하는 도광판(530), 도광판(530)으로부터 제공된 빛의 휘도 분포를 균일하게 하고 수직 입사성을 향상시키는 다수의 필름(550, 560, 564) 및 도광판(530)의 후방으로 방출되는 빛을 도광판(530)으로 반사시키는 반사 시트(540)로 구성된다.
발광소자 모듈(520)은 복수의 발광소자 패키지(524)와 복수의 발광소자 패키지(524)가 실장되어 모듈을 이룰 수 있도록 PCB기판(522)을 포함할 수 있다.
발광소자 패키지(524)는 발광소자(미도시)를 포함한다. 발광소자(미도시)는 최상단에 기판(미도시)이 배치되어 기밀성이 확보될 수 있다. 발광소자(미도시)은 기판에 홀을 형성하여 제2 전극층(미도시)을 배치하여 전류확산을 용이하게 할 수 있다. 발광소자(미도시)은 제2 전극층(미도시)를 측면까지 연장하여 발광소자 패키지(524)에 실장하는 공정을 용이하게 할 수 있다.
상기 발광소자를 사용하여 백라이트 유닛(570)의 광추출 효율이 향상되고 백라이트 유닛(570)의 신뢰성이 더욱 향상될 수 있다.
백라이트유닛(570)은 도광판(530)으로부터 입사되는 빛을 액정 표시 패널(510) 방향으로 확산시키는 확산필름(566)과, 확산된 빛을 집광하여 수직 입사성을 향상시키는 프리즘필름(550)으로 구성될 수 있으며, 프리즘필름(550)를 보호하기 위한 보호필름(564)을 포함할 수 있다.
도 6은 실시예에 따른 발광소자를 포함하는 액정표시장치의 분해 사시도이다. 다만, 도 5에서 도시하고 설명한 부분에 대해서는 반복하여 상세히 설명하지 않는다.
도 6은 실시예에 따른 직하 방식의 액정 표시 장치(600)이다. 액정 표시 장치(600)는 액정표시패널(610)과 액정표시패널(610)로 빛을 제공하기 위한 백라이트 유닛(670)을 포함할 수 있다. 액정표시패널(610)은 도 5에서 설명한 바와 동일하므로, 상세한 설명은 생략한다.
백라이트 유닛(670)은 복수의 발광소자 모듈(623), 반사시트(624), 발광소자 모듈(623)과 반사시트(624)가 수납되는 하부 섀시(630), 발광소자 모듈(623)의 상부에 배치되는 확산판(640) 및 다수의 광학필름(660)을 포함할 수 있다.
발광소자 모듈(623)은 복수의 발광소자 패키지(622)와 복수의 발광소자 패키지(622)가 실장되어 모듈을 이룰 수 있도록 PCB기판(621)을 포함할 수 있다.
발광소자 패키지(622)는 발광소자(미도시)를 포함한다. 발광소자(미도시)는 최상단에 기판(미도시)이 배치되어 기밀성이 확보될 수 있다. 발광소자(미도시)은 기판에 홀을 형성하여 제2 전극층(미도시)을 배치하여 전류확산을 용이하게 할 수 있다. 발광소자(미도시)은 제2 전극층(미도시)를 측면까지 연장하여 발광소자 패키지(622)에 실장하는 공정을 용이하게 할 수 있다.
상기 발광소자(미도시)를 구비한 발광소자 패키지(622)를 사용하여 백라이트 유닛(670)의 광추출 효율이 향상되고 백라이트 유닛(670)의 신뢰성이 더욱 향상될 수 있다.
반사 시트(624)는 발광소자 패키지(622)에서 발생한 빛을 액정표시패널(610)이 위치한 방향으로 반사시켜 빛의 이용 효율을 향상시킨다.
발광소자 모듈(623)에서 발생한 빛은 확산판(640)에 입사하며, 확산판(640)의 상부에는 광학 필름(660)이 배치된다. 광학 필름(660)은 확산 필름(666), 프리즘필름(650) 및 보호필름(664)를 포함하여 구성된다.
실시예에 따른 발광소자는 상기한 바와 같이 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.
이상에서는 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다
110 : 제1 전극층 120 : 발광구조물
130 : 기판 140 : 제2 전극층
150 : 제2 전극층 160 : 절연층
170 : 패턴 300 : 발광소자 패키지.

Claims (21)

  1. 제1 전극층;
    상기 제1 전극층 상에 배치되며, 제1 반도체층, 제2 반도체층, 및 상기 제1 반도체층과 제2 반도체층 사이에 배치되는 활성층을 포함하는 발광구조물;
    상기 발광구조물 상에 배치되고, 일영역이 관통되는 홀이 형성되는 기판;
    상기 발광구조물 및 상기 제1 전극층의 측면에 형성된 절연층; 및
    상기 홀에 배치되며 상기 발광구조물과 전기적으로 연결되는 제1 층과, 상기 제1층으로부터 연장되어 상기 발광 구조물 측면 하부까지 연장되는 제2 층을 포함하는 제2 전극층;을 포함하고,
    상기 제1 층은 한 개 이상 형성되며,
    상기 제2 층은 상기 제1층 상호간을 연결하는 발광소자.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2 전극층은 상기 제2 반도체층과 전기적으로 연결되고,
    상기 제1 전극층은,
    제1 반사층을 포함하고, 상기 제1 반사층 상에 배치되고, 상기 발광구조물과 오믹접촉하는 오믹층을 더 포함하는 발광소자.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 기판, 상기 발광구조물, 및 상기 제1 전극층의 측면에 배치되는 제2 반사층을 더 포함하는 발광소자.
  7. 삭제
  8. 제6항에 있어서,
    상기 제1층으로부터 연장된 상기 제2 층의 일단은 상기 제1 전극층과 인접한 평면까지 연장되고,
    상기 절연층은 경사각을 형성하고,
    상기 절연층은 상기 제2 반사층과 상기 발광구조물이 경사각을 형성하도록 하며,
    상기 절연층은 상기 제1 전극층에서 상기 기판 방향으로 갈수록 두께가 두꺼워지는 발광소자.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 제1항에 있어서,
    상기 기판은 사파이어(Al2O3), 질화갈륨(GaN), 산화아연(ZnO), 산화알루미늄(AlO), 또는 실리콘(Si) 중에 하나의 물질로 형성되는 발광소자.
  14. 삭제
  15. 제1항에 있어서,
    상기 제2층은 투광성 물질로 형성되고,
    상기 제2층은 두께가 상기 기판에서 상기 제1 전극층 방향으로 갈수록 더두꺼워지는 발광소자.
  16. 삭제
  17. 제6항에 있어서,
    상기 제2층은 상기 제2 반사층과 대향하는 내측면과 반대측인 외측면이 경사각을 형성하고,
    상기 제2층은 외측면이 상기 기판, 상기 발광구조물, 및 상기 제1 전극층의 측면과 평행한 발광소자.
  18. 삭제
  19. 제1항에 있어서,
    상기 제2 전극층은 측면이 상기 제1 전극층의 측면과 대향하고, 상기 제2층의 외측면과 접하는 제3층을 더 포함하고,
    상기 제3층은 측면보다 상면 및 하면의 면적이 더 넓은 발광소자.
  20. 삭제
  21. 제1항에 있어서,
    상기 기판의 상면에는 요철이 형성된 발광소자.
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