KR101962119B1

KR101962119B1 - 발광소자

Info

Publication number: KR101962119B1
Application number: KR1020120092435A
Authority: KR
Inventors: 김은주; 정영규; 김청송
Original assignee: 엘지이노텍 주식회사
Priority date: 2012-08-23
Filing date: 2012-08-23
Publication date: 2019-03-26
Also published as: KR20140025901A

Abstract

실시 예는, 제1 반도체층, 제2 반도체층 및 상기 제1, 2 반도체층 사이에 활성층을 포함하는 발광구조물, 상기 제1 반도체층에 전기적으로 연결된 제1 전극, 상기 제2 반도체층에 전기적으로 연결된 제2 전극 및 상기 제1 반도체층 상에 소정 패턴을 가지고 배치되며, 상기 활성층에서 방출된 광의 파장을 변환하는 광변환층을 포함하고, 상기 광변환층은, 상기 제1 전극의 일측에 위치하며, 제1 크기를 가지는 제1 광변환입자를 포함하는 제1 광변환층 및 상기 제1 광변환층의 일측에 위치하며, 제2 크기를 가지는 제2 광변환입자를 포함하는 제2 광변환층을 포함하는 발광소자를 제공한다.

Description

발광소자{Light emitting device}

실시 예는 발광소자에 관한 것이다.

반도체의 3-5족 또는 2-6족 화합물 반도체 물질을 이용한 발광 다이오드(Ligit Emitting Diode)나 레이저 다이오드와 같은 발광소자는 박막 성장 기술 및 소자 재료의 개발로 적색, 녹색, 청색 및 자외선 등 다양한 색을 구현할 수 있으며, 형광 물질을 이용하거나 색을 조합함으로써 효율이 좋은 백색 광선도 구현이 가능하다.

이러한 발광소자는 형광등, 백열등 등 기존의 광원에 비해 저소비전력, 반영구적인 수명, 빠른 응답속도, 안전성, 환경친화성의 장점을 가짐에 따라, 점차 사용 영역이 증가하고 있으며, 이와 같이 발광소자의 사용영역이 넓어지면서, 생활에 사용되는 전등, 구조 신호용 전등 등에 요구되는 휘도가 높이지는 바, 발광소자의 효율을 증가시키는 것이 중요하다.

실시 예는, 광속을 향상시키며, 지향각을 확대시키기 용이한 발광소자를 제공한다.

실시 예에 따른 발광소자는, 제1 반도체층, 제2 반도체층 및 상기 제1, 2 반도체층 사이에 활성층을 포함하는 발광구조물, 상기 제1 반도체층에 전기적으로 연결된 제1 전극, 상기 제2 반도체층에 전기적으로 연결된 제2 전극 및 상기 제1 반도체층 상에 소정 패턴을 가지고 배치되며, 상기 활성층에서 방출된 광의 파장을 변환하는 광변환층을 포함하고, 상기 광변환층은, 상기 제1 전극의 일측에 위치하며, 제1 크기를 가지는 제1 광변환입자를 포함하는 제1 광변환층 및 상기 제1 광변환층의 일측에 위치하며, 제2 크기를 가지는 제2 광변환입자를 포함하는 제2 광변환층을 포함할 수 있다.

실시 예에 따른 발광소자는, 발광구조물 상에 배치된 제1 전극의 둘레에 인접하게 제1 크기를 가지는 제1 광변환입자를 포함하는 제1 광변환층으로 광속을 향상시키며, 제1 광변환층의 둘레에 인접하게 상기 제1 크기와 다른 제2 크기를 가지는 제2 광변환입자를 포함하는 제2 광변환층으로 지향각을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.

실시예에 따른 발광소자는 서로 크기가 다른 광변환입자를 포함하여, 색변환효율이 향상될 수 있다.

실시예에 따른 발광소자는 제2 광변환층의 두께를 조절하여 발광구조물에 가해지는 압력으로 인한 결함을 최소화할 수 있다.

도 1은 제1 실시 예에 따른 발광소자를 나타낸 단면도이다.
도 1a 는 광변환입자의 크기에 따른 지향각 특성의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 2는 제2 실시 예에 따른 발광소자를 나타낸 단면도이다.
도 3은 실시예에 따른 발광소자를 포함하는 발광소자패키지의 단면을 도시한 단면도이다.
도 4는 실시예에 따른 발광소자 모듈을 포함하는 조명장치를 도시한 사시도이다.
도 5는 도 4의 조명장치의 C - C’ 단면을 도시한 단면도이다.
도 6은 실시예에 따른 광학시트를 포함하는 액정표시장치의 분해 사시도이다.
도 7은 실시예에 따른 광학시트를 포함하는 액정표시장치의 분해 사시도이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 따라서, 몇몇 실시예에서, 잘 알려진 공정 단계들, 잘 알려진 소자 구조 및 잘 알려진 기술들은 본 발명이 모호하게 해석되는 것을 피하기 위하여 구체적으로 설명되지 않는다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

공간적으로 상대적인 용어인 "아래(below)", "아래(beneath)", "하부(lower)", "위(above)", "상부(upper)" 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 소자 또는 구성 요소들과 다른 소자 또는 구성 요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작 시 소자의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. 예를 들면, 도면에 도시되어 있는 소자를 뒤집을 경우, 다른 소자의 "아래(below)"또는 "아래(beneath)"로 기술된 소자는 다른 소자의 "위(above)"에 놓여질 수 있다. 따라서, 예시적인 용어인 "아래"는 아래와 위의 방향을 모두 포함할 수 있다. 소자는 다른 방향으로도 배향될 수 있고, 이에 따라 공간적으로 상대적인 용어들은 배향에 따라 해석될 수 있다.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않은 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.

도면에서 각층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기와 면적은 실제크기나 면적을 전적으로 반영하는 것은 아니다.

또한, 실시 예에서 발광소자의 구조를 설명하는 과정에서 언급하는 각도와 방향은 도면에 기재된 것을 기준으로 한다. 명세서에서 발광소자를 이루는 구조에 대한 설명에서, 각도에 대한 기준점과 위치관계를 명확히 언급하지 않은 경우, 관련 도면을 참조하도록 한다.

도 1은 제1 실시 예에 따른 발광소자를 나타낸 단면도이다.

도 1을 참조하면, 발광소자(100)는 기판(110) 및 기판(110) 상에 제1 반도체층(162), 제2 반도체층(166) 및 제1, 2 반도체층(162, 166) 사이에 활성층(164)을 포함하는 발광구조물(160)을 포함할 수 있다.

실시 예에 따른 발광소자(100)는 기판(110), 기판(110) 상에 배치된 결합층(120), 결합층(120) 상에 배치된 캡핑층(130) 및 캡핑층(130) 내에 제1 전극(140), 제1 전극(140) 상에 발광구조물(160), 발광구조물(160) 상에 제2 전극(170)을 포함할 수 있다.

실시 예에서, 발광소자(100)는 전극이 수직적으로 배치된 수직형 타입(vertical type)의 발광소자인 것으로 나타내었으나, 발광구조물(160)의 일 영역을 에칭하여 전극이 수평적으로 배치된 수평형 타입(lateral type)의 발광소자일 수 있으며, 이에 한정을 두지 않는다.

기판(110)은 발광구조물(160)의 하부에 배치되어, 발광구조물(160)을 지지할 수 있으며, 광 투과적 성질을 가질 수 있다.

이때, 기판(110)은 광 투과적 물질을 사용하거나, 소정의 물질을 일정 두께 이하로 형성하여 광 투과적 성질을 가질 수 있으나, 이에 한정하지 아니한다. 기판(110)의 굴절율은 광추출 효율을 위해 제1 반도체층(162)의 굴절율보다 작을 수 있으나, 이에 한정을 두지 않는다.

기판(110)은 반도체 물질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 반도체 물질은 규소(Si), 게르마늄(Ge), 비소화갈륨(GaAs), 산화아연(ZnO), 실리콘카바이드(SiC), 실리콘게르마늄(SiGe), 질화갈륨(GaN), 갈륨(Ⅲ)옥사이드(Ga2O3)와 같은 캐리어 웨이퍼로 구현될 수 있다.

기판(110)은 전도성 물질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 금속으로 형성된 경우 기판(110)은 금(Au), 니켈(Ni), 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 탄탈륨(Ta), 은(Ag), 백금(Pt), 크롬(Cr) 중에서 선택된 어느 하나로 형성하거나 둘 이상의 합금으로 형성할 수 있으며, 위 물질 중 둘 이상의 물질을 적층하여 형성할 수 있으며, 발광 소자(100)에서 발생하는 열의 방출을 용이하게 하여, 발광 소자(100)의 열적 안정성을 향상시킬 수 있다.

기판(110)은 열전도성이 우수한 물질을 이용하여 형성할 수 있으며, 또한 전도성 물질로 형성할 수 있는데, 금속 물질 또는 전도성 세라믹을 이용하여 형성할 수 있다. 기판(110)은 단일층으로 형성될 수 있고, 이중 구조 또는 그 이상의 다중 구조로 형성될 수 있다.

기판(110) 상에는 기판(110)과 캡핑층(130)의 결합을 위하여 결합층(Wafer Bonding Layer)(120)이 위치할 수 있다. 결합층(120)은 예를 들어, 금(Au), 주석(Sn), 인듐(In), 은(Ag), 니켈(Ni), 나이오븀(Nb) 및 구리(Cu)로 구성되는 군으로부터 선택되는 물질 또는 이들의 합금으로 형성될 수 있다.

결합층(120) 상에는 캡핑층(130)이 형성될 수 있다. 캡핑층(130)은 제1 전극(140)이 배치되는 홈(미도시)이 형성될 수 있으며, 이에 한정을 두지 않는다.

즉, 캡핑층(130)는 제1 전극(140)의 배치 위치를 정할 수 있으며, 제1 전극(140)의 반사전극(142)에 대한 이동을 방지할 수 있다.

제1 전극(140)은 캡핑층(130)에 형성된 상기 홈에 배치된 반사전극(142) 및 반사전극(142) 및 캡핑층(130) 상에 배치된 투명전극(146)을 포함할 수 있다.

여기서, 반사전극(142)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 형성될 수 있으며, 투명전극(146)은 예를 들어, 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) 및 ATO(antimony tin oxide) 및 이들의 선택적인 조합으로 구성된 물질 중에서 형성될 수 있으며, 이에 한정을 두지 않는다.

또한, 제1 전극(140)은 반사전극(142) 및 투명전극(146)이 다층으로 형성될 수 있으며, 예를 들어, IZO/Ni, AZO/Ag, IZO/Ag/Ni, AZO/Ag/Ni 등으로 적층할 수 있다.

여기서, 제1 전극(140)의 측면에는 채널층(150)이 형성될 수 있으며, 제1 전극(140) 상에는 발광구조물(160)이 배치될 수 있다.

발광구조물(160)은 상술한 바와 같이 제1 반도체층(162), 제2 반도체층(166) 및 제1, 2 반도체층(162, 166) 사이에 활성층(164)을 포함할 수 있다.

제1 반도체층(162)은 활성층(164)으로 정공을 주입하는 p형 반도체층으로 구현될 수 있으며, 제1 반도체층(162)은 활성층(164)에서 파장이 약 400 내지 550nm인 파랑색(Blue) 빛을 생성하는 경우, InxAlyGa1-x-yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 재료, 예를 들어 GaP(Gallium nitride), AlN(Aluminium nitride), AlGaN(Aluminium gallium nitride), InGaN(Indium gallium nitride), InN(Indium nitride), InAlGaN, AlInN 등에서 선택될 수 있다. 제1 반도체층(162)은 마그네슘(Mg), 아연(Zn), 칼슘(Ca), 스트론튬(Sr), 바륨(Ba) 등의 p형 도펀트가 도핑될 수 있다.

제1 반도체층(162)은 활성층(164)에서 파장이 약 610 내지 780 nm의 빨강색(Red) 빛을 생성하는 경우, InxAlyGa1-x-yP (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 재료로 형성될 수 있다. 예를 들어, 제1 반도체층(162)은 GaP 또는 AlGaInP 등으로 형성될 수 있으나, 이에 한정하지 아니한다. 제1 반도체층(162)은 마그네슘(Mg), 아연(Zn), 칼슘(Ca), 스트론튬(Sr), 바륨(Ba) 등의 p형 도펀트가 도핑될 수 있다.

활성층(164)은 제1 반도체층(162) 상에 형성될 수 있다. 활성층(164)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.

생성하는 빛의 파장이 파랑색 계열인 경우, 양자우물구조인 활성층(264)은 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 포함할 수 있다. 상기 우물층은 상기 장벽층의 에너지 밴드 갭보다 작은 에너지 밴드 갭을 갖는 물질로 형성될 수 있다.

생성하는 빛의 파장이 빨간색 계열인 경우, 양자우물구조인 활성층(264)은 InxAlyGa1-x-yP (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 우물층과 InaAlbGa1-a-bP (0≤a≤1, 0≤b≤1, 0≤a+b≤1)의 조성식을 갖는 장벽층을 갖는 단일 또는 양자우물구조를 포함할 수 있다. 상기 우물층은 상기 장벽층의 에너지 밴드 갭보다 작은 에너지 밴드 갭을 갖는 물질로 형성될 수 있다.

제2 반도체층(166)은 n형 반도체층으로 구현될 수 있다.

예를 들어, 활성층(164)이 생성하는 빛의 파장이 파란색 계열인 경우, 제2 반도체층(166)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 있다. 제2 반도체층(166)은 규소(Si), 게르마늄(Ge), 주석(Sn), 셀레늄(Se), 텔루늄(Te)와 같은 n형 도펀트가 도핑될 수 있다.

예를 들어, 활성층(164)이 생성하는 빛의 파장이 빨간색 계열인 경우 제2 반도체층(166)은 InxAlyGa1-x-yP (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 재료로 형성될 수 있으나, 이에 한정하지 아니한다. 예를 들어, 제1 반도체층(162)은 GaP 또는 AlGaInP 등으로 형성될 수 있으나, 이에 한정하지 아니한다. 제2 반도체층(166)은 규소(Si), 게르마늄(Ge), 주석(Sn), 셀레늄(Se), 텔루늄(Te)와 같은 n형 도펀트가 도핑될 수 있다.

한편, 발광구조물(160)은 제2 반도체층(166) 위에 제2 반도체층(166)과 반대의 극성을 갖는 제3 도전성 반도체층(미도시)을 포함할 수 있다. 또한 제1 반도체층(162)이 n 형 반도체층이고, 제2 반도체층(166)이 p 형 반도체층으로 구현될 수도 있다. 이에 따라 발광구조물은 N-P 접합, P-N 접합, N-P-N 접합 및 P-N-P 접합 구조 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

제2 반도체층(166)은 상부의 표면의 일 영역에 요철(pss)이 위치할 수 있다. 제2 반도체층(166)은 상면의 적어도 일 영역에 에칭을 수행하여 요철을 형성할 수 있다. 상기 에칭 공정은 습식 또는 건식 에칭 공정을 포함할 수 있다. 제2 반도체층(166)의 에칭이 수행되는 에칭면은 습식 에칭에 의해 용이하게 에칭되는 N(나이트라이드)-face일 수 있으며, Ga(갈륨)-face에 비해 표면 거칠기가 향상될 수 있다. 에칭 과정을 거침에 따라서, 제2 반도체층(166)의 상면은 광추출 구조를 형성하는 요철이 형성될 수 있다. 제2 반도체층(166) 상면의 요철은 랜덤한 크기로 불규칙하게 형성될 수 있으나, 이에 대해 한정하지 아니한다. 제2 반도체층(166) 상면의 요철(pss)은 텍스쳐(texture) 패턴, 요철 패턴, 평탄하지 않는 패턴(uneven pattern) 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나 이에 대하여 한정하지 아니한다.

제2 반도체층(166)의 요철(pss)은 측 단면이 원기둥, 다각기둥, 원뿔, 다각뿔, 원뿔대, 다각뿔대 등 다양한 형상을 갖도록 형성될 수 있으며, 뿔 형상을 포함할 수 있으나, 이에 한정하지 아니한다.

제2 반도체층(166) 상의 요철(pss)은 활성층(164)에서 발생하는 빛의 파장보다 작은 주기로 형성될 수 있다. 예를 들어, 활성층(164)에서 발생하는 빛이 620 내지 700nm의 빨강영역이라면 제2 반도체층(166)의 요철(pss)의 주기가 620nm 이하일 수 있다. 또한, 활성층(164)에서 발생하는 빛이 450 내지 480nm의 파랑영역이라면 제2 반도체층(166)의 요철의 주기는 450nm 이하일 수 있다.

제2 반도체층(166)은 상면에 요철(pss)이 형성되어 상면의 유효굴절율이 제2 반도체층(166) 자체의 굴절율보다 작아질 수 있고, 외부로 빛이 발산되는 과정을 용이하게 할 수 있다.

제2 반도체층(166)의 요철(pss)은 PEC(photo electro chemical) 또는 KOH 용액을 사용한 습식 식각 방법 등의 방법으로 형성될 수 있으며, 이에 한정하지 아니한다.

제2 반도체층(166)은 상부에 요철(pss)이 형성되어 활성층(164)에서 생성된 빛이 전반사되어 발광구조물(160) 내부에서 재흡수되거나 산란되는 것을 최소화할 수 있다. 제2 반도체층(166)은 상부에 요철(pss)이 형성되어 광 추출 효율이 향상될 수 있다.

제2 반도체층(166) 상에는 제2 전극(170)이 배치될 수 있으며, 제2 전극(170)은 적어도 하나의 패드(미도시) 또는/및 소정 패턴을 갖는 전극을 포함할 수 있고, 이에 한정하지 아니한다.

제2 전극(170)은 제2 반도체층(166)의 상면 중 센터 영역, 외측 영역 또는 모서리 영역에 배치될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 한편, 제2 전극(170)은 패드(미도시) 및 패드(미도시)와 연결되어 적어도 일 방향으로 연장되는 적어도 하나의 브랜치(branch) 전극(미도시)이 연결될 수 있다. 제2 전극(170)은 제2 반도체층(166)의 위가 아닌 다른 영역에 배치될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.

제2 전극(170)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.

한편, 제2 전극(170)은 제2 반도체층(166)의 평탄한 상면 위에 배치될 수 있고 평탄하지 않는 요철(pss) 위에 배치될 수도 있으며, 이에 한정하지 아니한다.

발광구조물(160)의 측면 및 상면에는 보호층(180)이 형성될 수 있다.

실시 예에서, 보호층(180)은 제2 반도체층(166)의 요철(pss) 상에 형성된 것으로 나타내었으나, 발광구조물(160)의 측면에만 형성될 수 있으며, 이에 한정을 두지 않는다.

보호층(180)은 광투과율이 높으며, 절연 물질로 형성될 수 있으며, 예를 들어 SiO2, SiOx, SiOxNy, Si3N4, Al2O3 로 형성될 수 있으나, 이에 한정하지 아니한다.

보호층(180) 상에는 활성층(164)에서 방출된 광의 파장을 변환하는 광변환층(190)이 형성될 수 있다.

광변환층(190)은 제2 전극(170)의 일측에 위치할 수 있다. 예를 들어, 광변환층(190)은 제2 전극(170)의 둘레를 감싸며, 보호층(180), 즉 제2 반도체층(166)의 상면에 형성될 수 있다.

이때, 광변환층(190)은 제2 전극(170)의 측면에 인접하게 배치되며, 제1 크기(d1)를 가지는 제1 광변환입자(a1)를 포함하는 제1 광변환층(192) 및 제1 광변환층(192)의 일측에 위치하며,, 제2 크기(d2)를 가지는 제2 광변환입자(a2)를 포함하는 제2 광변환층(194)을 포함할 수 있다. 제2 광변환층(194)은 예를 들어, 제1 광변환층(192)의 둘레를 감싸도록 형성될 수 있다.

실시 예에서, 제1, 2 광변환층(192, 194)은 활성층(164)에서 방출된 광을 동일한 파장의 광으로 변환하는 동일한 형광체(미도시)인 것으로 설명하지만, 서로 다른 파장의 광으로 변환하는 서로 다른 형광체일 수 있으며, 이에 한정을 두지 않는다.

즉, 제1 광변환층(192)에 포함된 제1 광변환입자(a1)의 제1 크기(d1)는 5 ㎛ 내지 7 ㎛일 수 있다. 제2 광변환층(194)에 포함된 제2 광변환입자(a2)의 제2 크기(d2)는 15㎛ 내지 30 ㎛ 일 수 있다.

제1 크기(d1)는 5㎛ 미만인 경우, 지향각이 넓어지나 광속을 증가시키는 정도가 미약할 수 있으며, 7㎛ 를 초과하는 경우, 광속을 증가시키는 정도는 향상될 수 있으나, 지향각을 넓히는 효과는 작을 수 있다.

제2 크기(d2)는 15㎛ 미만인 경우 광속이 낮아지며 지향각이 증가될 수 있으며, 30㎛ 보다 큰 경우 광속이 증가되지만 지향각이 매우 낮아짐으로써, 전체적인 광 효율이 낮아질 수 있다.

아래의 표 1 은 입자의 크기에 따른 광속, 색온도 등을 조사한 실험결화를 나타내고 있다.

[표 1]

표 1 에서 LM은 광속(lumen)을 나타내고, C_x, C_y 는 색좌표, CCT 는 색온도, CRI는 색 렌더링 지수(color rendering index)를 나타낸다. 표 1 에서 큰입자의 크기는 15㎛ 내지 50㎛ 이고, 중간입자의 크기는 8㎛ 내지 13㎛ 이고, 작은 입자의 크기는 5㎛ 내지 7㎛ 이다.

표 1 을 참조하면, 광변환입자의 크기가 커질수록 광속이 증가하는 것을 확인할 수 있다.

도 1a는 광변환입자의 크기에 따른 발광소자의 지향각 특성 변화를 도시한 그래프이다. 도 1a 에서, 큰입자의 크기는 15㎛ 내지 50㎛ 이고, 중간입자의 크기는 8㎛ 내지 13㎛ 이고, 작은 입자의 크기는 5㎛ 내지 7㎛ 이다.

도 1a 를 참조하면, 광변환입자의 크기가 커질수록 색온도는 높아지지만 지향각은 좁아짐을 확인할 수 있다.

제2 광변환층(194)의 두께는 40㎛ 내지 100㎛일 수 있다.

제2 광변환층(194)의 두께(b2)는 40㎛보다 얇은 경우, 두께를 얇게하기 위한 공정 중에 발광구조물(160)에 압력으로 인한 결함을 발생시킬 수 있고, 100㎛보다 두꺼운 경우, 공정상에서 제2 광변환층(194)의 두께를 고르게하기가 어려워져 발광소자(100)의 광변환효율이 떨어질 수 있다.

도 1 에서는, 제1 광변환층(192)의 두께(b1)가 제2 광변환층(194)의 두께(b2)보다 얇게 도시되어 있으나, 이에 한정하지 아니한 다양한 실시예가 존재할 수 있다.

제1 광변환층(192)과 제2 광변환층(194)는 크기가 서로 다른 광변환입자를 포함하여, 발광구조물(160)에서 발광된 빛의 광속을 증가시키며, 발광소자(100)의 지향각을 넓힐 수 있다.

따라서, 광변환층(190)은 발광소자(100)의 지향각을 전체적으로 넓힐 수 있으므로, 지향각 및 광속을 확보하기 용이한 이점이 있다.

도 2는 제2 실시 예에 따른 발광소자를 나타낸 단면도이다.

도 2에 나타낸 발광소자(200)는 도 1에 나타낸 발광소자(100)와 동일 구성에 대한 설명을 생략하거나 간략하게 설명한다.

도 2를 참조하면, 발광소자(200)는 기판(210), 기판(210) 상에 제1 반도체층(262), 제2 반도체층(266) 및 제1, 2 반도체층(262, 266) 사이에 활성층(264)을 포함하는 발광구조물(260) 및 발광구조물(260) 상에 광변환층(290)을 포함할 수 있다.

광변환층(290)은 제2 전극(270)의 둘레를 감싸며 소정 패턴을 가지고 형성될 수 있다.

즉, 광변환층(290)은 제2 전극(270)을 기준으로 제1 크기(d1)를 가지는 제1 광변환입자(a1)를 포함하는 제1 광변환층(292) 및 제1 광변환층(292)에 인접하며 제2 크기(d2)를 가지는 제2 광변환입자(a2)를 포함하는 제2 광변환층(294)을 포함할 수 있다.

제2 실시 예에서 광변환층(290)은 제1, 2 광변환층(292, 294)이 서로 순차적으로 형성될 수 있다.

즉, 제1 광변환층(292)은 제2 전극(270)의 둘레를 감싸는 부분과 제2 광변환층(294) 사이에 배치된 부분을 통하여 광속을 증가시킬 수 있다.

여기서, 제1, 2 광변환층(292, 294)은 제2 전극(270)을 기준으로, 상부에서 바라본 형상이 동심원으로 형성될 수 있으며, 이외에 다른 형상으로 형성될 수 있으며 이에 한정을 두지 않는다.

또한, 도면에는 나타내지 않았으나, 제1, 2 광변환층(292, 294) 중 어느 하나의 층은 다른 하나의 층 상에 형성될 수 있으며, 제2 전극(270) 상에도 형성될 수 있으며, 이에 한정을 두지 않는다.

제1 광변환층(292)에 포함된 제1 광변환입자(a1)의 제1 크기(d1)는 5 ㎛ 내지 7 ㎛일 수 있다. 제2 광변환층(194)에 포함된 제2 광변환입자(a2)의 제2 크기(d2)는 15㎛ 내지 30 ㎛ 일 수 있다.

제2 광변환층(294)의 두께는 40㎛ 내지 100㎛일 수 있다.

제2 광변환층(294)의 두께(b2)는 40㎛보다 얇은 경우, 두께를 얇게하기 위한 공정 중에 발광구조물(260)에 압력으로 인한 결함을 발생시킬 수 있고, 100㎛보다 두꺼운 경우, 공정상에서 제2 광변환층(294)의 두께를 고르게하기가 어려워져 발광소자(200)의 광변환효율이 떨어질 수 있다.

도 2 에서는, 제1 광변환층(292)의 두께(b1)가 제2 광변환층(294)의 두께(b2)보다 얇게 도시되어 있으나, 이에 한정하지 아니한 다양한 실시예가 존재할 수 있다.

제1 광변환층(292)과 제2 광변환층(294)는 크기가 서로 다른 광변환입자를 포함하여, 발광구조물(260)에서 발광된 빛의 광속을 증가시키며, 발광소자(200)의 지향각을 넓힐 수 있다.

따라서, 광변환층(290)은 발광소자(200)의 지향각을 전체적으로 넓힐 수 있으므로, 지향각 및 광속을 확보하기 용이한 이점이 있다.

도 3은 실시예에 따른 발광소자를 포함하는 발광소자패키지의 단면을 도시한 단면도이다.

도 3을 참조하면, 실시예에 따른 발광소자패키지(300)는 캐비티가 형성된 몸체(310), 몸체(310)의 캐비티에 실장된 광원부(320) 및 캐비티에 충진되는 봉지재(350)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.

광원부(320)는 몸체(310)의 바닥면에 실장되며, 일 예로 광원부(320)는 도 1 내지 도 3에서 도시하고 설명한 발광소자 중 어느 하나일 수 있다. 발광소자는 예를 들어, 적색, 녹색, 청색, 백색 등의 빛을 방출하는 유색 발광 소자 또는 자외선을 방출하는 UV(Ultra Violet) 발광 소자일 수 있으나, 이에 대해 한정하지는 않는다. 또한, 발광 소자는 한 개 이상 실장될 수 있다.

몸체(310)는 제1 전극(330) 및 제2 전극(340)을 포함할 수 있다. 제1 전극(330) 및 제2 전극(340)은 광원부(320)와 전기적으로 연결되어 광원부(320)에 전원을 공급할 수 있다.

또한, 제1 전극(330) 및 제2 전극(340)은 서로 전기적으로 분리되며, 광원부(320)에서 발생된 빛을 반사시켜 광 효율을 증가시킬 수 있고, 또한 광원부(320)에서 발생된 열을 외부로 배출시킬 수 있다.

도 3에는 제1 전극(330)과 제2 전극(340) 모두가 와이어(360)에 의해 광원부(320)와 본딩된 것을 도시하나, 이에 한정하지 않으며, 특히 수직형 발광소자의 경우는 제1 전극(330) 및 제2 전극(340) 중 어느 하나가 와이어(360)에 의해 광원부(320)와 본딩될 수 있으며, 플립칩 방식에 의해 와이어(360) 없이 광원부(320)와 전기적으로 연결될 수도 있다.

이러한 제1 전극(330) 및 제2 전극(340)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. 또한, 제1 전극(330) 및 제2 전극(340)은 단층 또는 다층 구조를 가지도록 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.

봉지재(350)는 캐비티에 충진될 수 있으며, 형광체(미도시)를 포함할 수 있다. 봉지재(350)는 투명한 실리콘, 에폭시, 및 기타 수지 재질로 형성될 수 있으며, 캐비티 내에 충진한 후, 이를 자외선 또는 열 경화하는 방식으로 형성될 수 있다.

형광체(미도시)는 광원부(320)에서 방출되는 광의 파장에 따라 종류가 선택되어 발광소자패키지(300)가 백색광을 구현하도록 할 수 있다.

봉지재(350)에 포함되어 있는 형광체(미도시)는 광원부(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.

즉, 형광체(미도시)는 광원부(320)에서 방출되는 제1 빛을 가지는 광에 의해 여기 되어 제2 빛을 생성할 수 있다. 예를 들어, 광원부(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 발광소자패키지(300)는 백색 빛을 제공할 수 있다.

도 4는 실시예에 따른 발광소자 모듈을 포함하는 조명장치를 도시한 사시도이며, 도 5는 도 4의 조명장치의 C - C’ 단면을 도시한 단면도이다.

즉, 도 5는 도 4의 조명장치(400)를 길이방향(Z)과 높이방향(X)의 면으로 자르고, 수평방향(Y)으로 바라본 단면도이다.

도 4 및 도 5를 참조하면, 조명장치(400)는 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(440)이 체결되며, 몸체(410)는 발광소자 패키지(444)에서 발생한 열이 몸체(410)의 상부면을 통해 외부로 방출할 수 있도록 전도성 및 열발산 효과가 우수한 금속재질로 형성될 수 있고, 이에 한정하지 아니한다.

특히, 발광소자 모듈(440)는 발광소자 패키지(444)를 둘러싸는 밀봉부(미도시)를 포함하여 이물질의 침투가 방지될 수 있어서 신뢰성이 향상될 수 있고, 아울러 신뢰성 있는 조명장치(400)의 구현이 가능해진다.

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. 이러한 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 있으나, 이에 한정되지 않음은 물론이다.

커버(430)는 내부의 발광소자 모듈(440)을 외부의 이물질 등으로부터 보호한다. 또한, 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.

한편, 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 하는 바, 커버(430)는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylen Terephthalate; PET), 폴리카보네이트(Polycarbonate; PC), 또는 폴리메틸 메타크릴레이트(Polymethyl Methacrylate; PMMA) 등을 포함하는 재질로 형성되는 것이 바람직하다.

마감캡(450)은 몸체(410)의 양단에 위치하며 전원장치(미도시)를 밀폐하는 용도로 사용될 수 있다. 또한 마감캡(450)에는 전원 핀(452)이 형성되어 있어, 실시예에 따른 조명장치(400)는 기존의 형광등을 제거한 단자에 별도의 장치 없이 곧바로 사용할 수 있게 된다.

도 6은 실시예에 따른 광학시트를 포함하는 액정표시장치의 분해 사시도이다.

도 6는 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, 566, 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.

특히, 발광소자 모듈(520)는 발광소자 패키지(524)를 둘러싸는 밀봉부(미도시)를 포함하여 이물질의 침투가 방지될 수 있어서 신뢰성이 향상될 수 있고, 아울러 신뢰성 있는 백라이트 유닛(570)의 구현이 가능해진다.

한편, 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 7은 실시예에 따른 광학시트를 포함하는 액정표시장치의 분해 사시도이다. 다만, 도 6에서 도시하고 설명한 부분에 대해서는 반복하여 상세히 설명하지 않는다.

도 7은 직하 방식으로, 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 4에서 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) 복수의 발광소자 패키지(622)와 복수의 발광소자 패키지(622)가 실장되어 모듈을 이룰 수 있도록 PCB기판(621)을 포함할 수 있다.

특히, 발광소자 모듈(623)는 발광소자 패키지(622)를 둘러싸는 밀봉부(미도시)를 포함하여 이물질의 침투가 방지될 수 있어서 신뢰성이 향상될 수 있고, 아울러 신뢰성 있는 백라이트 유닛(670)의 구현이 가능해진다.

반사 시트(624)는 발광소자 패키지(622)에서 발생한 빛을 액정표시패널(610)이 위치한 방향으로 반사시켜 빛의 이용 효율을 향상시킨다.

한편, 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.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안될 것이다.

100 : 발광소자
110 : 기판
120 : 결합층
130 : 캡핑층
140 : 제 1 전극
150 : 채널층
160 : 발광구조물
170 : 제2 전극
180 : 보호층
190 : 광변환층

Claims

제1 반도체층, 제2 반도체층 및 상기 제1, 2 반도체층 사이에 활성층을 포함하는 발광구조물;
상기 제1 반도체층에 전기적으로 연결된 제1 전극;
상기 제2 반도체층에 전기적으로 연결된 제2 전극; 및
상기 제1 반도체층 상에 소정 패턴을 가지고 배치되며, 상기 활성층에서 방출된 광의 파장을 변환하는 광변환층;을 포함하고,
상기 광변환층은,
상기 제2 전극의 일측에 위치하며, 제1 크기를 가지는 제1 광변환입자를 포함하는 제1 광변환층; 및
상기 제1 광변환층의 일측에 위치하며, 제2 크기를 가지는 제2 광변환입자를 포함하는 제2 광변환층을 포함하고,
상기 제1 크기는 상기 제2 크기보다 작으며,
상기 제2 광변환층의 두께는 40㎛ 내지 100㎛인 발광소자.
제 1 항에 있어서,
상기 제2 광변환층의 두께는 40㎛ 내지 100㎛이며,
상기 제1, 2 광변환입자는,
상기 활성층에서 방출된 광을 서로 동일한 파장의 광으로 변환하는 형광체인 발광소자.
삭제
제 1 항에 있어서,
상기 제1 크기는 5 ㎛ 내지 7 ㎛이며,
상기 제2 크기는 15 ㎛ 내지 30 ㎛인 발광소자.
삭제
제 1 항에 있어서,
상기 제1 전극 아래에 기판을 포함하고,
상기 제1 전극은,
상기 기판에 인접한 반사전극; 및
상기 반사전극과 상기 제2 반도체층 사이에 투명전극;을 포함하며,
상기 기판과 상기 제1 전극 사이에 캡핑층(capping layer)을 포함하고,
상기 캡핑층은,
상기 제1 전극이 안착되는 홈이 형성된 발광소자.
삭제
제 1 항에 있어서,
상기 발광구조물의 측면에 배치된 보호층을 포함하하며,
상기 제1 전극의 측면에 인접하며, 상기 보호층의 하부에 배치되는 채널층을 포함하는 발광소자.
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