KR101997257B1 - 발광 소자 및 이를 구비한 조명 장치 - Google Patents

발광 소자 및 이를 구비한 조명 장치 Download PDF

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Abstract

실시 예에 따른 발광 소자는, 복수의 리드 프레임; 상기 복수의 리드 프레임 상에 개구부를 갖는 제1반사부재; 상기 제1반사부재의 개구부 내에 배치되며, 상기 복수의 리드 프레임과 전기적으로 연결된 발광 칩; 상기 개구부에 배치된 투광층; 상기 투광층 상에 배치되며 상기 제1반사부재 및 상기 발광 칩과 대응되는 제2반사부재; 및 상기 투광층의 외 측면에 상기 발광 칩으로부터 이격되며 형광체를 포함하는 형광체층을 포함하며, 상기 발광 칩은 활성층을 갖는 복수의 반도체층; 상기 복수의 반도체층 아래에 배치된 반사층; 상기 반사층 아래에 세라믹 재질이 첨가되며 상기 복수의 반도체층보다 두꺼운 두께를 갖는 지지 부재를 포함한다.

Description

발광 소자 및 이를 구비한 조명 장치{LIGHT EMITTING DEVICE AND LIGHT APPARATUS HAVING THEREOF}
실시 예는 발광 소자 및 이를 구비한 조명 장치에 관한 것이다.
발광 소자, 예컨대 발광 다이오드(Light Emitting Device)는 전기 에너지를 빛으로 변환하는 반도체 소자의 일종으로, 기존의 형광등, 백열등을 대체하여 차세대 광원으로서 각광받고 있다.
발광 다이오드는 반도체 소자를 이용하여 빛을 생성하므로, 텅스텐을 가열하여 빛을 생성하는 백열등이나, 또는 고압 방전을 통해 생성된 자외선을 형광체에 충돌시켜 빛을 생성하는 형광등에 비해 매우 낮은 전력만을 소모한다.
또한, 발광 다이오드는 반도체 소자의 전위 갭을 이용하여 빛을 생성하므로 기존의 광원에 비해 수명이 길고 응답특성이 빠르며, 친환경적 특징을 갖는다.
이에 따라, 기존의 광원을 발광 다이오드로 대체하기 위한 많은 연구가 진행되고 있으며, 발광 다이오드는 실내외에서 사용되는 각종 램프, 액정표시장치, 전광판, 가로등 등의 조명 장치의 광원으로서 사용이 증가하고 있다.
실시 예는 측면 광 추출 구조를 갖는 발광 소자를 제공한다.
실시 예는 넓은 광 지향각 분포를 갖는 발광 소자를 제공한다.
실시 예는 발광 칩 상에 투광층, 상기 투광층 상에 반사 부재 및 상기 투광층의 둘레에 형광체층을 갖는 발광 소자를 제공한다.
실시 예는 투광층의 하면 및 상면에 서로 대응되게 배치된 반사 부재를 포함하는 발광 소자를 제공한다.
실시 예는 발광 소자 및 이를 구비한 조명 장치를 제공한다.
실시 예는, 복수의 리드 프레임; 상기 복수의 리드 프레임 상에 개구부를 갖는 제1반사부재; 상기 제1반사부재의 개구부 내에 배치되며, 상기 복수의 리드 프레임과 전기적으로 연결된 발광 칩; 상기 개구부 및 상기 제1반사부재 상에 배치되는 투광층; 상기 투광층 상에 배치된 제2반사부재; 및 상기 제1반사부재 상에 배치되는 형광체층을 포함하고, 상기 형광체층은 상기 투광층의 외측면을 따라 배치되는 발광 소자를 포함할 수 있다.
실시예에 따른 발광 소자의 상기 형광체층은 상기 제2반사부재 및 상기 투광층의 측면을 둘러쌀 수 있다.
실시예에 따른 발광 소자 상기 투광층의 외 측면은 소정을 곡률을 가지는 곡면으로 형성되며, 상기 투광층의 상면은 상기 투광층에서 상기 발광칩 방향으로 오목하고, 상기 제2반사부재의 너비는 상기 발광칩과 가까워질수록 작아질 수 있다.
실시예에 따른 발광 소자의 상기 투광층과 접한 상기 형광체층의 내측면은 경사진 면을 포함하고, 상기 제2반사부재는 상기 형광체층의 단차진 구조와 상기 투광층 상에 배치될 수 있다.
실시예에 따른 발광 소자의 상기 형광체층은 상기 제2반사부재의 상면 외측 둘레에 배치될 수 있다.
실시 예는 새로운 광 추출 구조를 갖는 백색 발광 소자를 제공할 수 있다.
실시 예는 수평 방향의 광 지향각 분포를 갖는 발광 소자를 제공할 수 있다.
실시 예는 발광 소자의 측면 광의 색 분포를 개선시켜 줄 수 있다.
실시 예는 발광 소자와 이를 구비한 조명 장치의 신뢰성을 개선시켜 줄 수 있다.
도 1은 제1실시 예에 따른 발광 소자의 측 단면도이다.
도 2는 도 1의 발광 소자의 발광 칩을 나타낸 도면이다.
도 3은 제2실시 예에 따른 발광 소자의 측 단면도이다.
도 4는 제3실시 예에 따른 발광 소자의 측 단면도이다.
도 5는 제4실시 예에 따른 발광 소자의 측 단면도이다.
도 6은 제5실시 예에 따른 발광 소자의 측 단면도이다.
도 7은 제6실시 예에 따른 발광 소자의 측 단면도이다.
도 8은 도 6 및 도 7의 발광 소자의 발광 칩을 나타낸 측 단면도이다.
도 9는 제7실시 예에 따른 발광 소자의 측 단면도이다.
도 10은 제8실시 예에 따른 발광 소자의 측 단면도이다.
도 11은 제9실시 예에 따른 발광 소자의 측 단면도이다.
도 12는 도 9 내지 도 11의 발광 소자의 발광 칩을 나타낸 측 단면도이다.
도 13은 실시 예에 따른 발광 소자의 광 지향각 분포를 나타낸 도면이다.
도 14는 실시 예에 따른 발광 소자를 갖는 표시 장치의 사시도를 나타낸다.
도 15는 실시 예에 따른 발광 소자를 갖는 표시 장치의 다른 예를 나타낸 측 단면도이다.
도 16은 실시 예에 따른 발광 소자를 갖는 조명 장치의 분해 사시도를 나타낸다.
이하, 실시 예들은 첨부된 도면 및 실시 예들에 대한 설명을 통하여 명백하게 드러나게 될 것이다. 실시 예들의 설명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴들의 "상/위(on)"에 또는 "하/아래(under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "상/위(on)"와 "하/아래(under)"는 "직접(directly)" 또는 "다른 층을 개재하여 (indirectly)" 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 각 층의 상/위 또는 하/아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다.
도면에서 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다. 또한 동일한 참조번호는 도면의 설명을 통하여 동일한 요소를 나타낸다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시 예에 따른 발광 소자를 설명한다.
도 1은 제1실시 예에 따른 발광 소자의 측 단면도이며, 도 2는 도 1의 발광 소자의 발광 칩을 나타낸 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 발광 소자(10)는 제1리드 프레임(21) 및 제2리드 프레임(31)을 포함하는 복수의 리드 프레임과, 상기 제1 및 제2리드 프레임(21,31)에 결합되며 개구부(A1)를 갖는 제1반사부재(41)와, 상기 개구부(A1) 내에 배치되고 상기 제1 및 제2리드 프레임(21,31)과 전기적으로 연결된 발광 칩(201)과, 상기 개구부(A1)에 배치되고 상기 발광 칩(201)을 커버하는 투광층(51)과, 상기 투광층(51) 상에 제2반사부재(61)와, 상기 투광층(51)의 외 측면에 배치된 형광체층(71)을 포함한다.
상기 발광 소자(10)는 제1방향(X)의 길이와 상기 제1방향(X)에 직교하는 제2방향(Y)의 길이가 동일하거나 다를 수 있다. 상기 발광 소자(10)의 제1방향(X)의 길이는 제1리드 프레임(21)과 제2리드 프레임(31)의 양 끝 간의 간격이거나, 제1반사부재(41)의 제1방향(X)의 너비일 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 발광 소자(10)의 제2방향(Y)의 길이는 상기 제1 또는 제2리드 프레임(21,31)의 길이와 동일하거나, 상기 제1반사부재(41)의 제2방향(Y)의 너비와 같을 수 있다. 여기서, 상기 발광 칩(201)의 상면에 수직한 방향은 발광 칩(201)의 법선 방향(Z)으로 설명될 수 있다.
상기 제1리드 프레임(21)의 외 측면은 상기 제1반사부재(41)의 외 측면과 동일 평면 상에 배치되거나, 상기 제1반사부재(41)의 외 측면보다 더 외측으로 돌출될 수 있다. 상기 제2리드 프레임(31)의 외 측면은 상기 제1반사부재(41)의 외 측면과 동일 평면 상에 배치되거나, 상기 제1반사부재(41)의 외 측면보다 더 외측으로 돌출될 수 있다. 상기 제1 및 제2리드 프레임(21,31)은 솔더 페이스트(Solder paste)와 같은 접합 부재와의 접합을 개선시켜 줄 수 있다.
상기 제1 및 제2리드 프레임(21,31)의 상면 및 하면 중 적어도 하나에는 리세스된 영역 또는/및 구멍을 포함할 수 있으며, 상기 리세스된 영역 또는/및 구멍은 제1반사부재(41)와의 결합력을 증가시켜 줄 수 있다.
상기 제1리드 프레임(21)과 제2리드 프레임(31)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) 중 적어도 하나 또는 2이상의 합금을 포함하며, 또한 단층 또는 서로 다른 금속층으로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 제1 및 제2 리드 프레임(21,31)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) 중 적어도 하나 또는 두 물질 이상의 합금을 포함할 수 있다. 상기 제1 및 제2리드 프레임(21,31)은 어느 한 층이 합금인 경우, 구리(Cu)와 적어도 한 종류의 금속 합금으로서, 예컨대 구리-아연 합금, 구리-철 합금, 구리- 크롬 합금, 구리-은-철과 같은 합금을 포함한다. 상기 제1 및 제2리드 프레임(21,31)의 두께는 0.23mm~1.5mm일 수 있으며, 예컨대 0.25mm~0.5mm 범위를 포함한다.
상기 제1 및 제2리드 프레임(21,31) 상에는 제1반사부재(41)가 결합된다. 상기 제1 및 제2리드 프레임(21,31) 사이에는 간극부(42)가 배치되며, 상기 간극부(42)는 제1반사부재(41)의 재질로 상기 제1반사부재(41)으로부터 연장될 수 있으며, 누설되는 광을 차단할 수 있다. 상기 간극부(42)는 상부가 넓고 하부가 좁을 수 있고, 반대로 상부가 좁고 하부가 넓을 수 있다. 상기 제1반사부재(41)는 상기 제1리드 프레임(21) 및 상기 제2리드 프레임(31)과 물리적으로 결합되며, 서로 이격된 상기 제1리드 프레임(21)과 상기 제2리드 프레임(31)을 지지하게 된다. 상기 제1반사부재(41)의 하면은 상기 제1리드 프레임(21)과 상기 제2리드 프레임(31)의 하면과 동일 수평 면으로 형성될 수 있다.
상기 제1반사부재(41)는 내부에 개구부(A1)를 갖고, 상기 개구부(A1) 내에 제1 및 제2리드 프레임(21,31)의 상면 일부가 노출된다. 상기 제1 및 제2리드 프레임(21,31)의 상면 중 노출된 영역은 상기 발광 칩(201)의 본딩 영역이 될 수 있다.
상기 제1반사부재(41)는 상기 개구부(A1)의 측벽이 최소 두께로 형성될 수 있고, 상기 개구부(A1)의 측벽은 상기 발광 칩(201)보다 낮은 높이로 형성될 수 있다. 이러한 개구부(A1)의 측벽 높이를 낮게 함으로써, 상기 발광 칩(201)로부터 측 방향으로 방출되는 광의 반사 효율을 개선시켜 줄 수 있다. 또한 상기 개구부(A1)의 너비(D3)가 상기 발광 칩(201)의 너비보다 작은 너비로 형성될 수 있으며, 이 경우 상기 개구부(A1)의 측벽은 상기 발광 칩(201)과 상기 복수의 리드 프레임(21,31) 사이에 배치될 수 있으며, 상기 발광 칩(201)과 오버랩되게 배치될 수 있다.
상기 제1반사부재(41)는 내측 영역과 외측 영역으로 구분할 수 있으며, 상기 내측 영역은 투광층(51)의 아래에 경사진 상면으로 형성될 수 있고, 상기 외측 영역은 평탄한 수평 면으로 형성될 수 있다.
상기 제1반사부재(41)의 외측 영역은 소정 두께(T1)로 형성되고, 상기 두께(T1)는 상기 개구부(A1)의 측벽보다 두껍고, 상기 내측 영역의 두께보다 두꺼운 두께로 형성될 수 있다. 이러한 두께(T1)는 경사진 상면의 각도(θ1)와 경사진 상면의 길이를 이용하여 구할 수 있다. 상기 제1반사부재(41)의 두께(T1)는 상기 제1 및 제2리드 프레임(21,31)의 상면으로부터 0.2mm~0.3mm 범위로 형성될 수 있으며, 상기 두께가 상기의 범위 보다 얇은 경우 결합력이 약화되고 파손이 발생될 수 있으며, 상기 범위보다 두꺼운 경우 측 방향의 광 추출을 저감시키는 원인이 될 수 있다.
상기 제1반사부재(41)는 상기 발광 칩(201)으로부터 방출된 파장에 대해, 반사율이 투과율보다 더 높은 물질 예컨대, 70% 이상의 반사율을 갖는 재질로 형성될 수 있다. 상기 제1반사부재(41)는 반사율이 70% 이상인 경우, 비 투광성 또는 반사성의 재질로 정의될 수 있다. 상기 제1반사부재(41)는 수지 계열의 절연 물질 예컨대, 폴리프탈아미드(PPA: Polyphthalamide)와 같은 수지 재질로 형성될 수 있다. 상기 제1반사부재(41)는 실리콘, 또는 에폭시 수지, 또는 플라스틱 재질을 포함하는 열 경화성 수지, 또는 고내열성, 고 내광성 재질로 형성될 수 있다. 상기의 실리콘은 백색 계열의 수지를 포함한다. 또한 상기 제1반사부재(41) 내에는 산무수물, 산화 방지제, 이형재, 광 반사재, 무기 충전재, 경화 촉매, 광 안정제, 윤활제, 이산화티탄 중에서 선택적으로 첨가될 수 있다. 함유하고 있다. 상기 제1반사부재(41)는 에폭시 수지, 변성 에폭시 수지, 실리콘 수지, 변성 실리콘 수지, 아크릴 수지, 우레탄 수지로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종에 의해 성형될 수 있다. 예를 들면, 트리글리시딜이소시아누레이트, 수소화 비스페놀 A 디글리시딜에테르 등으로 이루어지는 에폭시 수지와, 헥사히드로 무수 프탈산, 3-메틸헥사히드로 무수 프탈산4-메틸헥사히드로 무수프탈산 등으로 이루어지는 산무수물을, 에폭시 수지에 경화 촉진제로서 DBU(,8-Diazabicyclo(5,4,0)undecene-7), 조촉매로서 에틸렌 그리콜, 산화티탄 안료, 글래스 섬유를 첨가하고, 가열에 의해 부분적으로 경화 반응시켜 B 스테이지화한 고형상 에폭시 수지 조성물을 사용할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
또한 상기 제1반사부재(41) 내에 차광성 물질 또는 확산제를 혼합하여 투과하는 광을 저감시켜 줄 수 있다. 또한 상기 제1반사부재(41)는 소정의 기능을 갖게 하기 위해서, 열 경화성수지에 확산제, 안료, 형광 물질, 반사성 물질, 차광성 물질, 광 안정제, 윤활제로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종을 적절히 혼합하여도 된다.
상기 제1반사부재(41)는 에폭시 또는 실리콘과 같은 수지 재질에 금속 산화물 또는 금속 질화물이 첨가될 수 있다. 상기 금속 산화물은 TiO2, SiO2, Al2O3 , ZrO3, Y2O3중 적어도 하나를 포함하며, 상기 금속 질화물은 AlN을 포함하며, 상기 제1반사부재(41) 내에 5wt% 이상의 비율로 첨가될 수 있다. 이러한 금속 산화물과 금속 질화물과 같은 불순물의 첨가 비율은 광 반사 효율에 따라 달라질 수 있다. 상기 제1반사부재(41)는 입사되는 광을 효과적으로 반사시켜 줄 수 있다. 여기서, 상기 제1반사부재(41) 내에 첨가된 금속 산화물의 함량이 5wt% 이하인 경우, 반사 효율이 저하될 수 있으며, 이러한 반사 효율이 저하되면 광 지향각 분포가 달라질 수 있다. 실시 예는 제1반사부재(41)는 상기 리드 프레임(21,31)의 반사 효율보다 높은 반사 효율을 제공할 수 있다. 상기 제1반사부재(41)의 상면이 발광 칩(201)의 둘레에 상기 발광 칩(201)보다 낮은 높이로 넓게 배치됨으로써, 상기 제1반사부재(41)의 상면 방향으로 진행되는 광을 반사시켜 주어, 광 손실을 줄일 수 있다.
상기 제1반사부재(41)는 금속 산화물 또는 금속 질화물과 같은 불순물을 가지는 수지물를 이용하여 인젝션 몰딩(Injection molding) 방식 또는 에폭시 몰딩 컴파운드(EMC) 방식으로 형성할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 제1반사부재(41)의 상면 중 경사진 면은 상기 제1 및 제2리드 프레임(21,31)의 상면에 대해 소정 각도(θ1) 예컨대, 5도 이하로 경사지며, 2도 내지 5도의 범위로 경사질 수 있다. 상기 각도(θ1)가 5도를 초과한 경우, 광 지향각의 분포의 개선이 미미하며, 2도 미만인 경우 제1반사부재(41)의 내측 영역이 미 성형될 수 있고, 광 반사 효율이 적고 광도가 낮아질 수 있다. 상기 제1반사부재(41)의 외측 영역은 평탄하거나 경사지게 형성될 수 있으며, 상기 외측 영역의 두께(T1) 즉, 최대 두께는 상기 내측 영역의 두께보다는 두껍게 형성될 수 있다. 상기 내측 영역의 최소 두께는 0.05mm 이상으로 형성될 수 있다. 상기 제1반사부재(41)의 최대 두께(T1) 또는 고점 위치는 상기 발광 칩(201)의 반사층(도 2의 130)의 상면 또는 하면 보다 낮은 높이로 형성될 수 있다.
상기 발광 칩(201)은 지지 부재(251) 및 상기 지지 부재(251) 내에 배치된 제1 및 제2연결 전극(241,243)을 포함하며, 상기 제1연결 전극(241)은 접합 부재(68)로 제2리드 프레임(31)과 연결되며, 상기 제2연결 전극(243)은 접합 부재(67)로 제1리드 프레임(21)과 연결된다. 상기 발광 칩(201)은 별도의 와이어를 이용하지 않고 상기 제1 및 제2리드 프레임(21,31)과 연결될 수 있다. 이러한 발광 칩(201)의 상면 너비는 상기 개구부(A1)의 바닥 너비(D3)보다 좁게 형성될 수 있다. 여기서, 상기 제1 및 제2연결 전극(241,243)의 아래에는 간극부(42)가 배치되며, 상기 간극부(42)는 상기 지지 부재(251)의 하면과 동일한 간격으로 이격될 수 있다.
상기 지지 부재(251)는 수지 재질 내에 열 전도성이 높은 세라믹 재질을 첨가한 재질로 형성되며, 상기 복수의 반도체층(220)의 너비와 대응되는 너비로 형성될 수 있다. 이에 따라 상기 지지 부재(251)는 복수의 반도체층(220)으로부터 발생되는 열을 효과적으로 방열할 수 있다.
상기 제1 및 제2연결 전극(241,243) 각각은 하나 또는 복수로 배치될 수 있으며, 예컨대 복수의 제1 및 제2연결 전극(241,243)은 전기적인 신뢰성을 개선시키고, 방열 효율도 개선시킬 수 있다.
상기 발광 칩(201)은 상기 지지 부재(251) 상에 배치된 복수의 반도체층(220) 및 상기 복수의 반도체층(220) 상에 배치된 기판(211)을 포함한다. 상기 복수의 반도체층(220)은 활성층을 갖는 발광 구조물을 포함하며, 상기 기판(211)은 투광성 재질로 형성될 수 있다. 또한 상기 발광 칩(201)은 복수의 반도체층(220)과 상기 지지 부재(251) 사이에 반사층을 구비하며, 상기 반사층은 광 추출 효율을 개선시켜 줄 수 있다.
상기 발광 칩(201)은 반도체 화합물을 이용한 LED 칩 예컨대, UV(Ultraviolet) LED 칩, 청색 LED 칩, 녹색 LED 칩, 백색 LED 칩, 적색 LED 칩 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 발광 칩(201)은 III족-V족 화합물 반도체를 포함할 수 있으며, 내부의 활성층은 이중 접합 구조, 단일 우물 구조, 다중 우물 구조, 단일 양자 우물, 다중 양자 우물(MQW), 양자 선, 양자 점 구조 중 적어도 하나로 형성될 수 있다. 상기 활성층은 우물층/장벽층이 교대로 배치되며, 상기 우물층/장벽층의 주기는 예컨대, InGaN/GaN, GaN/AlGaN, InGaN/AlGaN, InGaN/InGaN, 또는 InAlGaN/InAlGaN의 적층 구조를 이용하여 2~30주기로 형성될 수 있다. 또한 상기 활성층은 ZnS, ZnSe, SiC, GaP, GaAlAs, AlN, InN, AlInGaP과 같은 계열의 반도체를 포함할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 활성층의 발광 파장은 자외선 대역의 광부터 가시광선 대역의 광 중에서 선택적으로 발광할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 발광 칩(201)의 두께는 150㎛-500㎛ 범위 예컨대, 150㎛-300㎛ 범위로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 투광층(51)은 상기 제1반사부재(41) 및 상기 개구부(A1) 상에 형성될 수 있다. 상기 투광층(51)은 형광체와 같은 불순물을 갖지 않는 투광성 재질로 형성될 수 있으며, 예컨대 실리콘계열 또는 에폭시 계열의 수지 재질로 형성될 수 있다. 다른 예로서, 상기 투광층(51)은 형광체가 아닌, 내부에 확산 재질이나 산란 재질과 같은 불순물이 첨가될 수 있다.
상기 투광층(51)은 디스펜싱 방식 또는 EMC 방식으로 형성될 수 있다. 상기 투광층(51)은 발광 칩(201)으로부터 방출된 광이나 상기 제1반사부재(41)로부터 반사된 광을 효과적으로 투과시켜 줄 수 있다.
상기 투광층(51)은 상기 발광 칩(201)에서 방출된 파장(예: 청색 파장)에 대해 투과율이 70% 이상 예컨대, 90% 이상의 재질로 형성된다.
상기 투광층(51)의 굴절률은 1.6 이하이며, 상기 제1반사부재(41) 및 상기 제2반사부재(61)의 굴절률보다 낮은 굴절률로 형성될 수 있다. 또한 상기 투광층(51)의 굴절률은 상기 제1반사부재(41) 및 제2반사부재(61)의 굴절률과의 차이가 0.2 이상일 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 투광층(51)은 상기 형광체층(71)의 내측 영역인 개구부(75)에 배치되며, 상기 개구부(75) 내에는 발광 칩(201)이 배치된다. 여기서, 상기 개구부(75)는 위에서 볼 때, 원 형상, 타원 형상, 다각형 형상 또는 비 정형 형상이거나, 모서리 부분이 곡면인 형상을 포함할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 투광층(51)의 상면은 플랫하게 형성될 수 있으며, 다른 예로서 오목하거나 볼록하게 형성될 수 있다. 상기 투광층(51)의 외 측면은 경사진 면, 수직한 면, 또는 외측 방향으로 볼록한 곡면 중 적어도 하나로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 개구부(75)의 너비는 하부가 좁고 상부가 넓은 구조로 형성될 수 있으며, 이에 따라 상기 투광층(51)의 하부 너비가 좁고 상부 너비가 넓은 구조로 형성될 수 있다. 상기 투광층(51)의 상면에는 요철 구조가 배치될 수 있으며, 이러한 요철 구조는 광 추출 효율을 개선시키고, 제2반사부재(61)와의 결합력을 증대시켜 줄 수 있다.
상기 투광층(51)은 상기 제1반사부재(41)의 두께(T1)보다 두껍게 예컨대, 1.5배 이상 두껍게 형성되거나, 상기 발광 칩(201)의 두께보다 두껍게 형성될 수 있으며, 예를 들면, 300㎛ 이상의 두께일 수 있으며, 다른 예로서 300㎛ 내지 800㎛ 범위로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 투광층(51)은 광의 측 방향 추출을 위해 상기의 두께 범위로 형성될 수 있다.
상기 투광층(51)은 상기 제1반사부재(41), 상기 간극부(42), 및 상기 복수의 리드 프레임(21,31) 사이의 계면에 접촉됨으로써, 습기 침투를 억제할 수 있다. 다른 예로서, 상기 투광층(51)은 광을 확산시키는 층으로서, 공기와 같은 매질로 제공할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
또한 상기 투광층(51) 위에 제2반사부재(61)가 배치된다. 상기 제2반사부재(61)는 실리콘, 에폭시와 같은 수지 재질 내에 상기 수지 재질보다 높은 굴절률을 갖는 금속 산화물 또는 금속 질화물과 같은 불순물이 첨가될 수 있다. 상기 제2반사부재(61)의 하면은 상기 투광층(51)의 상면과 접촉되고, 상기 투광층(51)의 상면과 동일하거나 더 넓은 면적으로 형성될 수 있다. 상기 금속 산화물은 TiO2, SiO2, Al2O3 , ZrO3, Y2O3 중 적어도 하나를 포함하며, 상기 금속 질화물은 AlN과 같은 세라믹 재질을 포함할 수 있다.
상기 제2반사부재(61)는 상기 발광 칩(201)으로부터 방출된 파장에 대해, 반사율이 투과율보다 높은 물질 예컨대, 70% 이상의 반사율을 갖는 재질로 형성될 수 있다. 상기 제2반사부재(61)는 반사율이 70% 이상인 경우, 비 투광성 또는 반사성의 재질로 정의될 수 있다. 다른 예로서, 상기 제2반사부재(61)는 상기 발광 칩(201)로부터 방출된 파장에 대해 반사율이 90%~98% 범위인 재질로 형성될 수 있다. 또한 상기 제2반사 부재(61)는 제1반사 부재(41)와 다른 재질이거나, 상기 제1반사 부재(41)의 반사율보다 낮은 반사율을 가질 수 있다.
상기 제1반사부재(41)는 수지 계열의 절연 물질 예컨대, 폴리프탈아미드(PPA: Polyphthalamide)와 같은 수지 재질로 형성될 수 있다. 상기 제2반사부재(61)는 실리콘, 또는 에폭시 수지, 또는 플라스틱 재질을 포함하는 열 경화성 수지, 또는 고내열성, 고 내광성 재질로 형성될 수 있다. 상기의 실리콘은 백색 계열의 수지를 포함한다. 또한 상기 제2반사부재(61) 내에는 산무수물, 산화 방지제, 이형재, 광 반사재, 무기 충전재, 경화 촉매, 광 안정제, 윤활제, 이산화티탄 중에서 선택적으로 첨가될 수 있다. 함유하고 있다. 상기 제2반사부재(61)는 에폭시 수지, 변성 에폭시 수지, 실리콘 수지, 변성 실리콘 수지, 아크릴 수지, 우레탄 수지로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종에 의해 성형될 수 있다. 예를 들면, 트리글리시딜이소시아누레이트, 수소화 비스페놀 A 디글리시딜에테르 등으로 이루어지는 에폭시 수지와, 헥사히드로 무수 프탈산, 3-메틸헥사히드로 무수 프탈산4-메틸헥사히드로 무수프탈산 등으로 이루어지는 산무수물을, 에폭시 수지에 경화 촉진제로서 DBU(,8-Diazabicyclo(5,4,0)undecene-7), 조촉매로서 에틸렌 그리콜, 산화티탄 안료, 글래스 섬유를 첨가하고, 가열에 의해 부분적으로 경화 반응시켜 B 스테이지화한 고형상 에폭시 수지 조성물을 사용할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
또한 상기 제2반사부재(61) 내에 차광성 물질 또는 확산제를 혼합하여 투과하는 광을 저감시켜 줄 수 있다. 또한 상기 제2반사부재(61)는 소정의 기능을 갖게 하기 위해서, 열 경화성수지에 확산제, 안료, 형광 물질, 반사성 물질, 차광성 물질, 광 안정제, 윤활제로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종을 적절히 혼합하여도 된다.
상기 제2반사부재(61)는 에폭시 또는 실리콘과 같은 수지 재질에 금속 산화물 또는 금속 질화물이 5wt% 이상의 비율로 첨가될 수 있다. 여기서, 상기 제2반사부재(61) 내에 첨가된 금속 산화물의 함량이 5wt% 이하인 경우, 반사 효율이 저하될 수 있으며, 이러한 반사 효율이 저하되면 광 지향각 분포가 달라질 수 있다. 실시 예는 제2반사부재(61)는 상기 리드 프레임(21,31)의 반사 효율보다 높은 반사 효율을 제공할 수 있다. 상기 제2반사부재(61)의 상면이 발광 칩(201)을 커버하는 면적을 갖고 배치됨으로써, 상기 제2반사부재(61)의 상면 방향으로 진행되는 광을 반사시켜 주어, 광 손실을 줄일 수 있다.
상기 제2반사부재(61)는 상기 제1반사부재(41)와 동일한 재질로 형성될 수 있으며, 상기 제2반사부재(61)는 디스펜싱 방식 또는 인젝션 방식으로 형성되거나, 시트 형태를 제공될 수 있다.
상기 제2반사부재(61)의 하면 너비(D1)는 상기 투광층(51)의 하면 너비(D2)보다 넓게 형성되어, 입사되는 광을 측 방향으로 반사시켜 줄 수 있다. 상기 제2반사부재(61)의 두께(T2)는 반사율을 위해 30㎛ 이상의 범위로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 제2반사부재(61)의 상면은 재 입사되는 광의 반사를 위해 러프한 요철 구조로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 형광체층(71)은 상기 투광층(51)의 외 측면을 따라 배치되고, 상기 제1반사부재(41) 상에 배치된다. 상기 형광체층(71)은 하면 너비가 상면 너비보다 넓을 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 형광체층(71)은 투광성 수지 재질 내에 형광체(81)가 첨가되며, 상기 형광체(81)는 상기 발광 칩(201)으로부터 방출된 광을 흡수하여 서로 다른 파장의 광으로 파장 변환하게 된다. 상기 형광체(81)는 황색 형광체, 녹색 형광체, 청색 형광체, 적색 형광체 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 예를 들면, Eu, Ce 등의 란타노이드계 원소에 의해 주로 활성화되는 질화물계 형광체·산질화물계 형광체·사이어론계 형광체, Eu 등의 란타노이드계, Mn 등의 천이금속계의 원소에 의해 주로 활성화되는 알칼리 토류 할로겐 아파타이트 형광체, 알칼리 토류 금속 붕산 할로겐 형광체, 알칼리 토류 금속 알루민산염 형광체, 알칼리 토류 규산염, 알칼리 토류 황화물, 알칼리 토류 티오갈레이트, 알칼리 토류 질화규소, 게르마늄산염, 또는, Ce 등의 란타노이드계 원소에 의해 주로 활성화되는 희토류 알루민산염, 희토류 규산염 또는 Eu 등의 란타노이드계 원소에 의해 주로 활성화되는 유기 및 유기 착체 등으로부터 선택되는 적어도 어느 하나 이상일 수 있다. 구체적인 예로서, 상기의 형광체를 사용할 수 있지만, 이것에 한정되지 않는다.
상기 형광체층(71)의 두께는 300㎛ 이상의 두께(즉, Z축 방향의 높이)로 형성될 수 있으며, 상기 발광 칩(201)의 측면으로부터 소정 거리로 이격되어 배치될 수 있다. 즉, 상기 형광체층(71)이 상기 발광 칩(201)로부터 이격되어 배치됨으로써, 상기 발광 칩(201)으로부터 형광체(81)에 전달되는 열에 의한 손해를 감소시켜 줄 수 있고, 또한 투광층(51) 내에서 확산된 광을 효과적으로 색 변환할 수 있다.
상기 형광체층(71)의 내측면(76)은 상기 투광층(51)의 외 측면과 상기 제2반사부재(61)의 외 측면에 접촉될 수 있다. 상기 형광체층(71)의 외측면(77)은 광 출사면으로서, 상기 제2반사부재(61)와 상기 제1반사부재(41) 사이의 간격보다 더 넓은 높이로 형성될 수 있다. 상기 형광체층(71)의 외측면(77)은 상기 제1반사부재(41)의 상면과 상기 제2반사부재(61)의 상면 사이의 간격의 높이로 형성될 수 있다. 또한 상기 제2반사부재(61)와 상기 제1반사부재(41) 간의 간격은 광 출사 영역으로서, 상기 투광층(51)의 외 측면의 높이가 될 수 있다.
또한 상기 형광체층(71)의 외측면(77)의 위치는 상기 제1반사부재(41)의 상면 영역 내에 배치됨으로써, 상기 제1반사부재(41)에 의한 반사 효율을 개선시켜 줄 수 있다. 다른 예로서, 상기 형광체층(71)의 외측면(77)의 위치는 상기 제1반사부재(41)의 외 측면보다 더 외측으로 돌출될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 발광 소자(10)의 상부에는 광학 렌즈가 배치될 수 있으며, 상기 광학 렌즈는 광의 지향각 분포를 변경할 수 있다. 상기 광학 렌즈는 반구형 형상 또는 비 정형 형상을 포함하며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
도 2는 도 1의 발광 소자의 발광 칩을 나타낸 측 단면도이다.
도 2를 참조하면, 발광 칩(201)는 기판(211), 복수의 반도체층(220), 반사층(230), 제1절연층(221), 제1전극 구조(231,233,235), 제2전극 구조(232,234,236), 제2절연층(223), 제1연결 전극(241), 제2연결 전극(243) 및 지지부재(251)를 포함한다.
상기 기판(211)은 투광성 재질로서, 절연성 또는 도전성 기판을 이용할 수 있으며, 예컨대, 사파이어(Al2O3), SiC, Si, GaAs, GaN, ZnO, Si, GaP, InP, Ge, Ga2O3 중 적어도 하나를 이용할 수 있다. 상기 기판(211)의 상면 및 하면 중 어느 하나 또는 양 측면에는 요철 패턴과 같은 광 추출 구조가 형성될 수 있으며, 상기의 요철 패턴은 상기 기판(211)의 식각을 통해 형성하거나, 별도의 러프니스와 같은 패턴을 형성할 수 있다. 상기 요철 패턴은 스트라이프 형상 또는 볼록 렌즈 형상을 포함할 수 있다. 다른 예로서, 상기 기판(211)은 상기 복수의 반도체층(220)과 분리되어 제거될 수 있다.
상기 기판(211) 아래에는 복수의 반도체층(220)이 형성될 수 있다. 상기 복수의 반도체층(220)은 II족 내지 VI족 화합물 반도체 중 적어도 2원계 이상의 화합물 반도체를 포함할 수 있으며, 예컨대, GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP, AlGaInP 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 복수의 반도체층(220)은 버퍼층 또는/및 언도프드 반도체층을 포함할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 버퍼층은 상기 기판(211)과 질화물 반도체층 간의 격자 상수의 차이를 줄여줄 수 있다. 상기 언도프드 반도체층은 III족-V족 화합물 반도체 예컨대, GaN계 반도체로 구현될 수 있으며, 제조 공정시 의도적으로 도전형 도펀트를 도핑하지 않더라도 제1도전형 특성을 가지게 되며, 제1도전형 반도체층(215)의 도전형 도펀트 농도보다는 낮은 저 전도성을 가지게 된다.
상기 복수의 반도체층(220)은 발광 구조물을 포함할 수 있다. 상기 복수의 반도체층(220)은 III족-V족 화합물 반도체를 포함하며, 예컨대 InxAlyGa1-x-yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체를 갖고, 자외선 대역부터 가시 광선 대역의 파장 범위 내에서 소정의 주피크 파장을 발광할 수 있다.
상기 복수의 반도체층(220)은 제1도전형 반도체층(215), 상기 제1도전형 반도체층(215) 아래에 제2도전형 반도체층(219), 상기 제1도전형 반도체층(215)과 상기 제2도전형 반도체층(219) 사이에 형성된 활성층(217)을 포함한다.
상기 기판(211) 아래에 배치된 제1도전형 반도체층(215)은 제1도전형 도펀트가 도핑된 III족-V족 화합물 반도체로 구현되며, 예컨대 n형 도펀트가 첨가된 n형 반도체층을 포함할 수 있다. 상기 제1도전형 반도체층(215)은 예컨대, GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN, , AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP, AlGaInP와 같은 화합물 반도체 중 어느 하나로 이루어질 수 있다. 상기 제1도전형 반도체층(215)은 초격자 구조를 포함할 수 있으며, 상기 초격자 구조는 InGaN/GaN 초격자 구조 또는 AlGaN/GaN 초격자 구조를 포함할 수 있다.
상기 제1도전형 반도체층(215)과 상기 활성층(217) 사이에는 제1클래드층이 형성될 수 있다. 상기 제1클래드층은 GaN계 반도체로 형성될 수 있으며, 그 밴드 갭은 상기 활성층(217)의 밴드 갭 이상으로 형성될 수 있다. 이러한 제1클래드층은 제1도전형으로 형성되며, 캐리어를 구속시켜 주는 역할을 한다.
상기 제1도전형 반도체층(215) 아래에는 활성층(217)이 형성된다. 상기 활성층(217)은 단일 양자 우물, 다중 양자 우물(MQW), 양자 선(quantum wire) 구조 또는 양자 점(quantum dot) 구조를 선택적으로 포함하며, 우물층과 장벽층의 주기를 포함한다. 상기 우물층은 InxAlyGa1 -x- yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 포함하며, 상기 장벽층은 InxAlyGa1-x-yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 포함할 수 있다. 상기 우물층/장벽층의 주기는 예컨대, InGaN/GaN, GaN/AlGaN, InGaN/AlGaN, InGaN/InGaN, InAlGaN/InAlGaN의 적층 구조를 이용하여 1주기 이상으로 형성될 수 있다. 상기 장벽층은 상기 우물층의 밴드 갭보다 높은 밴드 갭을 가지는 반도체 물질로 형성될 수 있다.
상기 활성층(217) 아래에는 제2도전형 반도체층(219)이 형성된다. 상기 제2도전형 반도체층(219)은 제2도전형 도펀트가 첨가된 II족-V족 화합물 반도체 예컨대, GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN, , AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP, AlGaInP 와 같은 화합물 반도체 중 어느 하나로 이루어질 수 있다. 상기 제2도전형 반도체층(219)은 p형 도펀트가 도핑된 p형 반도체층을 포함할 수 있다. 다른 예로서, 상기 제2도전형 반도체층(219)은 초격자 구조를 포함할 수 있으며, 상기 초격자 구조는 InGaN/GaN 초격자 구조 또는 AlGaN/GaN 초격자 구조를 포함할 수 있다.
다른 예로서, 상기 제1도전형 반도체층(215)은 p형 반도체층, 상기 제2도전형 반도체층(219)은 n형 반도체층으로 배치될 수 있다. 상기 제2도전형 반도체층(219) 아래에는 상기 제2도전형과 반대의 극성을 갖는 제1도전형의 반도체층이 더 배치될 수도 있다.
상기 발광소자(201)는 상기 제1도전형 반도체층(215), 활성층(217) 및 상기 제2도전형 반도체층(219)을 발광 구조물로 정의될 수 있으며, 상기 발광 구조물은 n-p 접합 구조, p-n 접합 구조, n-p-n 접합 구조, p-n-p 접합 구조 중 어느 한 구조로 구현할 수 있다. 여기서, 상기 p는 p형 반도체층이며, 상기 n은 n형 반도체층이며, 상기 -은 p형 반도체층과 n형 반도체층이 직접 접촉되거나 간접 접촉된 구조를 포함한다. 이하, 설명의 편의를 위해, 발광 구조물의 최 하층은 제2도전형 반도체층(219)으로 설명하기로 한다.
상기 제2도전형 반도체층(219) 아래에는 반사층(230)이 형성된다. 상기 반사층(230)은 전기 전도를 위한 전극층으로서, 오믹 접촉층, 반사층, 및 확산 방지층, 보호층 중 적어도 하나를 포함한다. 여기서, 상기 오믹 접촉층은 상기 제2도전형 반도체층(219) 아래에 접촉되며, 그 접촉 면적은 상기 제2도전형 반도체층(219)의 하면 면적의 70% 이상으로 형성될 수 있다. 상기 오믹 접촉층은 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), SnO, InO, INZnO, ZnO, IrOx, RuOx, NiO, Ni, Cr 및 이들의 선택적인 화합물 또는 합금 중에서 선택되며, 적어도 한 층으로 형성될 수 있다. 상기 반사층은 상기 오믹 접촉층 아래에 반사율이 70% 이상인 물질 예컨대, Al, Ag, Ru, Pd, Rh, Pt, Ir의 금속과 상기의 금속 중 2 이상의 합금 중에서 선택될 수 있다. 상기 확산 방지층은 Au, Cu, Hf, Ni, Mo, V, W, Rh, Ru, Pt, Pd, La, Ta, Ti 및 이들 중에서 2이상의 합금 중에서 선택될 수 있다. 상기 확산 방지층은 서로 다른 층의 경계에서 층간 확산을 방지하게 된다. 상기 보호층은 Au, Cu, Hf, Ni, Mo, V, W, Rh, Ru, Pt, Pd, La, Ta, Ti 및 이들 중에서 2이상의 합금 중에서 선택될 수 있으며, 그 두께는 1~10,000Å로 형성될 수 있다.
상기 제2도전형 반도체층(219) 및 상기 반사층(230) 중 적어도 한 층의 표면에는 러프니스와 같은 광 추출 구조가 형성될 수 있으며, 이러한 광 추출 구조는 입사되는 광의 임계각을 변화시켜 주어, 광 추출 효율을 개선시켜 줄 수 있다. 상기 광 추출 구조는 요철 패턴, 또는 복수의 돌기들이 형성된 구조를 포함한다.
상기 제1절연층(221)은 상기 반사층(230) 아래에 형성될 수 있다. 상기 제1절연층(221)은 상기 제2도전형 반도체층(219)의 하면, 상기 제2도전형 반도체층(219) 및 상기 활성층(217)의 측면, 상기 제1도전형 반도체층(215)의 일부 영역에 형성될 수 있다. 상기 제1절연층(221)은 상기 복수의 반도체층(220)의 하부 영역 중에서 상기 반사층(230), 제1전극(231) 및 제2전극(232)을 제외한 영역에 형성되어, 상기 반도체층(220)의 하부를 전기적으로 보호하게 된다.
상기 제1절연층(221)은 Al, Cr, Si, Ti, Zn, Zr 중 적어도 하나를 갖는 산화물, 질화물, 불화물, 및 황화물 중 적어도 하나로 형성된 절연물질 또는 절연성 수지를 포함한다. 상기의 절연성 수지는 폴리이미드 재질을 포함한다. 상기 제1절연층(221)은 예컨대, SiO2, Si3N4, Al2O3, TiO2 중에서 선택적으로 형성될 수 있다.
상기 제1절연층(221)은 서로 다른 굴절률을 갖는 제1층과 제2층이 교대로 배치된 DBR 구조로 형성될 수 있으며, 상기 제1층은 SiO2, Si3N4, Al2O3, TiO2 중에서 어느 하나이며, 상기 제2층은 상기 제1층 이외의 물질 중 어느 하나로 형성될 수 있다. 이 경우, 상기 반사층은 형성하지 않을 수 있다.
상기 제1도전형 반도체층(215)의 일부 영역 아래에는 제1전극(231)이 형성되며, 상기 제1전극(231)의 아래에는 제1접합 전극(233)이 배치되고, 상기 제1접합 전극(233)의 아래에는 제3접합 전극(235)이 배치된다. 상기 제1전극(231)은 패드로 사용될 수 있으며, 상기 제1접합 전극(233)과 상기 제3접합 전극(235)은 상기 제1전극(231)과 상기 제1연결 전극(241) 사이를 서로 접합시켜 주게 된다. 상기 제1접합 전극(233)과 상기 제3접합 전극(235) 중 적어도 하나는 형성하지 않을 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 제1전극(231)은 상기 제1도전형 반도체층(215)에 접촉 예컨대, 오믹 접촉될 수 있으며, 상기 제1접합 전극(233) 및 제3접합 전극(235)과 전기적으로 연결된다.
상기 제1접합 전극(233)의 일부(233A)는 상기 반도체층(220)의 아래에 배치된 상기 제1절연층(221)의 아래에 더 배치될 수 있으며, 상기 제2접합 전극(235)의 일부(235A)는 상기 복수의 반도체층(220)의 아래에서 상기 제1접합 전극(233)의 일부(235A) 아래에 더 형성될 수 있다. 발광 소자의 측 단면에서 볼 때, 상기 제1접합 전극(233) 및 상기 제3접합 전극(235)의 너비는 상기 제1전극(231)의 너비보다 크거나 동일할 수 있다. 또한 상기 제1접합 전극(233)과 상기 제3접합 전극(235)의 너비는 서로 동일하거나 다를 수 있다.
상기 제1전극(231)은 상기 활성층(217) 및 제2도전형 반도체층(219)의 측면과 이격되며, 상기 제1도전형 반도체층(215)의 일부 영역보다 작은 면적으로 접촉될 수 있다.
상기 반사층(230)의 일부 아래에는 제2전극(232)이 형성될 수 있다. 상기 제2전극(232)의 아래에는 제2접합 전극(234)이 배치되고, 상기 제2접합 전극(234)의 아래에는 제4접합 전극(236)이 배치된다. 상기 제2전극(232)은 패드로 사용될 수 있으며, 상기 제2접합 전극(234)과 상기 제4접합 전극(236)은 상기 제2전극(232)과 상기 제2연결 전극(243) 사이를 서로 접합시켜 주게 된다. 상기 제2접합 전극(234)과 상기 제4접합 전극(236) 중 적어도 하나는 형성하지 않을 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 제2전극(232)은 상기 반사층(230)의 아래에 접촉될 수 있으며, 상기 제2접합 전극(234) 및 제4접합 전극(236)과 전기적으로 연결된다. 발광 소자의 측 단면에서 볼 때, 상기 제2접합 전극(234) 및 상기 제4접합 전극(236)의 너비는 상기 제2전극(232)의 너비보다 작거나 동일할 수 있다. 또한 상기 제2접합 전극(234)과 상기 제4접합 전극(236)의 너비는 서로 동일하거나 다를 수 있다.
상기 제2전극(232)은 상기 반사층(230)을 통해 상기 제2도전형 반도체층(219)과 물리적 또는/및 전기적으로 접촉될 수 있다. 상기 반사층(230)에는 구멍이 형성되어, 상기 제2전극(232)의 일부가 배치될 수 있다. 상기 제2전극(232)은 전극 패드를 포함한다.
상기 제1전극 구조(231,233,235)와 상기 제2전극 구조(232,234,236)의 적층 구조는 동일한 적층 구조이거나, 서로 다른 적층 구조를 포함한다.
상기 제1전극(231) 및 상기 제2전극(232) 중 적어도 하나는 전극 패드로부터 분기된 암(arm) 또는 핑거(finger) 구조와 같은 전류 확산 패턴이 더 형성될 수 있다. 또한 상기 제1전극(231) 및 상기 제2전극(232)의 전극 패드는 하나 또는 복수로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 복수의 반도체층(220) 내에 비아 구조를 통해 제1도전형 반도체층(215)를 노출시킨 후, 상기 제1전극(231)을 비아 구조로 연결할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 제3접합 전극(235)의 아래에는 제2절연층(223)이 배치되며, 상기 제2절연층(223)의 일부는 상기 제1절연층(221)에 접촉될 수 있다. 상기 제2절연층(223)의 일부는 상기 제1 및 제3접합 전극(233,235)에 형성된 오픈 영역(P2)에 삽입되어, 상기 제2연결 전극(243)의 둘레에 배치될 수 있다. 이에 따라 상기 제2절연층(223)은 상기 제2연결 전극(243)과 상기 제1 및 제3접합 전극(233,235) 사이를 이격시켜 주게 된다.
상기 제2절연층(223)은 상기 제1절연층(221)과 동일한 재질이거나, 다른 재질일 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 제2절연층(223)은 Al, Cr, Si, Ti, Zn, Zr 중 적어도 하나를 갖는 산화물, 질화물, 불화물, 및 황화물 중 적어도 하나로 형성된 절연물질 또는 절연성 수지를 포함한다. 상기의 절연성 수지는 폴리이미드 재질을 포함한다. 상기 제2절연층(223)은 예컨대, SiO2, Si3N4, Al2O3, TiO2 중에서 선택적으로 형성될 수 있다. 상기 제1절연층(221)은 단층 또는 다층으로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 제1전극 구조(231,233,235)의 아래 예컨대, 상기 제3접합 전극(235)의 아래에는 적어도 하나의 제1연결 전극(241)이 배치된다. 상기 제2전극 구조(232,234,236)의 아래 예컨대, 상기 제4접합 전극(236)의 아래에는 적어도 하나의 제2연결 전극(243)이 배치된다.
상기 제1연결 전극(241) 및 상기 제2연결 전극(243)은 전원을 공급하는 리드(lead) 기능과 방열 경로를 제공하게 된다. 상기 제1연결 전극(241) 및 상기 제2연결 전극(243)은 측 단면이 기둥 형상일 수 있으며, 예컨대 구형, 원 기둥 또는 다각 기둥과 같은 형상이거나 랜덤한 형상을 포함할 수 있다. 여기서, 상기 다각 기둥은 등각이거나 등각이 아닐 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 제1연결 전극(241) 및 상기 제2연결 전극(243)의 상면 또는 하면 형상은 원형, 다각형을 포함할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 제1연결 전극(241) 및 상기 제2연결 전극(243)의 하면은 상면과 다른 면적으로 형성될 수 있으며, 예컨대 상기 하면 면적은 상면 면적보다 더 크거나 작을 수 있다.
상기 제1연결 전극(241) 및 상기 제2연결 전극(243)의 직경 또는 너비는 1㎛~100,000㎛ 범위 예컨대, 10㎛~1000㎛ 범위로 형성될 수 있다. 상기 제1연결 전극(241) 및 상기 제2연결 전극(243)의 높이는 1㎛~100,000㎛ 범위 예컨대, 0.03mm~0.05mm 범위로 형성될 수 있다. 상기 제1 및 제2연결 전극(65,66)의 높이가 0.10mm 이상을 갖는 경우, 발광 소자(10)의 두께가 증가하게 되는 문제가 발생되며, 0.03mm 이하인 경우 본딩 공정에 어려움이 있다.
여기서, 상기 제1연결 전극(241)의 두께는 상기 제2연결 전극(243)의 두께보다 더 두껍게 형성될 수 있으며, 상기 제1연결 전극(241) 및 상기 제2연결 전극(243)의 하면은 동일한 평면 (즉, 수평 면) 상에 배치될 수 있다. 여기서, 상기 제1 및 제2연결 전극(241,243)의 두께 방향은 상기 복수의 반도체층(220)의 각 층의 두께 방향일 수 있다.
상기 제1연결 전극(241) 및 제2연결 전극(243)은 Ag, Al, Au, Cr, Co, Cu, Fe, Hf, In, Mo, Ni, Si, Sn, Ta, Ti, W 및 이들 금속의 선택적 합금 중 어느 하나로 형성될 수 있다. 상기 제1연결 전극(241) 및 제2연결 전극(243)은 상기 제1전극(231) 및 제2전극(232)과의 접착력 향상을 위하여 In, Sn, Ni, Cu 및 이들의 선택적인 합금 중의 어느 한 금속으로 도금될 수 있다. 이때 도금두께는 1~100,000Å이 적용 가능하다. 상기 제1연결 전극(241) 및 상기 제2연결 전극(243)의 표면에는 도금층이 더 형성될 수 있으며, 상기 도금층은 Tin 또는 이의 합금, Ni 또는 이의 합금, Tin-Ag-Cu 합금으로 형성될 수 있으며, 그 두께는 0.5㎛~10㎛로 형성될 수 있다. 이러한 도금층은 다른 본딩층과의 접합을 개선시켜 줄 수 있다.
상기 제1연결 전극(241) 및 상기 제2 연결 전극(243)은 솔더 볼 또는 금속 범프와 같은 단일 금속으로 사용될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 지지 부재(251)는 발광 칩(201)를 지지하는 지지층으로 사용된다. 상기 지지 부재(251)는 절연성 재질로 형성되며, 상기 절연성 재질은 예컨대, 실리콘 또는 에폭시와 같은 수지층으로 형성된다. 다른 예로서, 상기 절연성 재질은 페이스트 또는 절연성 잉크를 포함할 수 있다. 상기 절연성 재질의 재질은 그 종류는 polyacrylate resin, epoxy resin, phenolic resin, polyamides resin, polyimides rein, unsaturated polyesters resin, polyphenylene ether resin (PPE), polyphenilene oxide resin (PPO), polyphenylenesulfides resin, cyanate ester resin, benzocyclobutene (BCB), Polyamido-amine Dendrimers (PAMAM), 및 Polypropylene-imine, Dendrimers (PPI), 및 PAMAM 내부 구조 및 유기-실리콘 외면을 갖는 PAMAM-OS(organosilicon)를 단독 또는 이들의 조합을 포함한 수지로 구성될 수 있다. 상기 지지부재(251)는 상기 제1절연층(221)과 다른 물질로 형성될 수 있다.
상기 지지 부재(251) 내에는 Al, Cr, Si, Ti, Zn, Zr 중 적어도 하나를 갖는 산화물, 질화물, 불화물, 황화물과 같은 화합물들 중 적어도 하나가 첨가될 수 있다. 여기서, 상기 지지 부재(251) 내에 첨가된 화합물은 열 확산제일 수 있으며, 상기 열 확산제는 소정 크기의 분말 입자, 알갱이, 필러(filler), 첨가제로 사용될 수 있으며, 이하 설명의 편의를 위해 열 확산제로 설명하기로 한다. 여기서, 상기 열 확산제는 절연성 재질 또는 전도성 재질일 수 있으며, 그 크기는 1Å~100,000Å으로 사용 가능하며, 열 확산 효율을 위해 1,000Å~50,000Å로 형성될 수 있다. 상기 열 확산제의 입자 형상은 구형 또는 불규칙한 형상을 포함할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 열 확산제는 세라믹 재질을 포함하며, 상기 세라믹 재질은 동시 소성되는 저온 소성 세라믹(LTCC: low temperature co-fired ceramic), 고온 소성 세라믹(HTCC: high temperature co-fired ceramic), 알루미나(alumina), 수정(quartz), 칼슘지르코네이트(calcium zirconate), 감람석(forsterite), SiC, 흑연, 용융실리카(fusedsilica), 뮬라이트(mullite), 근청석(cordierite), 지르코니아(zirconia), 베릴리아(beryllia), 및 질화알루미늄(aluminum nitride) 중 적어도 하나를 포함한다. 상기 세라믹 재질은 질화물 또는 산화물과 같은 절연성 물질 중에서 열 전도도가 질화물이나 산화물보다 높은 금속 질화물로 형성될 수 있으며, 상기 금속 질화물은 예컨대, 열 전도도가 140 W/mK 이상의 물질을 포함할 수 있다. 상기 세라믹 재질은 예컨대, SiO2, SixOy, Si3N4, SixNy, SiOxNy, Al2O3, BN, Si3N4, SiC(SiC-BeO), BeO, CeO, AlN와 같은 세라믹 (Ceramic) 계열일 수 있다. 상기 열 전도성 물질은 C (다이아몬드, CNT)의 성분을 포함할 수 있다.
상기 지지 부재(251)는 수지 재질 내에 세라믹 재질의 불순물을 갖는 지지층으로 형성되거나, 폴리이미드 재질로 형성되거나, 세라믹 기판의 아래에 폴리 이미드 재질을 더 형성하여 배치될 수 있다. 상기 폴리이미드는 고내열 재질로서, 복수의 반도체층(220)로부터 발생된 열과 본딩 과정에 전달되는 열에 대해 안정적이다. 상기 폴리이미드는 필름 형태로 제공될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 지지 부재(251)는 단층 또는 다층으로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 지지 부재(251)는 내부에 세라믹 물질의 분말을 포함함으로써, 지지 부재(251)의 강도는 개선되고, 열 전도율 또한 개선될 수 있다.
상기 지지 부재(251) 내에 포함된 열 확산제는 1~99wt/% 정도의 함량 비율로 첨가될 수 있으며, 효율적인 열 확산을 위해 50~99wt% 범위의 함량 비율로 첨가될 수 있다. 이러한 지지 부재(251) 내에 열 확산제가 첨가됨으로써, 내부에서의 열 전도율은 더 개선될 수 있다. 또한 상기 지지 부재(251)의 열 팽창 계수는 4-11 [x106/℃]이며, 이러한 열 팽창 계수는 상기 기판(211) 예컨대, 사파이어 기판과 동일하거나 유사한 열 팽창 계수를 갖게 되므로, 상기 기판 상에 형성되는 복수의 반도체층(220)과의 열 팽창 차이에 의해 웨이퍼가 휘어지거나 결함이 발생되는 것을 억제하여 발광 소자의 신뢰성이 저하되는 것을 방지할 수 있다.
여기서, 상기 지지 부재(251)의 하면 면적은 상기 기판(211)의 상면과 실질적으로 동일한 면적으로 형성될 수 있다. 상기 지지 부재(251)의 하면 면적은 상기 제1도전형 반도체층(215)의 상면 면적과 동일한 면적으로 형성될 수 있다. 또한 상기 지지 부재(251)의 하면 너비는 상기 기판(211)의 상면과 상기 제1도전형 반도체층(215)의 상면 너비와 동일한 너비로 형성될 수 있다. 이는 지지 부재(251)를 형성한 다음 개별 칩으로 분리함으로써, 상기 지지부재(251)과 상기 기판(211) 및 상기 제1도전형 반도체층(215)의 측면이 동일 평면 상에 배치될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
또한 발광 칩(201)의 하면에서 볼 때, 상기 제1 및 제2연결 전극(241,243) 중 적어도 하나는 복수로 노출될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 지지 부재(251)의 하면은 실질적으로 평탄한 면으로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 지지 부재(251)의 두께는 상기 복수의 반도체층(120)의 두께보다 두꺼운 두께를 갖고, 예컨대 1㎛~100,000㎛ 범위에서 형성될 수 있으며, 다른 예로서 50㎛~1,000㎛ 범위로 형성될 수 있다.
상기 지지 부재(251)의 하면은 상기 제1전극(231) 및 상기 제2전극(232)의 하면보다 더 낮게 형성되고, 상기 제1연결 전극(241)의 하면, 상기 제2연결 전극(243)의 하면과 동일한 평면(즉, 수평 면) 상에 배치될 수 있다.
상기 지지 부재(251)는 상기 제1연결 전극(241) 및 상기 제2연결 전극(243)의 둘레 면에 접촉된다. 이에 따라 상기 제1연결 전극(241) 및 상기 제2연결 전극(243)으로부터 전도된 열은 상기 지지 부재(251)를 통해 확산되고 방열될 수 있다. 이때 상기 지지 부재(251)는 내부의 열 확산제에 의해 열 전도율이 개선되고, 전 표면을 통해 방열을 수행하게 된다. 따라서, 상기 발광 칩(201)은 열에 의한 신뢰성을 개선시켜 줄 수 있다.
또한 상기 지지 부재(251)의 측면은 상기 복수의 반도체층(220) 및 상기 기판(211)의 측면과 동일한 평면 (즉, 수직 면) 상에 배치될 수 있다.
상기의 발광 칩(201)는 플립 방식으로 탑재되며, 상기 기판(211)의 상면 방향으로 대부분의 광이 방출되고, 일부 광은 상기 기판(211)의 측면 및 상기 복수의 반도체층(220)의 측면을 통해 방출된다. 이에 따라 발광 칩(201)의 광 추출 효율 및 방열 효율은 개선될 수 있다.
도 3은 제2실시 예에 따른 발광 소자를 나타낸 측 단면도이다. 제2실시 예를 설명함에 있어서, 제1실시 예와 동일한 부분은 제1실시 예를 참조하기로 한다.
도 3을 참조하면, 발광 소자는 제1리드 프레임(121) 및 제2리드 프레임(131)을 포함하는 복수의 리드 프레임과, 상기 제1 및 제2리드 프레임(121,131)에 결합된 제1반사부재(141)와, 상기 제1 및 제2리드 프레임(121,131)과 전기적으로 연결된 발광 칩(201)과, 상기 제1반사부재(141) 및 상기 발광 칩(201) 위에 형성된 투광층(151)과, 상기 투광층(151) 상에 제2반사부재(161)와, 상기 투광층(151)의 둘레에 형광체층(171)을 포함한다.
상기 제1리드 프레임(121)은 상기 제1반사부재(141)의 제1외측부(S1)보다 더 외측으로 돌출될 수 있으며, 상기 제2리드 프레임(131)은 상기 제1반사부재(141)의 제2외측부(S2)보다 더 외측으로 돌출될 수 있다. 이는 제1 및 제2리드 프레임(121,131)과 솔더 페이스트(Solder paste)와 같은 접합 부재와의 접합을 개선시켜 줄 수 있다.
상기 제1 및 제2리드 프레임(121,131) 상에는 제1반사부재(141)가 결합되며, 상기 제1반사부재(141) 상에는 투광층(151) 및 형광체층(171)이 결합된다.
상기 제1리드 프레임(121)은 제1결합 구멍(122), 제1리세스부(123) 및 제1본딩 영역(127)을 포함한다. 상기 제1리드 프레임(121)의 제1결합 구멍(122)에는 상기 제1반사부재(141)의 일부(143)가 결합된다. 여기서, 상기 제1결합 구멍(122)은 상기 제1반사부재(141)과의 결합력을 위해 하부 너비가 상부 너비보다 넓거나, 단차 구조를 포함할 수 있다. 이에 따라 상기 제1반사부재(141)의 일부(143)와의 접착력이 강화되고, 습기 침투를 억제할 수 있다.
상기 제1리세스부(123)는 상기 제1리드 프레임(121)의 상면으로부터 50% 이하의 깊이로 형성될 수 있으며, 상기 제1반사부재(141)의 일부(145)가 채워진다. 상기 제1리세스부(123)의 내측 영역은 상기 발광 칩(201)에 인접한 영역으로서, 상기 개구부(175)의 아래에 배치된다. 이에 따라 상기 개구부(175)의 아래에는 상기 제1리세스부(123)에 채워진 상기 제1반사부재(141)의 일부(145)가 노출될 수 있다.
상기 제1리세스부(123)를 보면, 제1방향(X)의 너비는 상기 제1리드 프레임(121)의 두께의 50% 이상으로 형성될 수 있으며, 제2방향(Y)의 너비는 상기 제1리드 프레임(121)의 두께의 100% 이상으로 형성될 수 있다. 상기 제1리세스부(123)의 깊이가 50%를 초과하면 제1리드 프레임(121)의 강도가 취약해 질 수 있고, 그 너비가 너무 좁은 경우 상기 제1반사부재(141)와의 결합력이 약해질 수 있다.
상기 제2리드 프레임(131)은 제2결합 구멍(132), 제2리세스부(133) 및 제2본딩 영역(137)을 포함한다. 상기 제2리드 프레임(131)의 제2결합 구멍(132)에는 상기 제1반사부재(141)의 일부(144)가 결합된다. 여기서, 상기 제2결합 구멍(132)은 제1반사부재(141)와의 결합력을 위해 하부 너비가 상부 너비보다 넓거나, 단차 구조를 포함할 수 있다. 이에 따라 상기 제1반사부재(141)의 일부(144)와의 접착력이 강화되고, 습기 침투를 억제할 수 있다.
상기 제2리세스부(133)는 상기 제2리드 프레임(131)의 상면으로부터 50% 이하의 깊이로 형성될 수 있으며, 상기 제1반사부재(141)의 일부(146)가 채워진다. 상기 제2리세스부(133)의 내측 영역은 상기 발광 칩(201)에 인접한 영역으로서, 상기 개구부(175)의 아래에 배치된다. 이에 따라 상기 개구부(175)의 아래에는 상기 제2리세스부(133)에 채워진 상기 제1반사부재(141)의 일부(146)가 노출될 수 있다. 상기 개구부(175)의 아래에는 상기 제1반사부재(141)의 일부(145,146)가 소정 폭으로 노출됨으로써, 상기 개구부(175) 내에서의 반사 효율은 개선될 수 있다. 상기 제1반사부재(141)의 일부(1451,46)와 상기 리드 프레임(121,131)의 리세스부(123,133)는 상기 발광 칩(201)의 하면과 오버랩되게 배치될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 제2리세스부(133)를 보면, 제1방향(X)의 너비는 상기 제2리드 프레임(131)의 두께의 50% 이상으로 형성될 수 있으며, 제2방향(Y)의 너비는 상기 제2리드 프레임(131)의 두께의 100% 이상으로 형성될 수 있다. 상기 제2리세스부(133)의 깊이가 50%를 초과하면 제2리드 프레임(131)의 강도가 취약해 질 수 있고, 그 너비가 너무 좁은 경우 상기 제1반사부재(141)와의 결합력이 약해질 수 있다.
상기 제1본딩 영역(127)은 상기 제1리세스부(123)와 간극부(142) 사이에 배치되며, 개구부(175)의 바닥에서 상기 제1반사부재(141)로부터 노출된다. 상기 제2본딩 영역(137)은 상기 제2리세스부(133)과 간극부(142) 사이에 배치되며, 상기 개구부(175)의 바닥에서 상기 제1반사부재(141)로부터 노출된다. 상기 간극부(142)의 상부는 상기 제1 및 제2리드 프레임(121,131) 사이의 간격보다 더 넓은 너비로 형성될 수 있다.
상기 개구부(175)의 바닥에는 제1리드 프레임(121)의 제1본딩 영역(127)과 제2리드 프레임(131)의 제2본딩 영역(137)이 노출된다. 상기 제1본딩 영역(127)과 제2본딩 영역(137) 사이에는 간극부(142)가 배치되며, 상기 간극부(142)는 제1 및 제2본딩 영역(127,137)을 물리적으로 분리시켜 준다. 상기 간극부(142)는 상기 제1반사부재(141)의 재질로 형성되어, 상기 간극부(142)로 누설되는 광을 차단할 수 있다.
상기 제1 및 제2본딩 영역(127,137) 사이의 간격은 상기 발광 칩(201)의 너비보다 좁게 형성될 수 있다. 상기 제1 및 제2본딩 영역(127,137)의 너비는 상기 접합 부재(167,168)의 너비와 같거나 더 넓은 너비로 형성될 수 있다. 이러한 상기 제1 및 제2본딩 영역(127,137)은 위에서 볼 때 원 형상 또는 다각형 형상으로 형성될 수 있다.
여기서, 상기 제1리드 프레임(121)과 제2리드 프레임(131)은 제1실시 예에 개시된 재질로 형성될 수 있으며, 그 두께는 0.23mm~1.5mm일 수 있으며, 예컨대 0.25mm~0.5mm 범위를 포함한다.
상기 제1반사부재(141)는 반사성 또는 비 투광성의 재질로 정의될 수 있으며, 내부에 상기 제1 및 제2리드 프레임(121,131)의 일부를 노출시키는 개구부를 갖는다. 상기 투광층(151)은 투광성 재질로 형성될 수 있으며, 상기 제1반사부재(141) 및 투광층(151)의 재질에 대해서는 제1실시 예를 참조하기로 한다. 상기 제1반사부재(141)의 상면은 상기 투광층(151)의 하면의 면적보다 더 큰 면적으로 형성됨으로써, 제1반사부재(141)의 상면 방향으로 진행되는 광을 반사시켜 주어, 광 손실을 줄일 수 있다.
상기 제1반사부재(141)의 상면은 상기 제1 및 제2리드 프레임(121,131)의 수평한 면으로부터 5도 이하의 경사를 갖고, 상기 제1 및 제2리드 프레임(121,131)의 상면으로부터 0.2mm~0.25mm 범위의 두께로 형성될 수 있다. 상기 제1반사부재(141)의 내측 영역은 간극부(142)에 연결되며, 상기 개구부(175)의 바닥으로부터 소정 두께를 갖고 경사진 면으로 상기 형광체층(171)의 아래까지 연장되며, 그 외곽부는 평탄하거나 경사진 면으로 형성될 수 있다.
상기 개구부(175)에는 상기 발광 칩(201)이 배치되며, 상기 발광 칩(201)은 상기 접합 부재(167,168)를 통해 상기 제1 및 제2리드 프레임(121,131)과 전기적으로 연결된다. 상기 발광 칩(201)의 제1 및 제2연결 전극(241,243)은 접합 부재(167,168) 상에 본딩된다. 상기 제1 및 제2본딩 영역(127,137)은 상기 발광 칩(201)의 영역과 오버랩되게 배치되며, 예컨대 상기 발광 칩(201)과 오버랩되는 영역 내에 배치된다.
이에 따라 제1 및 제2본딩 영역(127,137)을 최소화함으로써, 상기 제1반사부재(141)에 의한 광 추출 효율을 개선시켜 줄 수 있다.
상기 투광층(151)의 외측면은 경사지거나 수직하게 형성될 수 있으며, 또는 단차진 구조로 형성될 수 있다. 상기 투광층(151)의 하부 너비는 상부 너비보다 좁게 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 투광층(151)의 상면 높이는 상기 발광 칩(201)의 상면 높이보다 높게 배치되거나, 상기 발광 칩(201)의 상면으로부터 연장될 수 있다.
상기 투광층(151)의 둘레에 형광체층(171)이 배치될 수 있다. 상기 투광층(151)과 상기 형광체층(171) 상에 제2반사부재(161)가 배치될 수 있다.
상기 형광체층(171)의 내측면(176)은 상기 발광 칩(201)의 측면에 대응되게 배치되며, 그 내측 하부(176A)는 상기 제1반사부재(141)의 상면으로부터 30도 이하의 경사면으로 형성될 수 있다. 상기 형광체층(171)의 외측면(177)은 광 출사면으로서, 그 두께(T3) 즉, Z축 방향의 높이는 상기 제2반사부재(161)와 제1반사부재(141) 사이의 간격에 대응될 수 있다. 상기 두께(T3)는 예컨대, 300㎛ 이상으로 형성될 수 있으며,
상기 형광체층(171)의 두께(T3)는 상기 제2반사부재(161)의 두께(T4)보다 두껍게 형성될 수 있고, 상기 발광 칩(201)의 두께보다 두껍게 형성될 수 있다. 상기 두께(T3)가 너무 얇은 경우 광의 측 방향의 추출이 감소될 수 있으며, 상기 두께(T3)의 최대 치는 상기 제2반사부재(161)의 너비와 측면 광의 지향각 분포를 고려하여 설정될 수 있다.
도 4는 제3실시 예에 따른 발광 소자를 나타낸 측 단면도이다. 제3실시 예를 설명함에 있어서, 제1 및 제2실시 예와 동일한 부분은 제1 및 제2실시 예를 참조하기로 한다.
도 4를 참조하면, 발광 소자는 제1리드 프레임(121) 및 제2리드 프레임(131)을 포함하는 복수의 리드 프레임과, 상기 제1 및 제2리드 프레임(121,131)에 결합된 제1반사부재(141)와, 상기 제1 및 제2리드 프레임(121,131)과 전기적으로 연결된 발광 칩(201)과, 상기 제1반사부재(141) 및 상기 발광 칩(201) 위에 형성된 투광층(151)과, 상기 투광층(151) 상에 제2반사부재(161)와, 상기 투광층(151)의 둘레에 형광체층(172)을 포함한다.
상기 투광층(151)의 상면(151A)은 오목한 곡면을 포함하며, 상기 오목한 곡면은 전 반사면을 포함할 수 있다. 이러한 투광층(151)의 상면(151A)이 전 반사면을 포함함으로써, 입사되는 광을 측 방향으로 반사시켜 줄 수 있다.
상기 투광층(151)의 상면(151A)과 형광체층(172)의 상면에는 제2반사부재(161)가 배치되며, 상기 제2반사부재(161)는 상기 발광 칩(201)과 대응되는 영역이 가장 깊은 깊이를 갖는 곡률을 갖게 형성될 수 있다.
상기 형광체층(172)의 내측면(176)은 상기 투광층(151)의 외 측면과 접촉되며, 상기 발광 칩(201)의 측면들과 대응된다. 상기 형광체층(172)의 외측면(177)은 법선 방향(Z축 방향)에 직교하는 방향에서 상기 발광 칩(201)을 기준으로 외측 방향으로 볼록한 곡면을 포함한다. 상기 형광체층(172)의 외측면(177)이 볼록한 곡면으로 형성됨으로써, 광의 추출 효율을 개선시켜 줄 수 있다. 상기 형광체층(172)의 외측면(177)은 상기 제2반사부재(161)의 외 측면보다 외측으로 돌출되고, 상기 제1 및 제2리드 프레임(121,131)의 외 측면보다 내측에 배치됨으로써, 광의 반사 효율을 개선과 더블어, 광 지향각 분포를 개선시켜 줄 수 있다.
도 5는 제4실시 예에 따른 발광 소자를 나타낸 측 단면도이다. 제4실시 예를 설명함에 있어서, 제1 및 제2실시 예와 동일한 부분은 제1 및 제2실시 예를 참조하기로 한다.
도 5를 참조하면, 발광 소자는 제1리드 프레임(121) 및 제2리드 프레임(131)을 포함하는 복수의 리드 프레임과, 상기 제1 및 제2리드 프레임(121,131)에 결합된 제1반사부재(141)와, 상기 제1 및 제2리드 프레임(121,131)과 전기적으로 연결된 발광 칩(201)과, 상기 제1반사부재(141) 및 상기 발광 칩(201) 위에 형성된 투광층(151)과, 상기 투광층(152) 상에 제2반사부재(162)와, 상기 투광층(152)의 둘레에 형광체층(172A)을 포함한다.
상기 투광층(152)의 외 측면은 소정의 곡률을 갖는 곡면으로 형성되며, 그 상면(156)은 발광 칩 방향으로 오목한 원 기둥 형상의 외곽선을 갖는다. 상기 투광층(152)의 상면(156) 중에서 저점(156A)은 상기 발광 칩(201)의 중심부에 배치되며, 상기 발광 칩(201)의 기판(211)과 접촉되거나 비 접촉되는 위치에 형성될 수 있다. 상기 투광층(152)의 상면(156)은 상기 저점(156A)을 기준으로 181도 내지 270도 범위의 내각으로 형성될 수 있으며, 측 단면에서 보면 상기 저점(156A) 방향으로 점차 낮아지는 경사 면으로 형성될 수 있다. 상기 투광층(152)의 상면(156)의 저점(156A)은 상기 제2반사부재(162)의 상면으로부터 소정 깊이(T5)로 형성될 수 있으며, 이러한 저점(156A)의 깊이(T5)와 상기 상면(156)의 너비에 의해 상기 투광층(152)의 상면(156)의 외각을 변경하여, 광의 측면 지향각 분포를 조절할 수 있다.
상기 투광층(152)의 상면(156)에 의해 형성된 오목한 영역에는 제2반사부재(162)가 배치되며, 상기 제2반사부재(162)는 입사되는 광을 효과적으로 반사시켜 줄 수 있다. 따라서, 상기 투광층(152)의 상면(156)의 구조와 상기 제2반사부재(162)에 의해 입사되는 광을 측 방향으로 반사시켜 줄 수 있다.
상기 형광체층(172A)의 내 측면(176)은 위로 갈수록 점차 넓어지는 개구부(175)를 갖는 곡면으로 형성되고, 외측면(177)은 곡면으로 형성될 수 있다. 또한 상기 형광체층(172A)의 상면은 상기 제2반사부재(162)의 외측에 노출될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
도 6은 제5실시 예에 따른 발광 소자를 나타낸 측 단면도이다. 제5실시 예를 설명함에 있어서, 제1 및 제2실시 예와 동일한 부분은 제1 및 제2실시 예를 참조하기로 한다.
도 3을 참조하면, 발광 소자는 제1리드 프레임(121) 및 제2리드 프레임(131)을 포함하는 복수의 리드 프레임과, 상기 제1 및 제2리드 프레임(121,131)에 결합된 제1반사부재(141)와, 상기 제1 및 제2리드 프레임(121,131)과 전기적으로 연결된 발광 칩(202)과, 상기 제1반사부재(141) 및 상기 발광 칩(202) 위에 형성된 투광층(153)과, 상기 투광층(153) 상에 제2반사부재(164)와, 상기 투광층(151)의 둘레에 형광체층(173)을 포함한다.
상기 투광층(153)의 상면 중에서 상기 발광 칩(202)과 대응되며 상기 발광 칩(201) 방향으로 오목한 제1영역(153A)과, 상기 제1영역(153A)의 외측 둘레에 상 방향(Z축 방향)으로 볼록한 제2영역(153B)을 포함한다. 상기 투광층(153)의 상면 위에는 제2반사부재(164)가 배치되며, 상기 제2반사부재(164)는 하면이 상기 투광층(153)의 상면을 따라 형성되며, 그 상면은 평탄하거나 러프한 면으로 형성될 수 있다.
상기 투광층(153)의 상면의 제1영역(153A)은 광을 측 방향으로 반사시켜 주고, 상기 제2영역(153B)는 입사되는 광을 상기 제1반사부재(141)의 상면 방향으로 반사시켜 준다. 이에 따라 투광층(153) 내부에서 외부로 추출되는 광 추출 효율은 개선될 수 있다.
상기 형광체층(173)의 내측면(176)은 내부에 개구부(175)를 형성하고, 소정의 곡면으로 형성될 수 있다. 상기 형광체층(173)의 내측 하부(176A)는 상기 발광 칩(201)의 하부 방향에 인접하게 배치될 수 있어, 광 손실을 저감시켜 줄 수 있다.
상기 형광체층(173)의 외측면(177)은 곡면 형상을 포함하며, 상면(178)은 곡면 또는 평탄한 면으로 형성될 수 있다. 또한 상기 형광체층(173)의 상면(178)은 상기 제2반사부재(164)의 상면보다 더 위로 돌출될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 발광 칩(202)은 기판(211)의 상면(213)이 오목한 면을 포함하며, 상기 오목한 면은 상기 기판(211)의 상면(213) 전체에 소정의 곡률로 형성될 수 있다.
도 7은 제6실시 예에 따른 발광 소자를 나타낸 측 단면도이다. 제6실시 예를 설명함에 있어서, 제1 및 제2실시 예와 동일한 부분은 제1 및 제2실시 예를 참조하기로 한다.
도 7을 참조하면, 발광 소자는 제1리드 프레임(121) 및 제2리드 프레임(131)을 포함하는 복수의 리드 프레임과, 상기 제1 및 제2리드 프레임(121,131)에 결합된 제1반사부재(141)와, 상기 제1 및 제2리드 프레임(121,131)과 전기적으로 연결된 발광 칩(201)과, 상기 제1반사부재(141) 및 상기 발광 칩(201) 위에 형성된 투광층(154)과, 상기 투광층(154) 상에 제2반사부재(161)와, 상기 투광층(154)의 둘레에 형광체층(174)을 포함한다.
상기 투광층(154)은 하부 너비가 좁고 상부 너비가 넓은 구조로 형성되며, 그 외 측면은 경사진 면 또는 곡면을 포함할 수 있다.
상기 형광체층(174)은 상기 투광층(154)의 외 측면을 따라 배치되며, 그 내측면(176)은 경사진 면으로 형성되며, 그 외측면(177)은 수직한 면, 곡면 또는 경사진 면으로 형성될 수 있다.
상기 형광체층(174)의 상부에는 단차진 구조(179)가 형성되며, 상기 단차진 구조(179)는 상기 형광체층(174)의 상면과 내측면(176) 사이에 단차진 구조로 형성된다.
상기 형광체층(174)의 단차진 구조(179) 상에는 제2반사부재(161)의 외측부가 배치되며, 상기 제2반사부재(161)는 상기 투광층(154)과 상기 형광체층(174) 위에 배치된다.
또한 상기 발광 칩(202)는 기판(211)의 상면(213)이 오목한 곡면 예컨대, 전 반사면을 갖는 구조로 형성됨으로써, 내부에서 상부로 방출되는 광을 측 방향으로 반사시키거나 굴절시켜 준다. 이때 상기 제2반사부재(161)는 투광층(154) 및 형광체층(174)의 위로 진행하는 광에 대해 측 방향으로 반사시켜 줄 수 있다.
도 8은 도 6 및 도 7의 발광 소자의 발광 칩을 나타낸 도면이다. 도 8을 설명함에 있어서, 도 2와 동일한 부분은 도 2를 참조하기로 한다.
도 8를 참조하면, 발광 칩(202)는 기판(211), 복수의 반도체층(220), 반사층(230), 제1절연층(221), 제1전극 구조(231,233,235), 제2전극 구조(232,234,236), 제2절연층(223), 제1연결 전극(241), 제2연결 전극(243) 및 지지부재(251)를 포함한다.
상기 기판(211)의 상면(213)은 오목한 곡면으로 형성되며, 상기 오목한 곡면은 전 반사면을 포함할 수 있다. 상기 기판(211)의 두께를 보면, 상기 기판(211)의 중심부가 가장 얇고, 상기 중심부로부터 외측으로 갈수록 점차 두껍게 형성될 수 있다. 이러한 상기 기판(211)은 상면(213)을 통해 측 방향으로 광을 반사시키거나 광을 굴절시켜 줌으로써, 측 방향으로의 광 추출 효율을 개선시켜 줄 수 있다.
도 9는 제7실시 예에 따른 발광 소자를 나타낸 측 단면도이다. 제7실시 예를 설명함에 있어서, 제1 및 제2실시 예와 동일한 부분은 제1 및 제2실시 예를 참조하기로 한다.
도 9를 참조하면, 발광 소자는 제1리드 프레임(121) 및 제2리드 프레임(131)을 포함하는 복수의 리드 프레임과, 상기 제1 및 제2리드 프레임(121,131)에 결합된 제1반사부재(141)와, 상기 제1 및 제2리드 프레임(121,131)과 전기적으로 연결된 발광 칩(203)과, 상기 제1반사부재(141) 및 상기 발광 칩(203) 위에 형성된 투광층(155)과, 상기 투광층(155) 상에 제2반사부재(165)와, 상기 투광층(155)의 둘레에 형광체층(181)과, 상기 형광체층(181)의 외 측면에 보호층(182)을 포함한다.
상기 발광 칩(203)의 기판(211)은 상면에 광 추출 구조(214)를 포함하며, 상기 광 추출 구조는 도 12와 같이 복수의 돌기를 갖는 요철 구조를 포함한다. 상기 광 추출 구조(214)의 돌기는 반구형 형상을 포함하며, 입사되는 광의 임계각을 변화시켜 주게 된다. 이에 따라 상기 광 추출 구조(214)에 의해 광 추출 효율은 개선될 수 있다.
상기 제1반사부재(141)는 상면(S4)에 러프한 면으로 형성되어, 광 반사 효율을 개선시켜 줄 수 있다. 또한 상기 제1반사부재(141)의 내측 개구부(A1)는 측벽 높이가 상기 발광 칩(203)의 지지부재(251)의 하면의 수평한 선보다 위에 배치될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 투광층(155)은 상기 발광 칩(203) 상에 배치되며, 상기 형광체층(181) 내의 개구부(175)에 배치된다. 상기 형광체층(181)은 내측면(186)이 곡면 또는 경사진 면으로 상기 제1반사부재(141)이 상면(S4) 상에 연장될 수 있다. 또한 상기 형광체층(181)의 내측 하부는 상기 제1반사부재(141)의 개구부(A1) 보다 외측에 배치될 수 있다.
상기 제2반사부재(165)는 상기 투광층(155) 상에 배치되고, 상기 형광체층(181)의 상면(189) 상에 연장된다.
상기 보호층(182)은 투과성 재질로 형성되어, 광 출사면이 될 수 있다. 상기 보호층(182)은 상기 형광체층(181)의 외측면 및 상기 제2반사부재(165)의 외측면에 대응되게 배치되며, 그 외측면은 경사진 면 또는 곡면으로 형성될 수 있다. 상기 보호층(182)은 하부 너비가 상부 너비보다 더 넓게 배치되어, 상기 형광체층(181) 및 상기 제2반사부재(165)의 외측을 지지하게 된다. 또한 상기 보호층(182)은 상기 제1반사부재(141)의 상면(S4)에 배치될 수 있으며, 상기 리드 프레임(121,131)의 상면에 접촉되도록 연장될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
도 10는 제8실시 예에 따른 발광 소자를 나타낸 측 단면도이다. 제8실시 예를 설명함에 있어서, 제1 및 제2실시 예와 동일한 부분은 제1 및 제2실시 예를 참조하기로 한다.
도 10을 참조하면, 발광 소자는 제1리드 프레임(121) 및 제2리드 프레임(131)을 포함하는 복수의 리드 프레임과, 상기 제1 및 제2리드 프레임(121,131)에 결합된 제1반사부재(141)와, 상기 제1 및 제2리드 프레임(121,131)과 전기적으로 연결된 발광 칩(203)과, 상기 제1반사부재(141) 및 상기 발광 칩(203) 위에 형성된 투광층(156)과, 상기 투광층(156) 상에 제2반사부재(166)와, 상기 투광층(156)의 둘레에 형광체층(183)을 포함한다.
상기 제1반사부재(141)의 내측 개구부(A1)는 상기 발광 칩(203)의 둘레에 배치되며, 상기 발광 칩(203)의 지지부재(251)의 하면 보다 더 높은 측면을 갖는다. 이에 따라 상기 제1반사부재(141)의 개구부(A1)는 상기 발광 칩(203)의 하부 둘레에 배치될 수 있으며, 그 형상은 위에서 볼 때 원형 또는 다각형 형상을 포함한다. 상기 제1반사부재(141)의 두께(T6)는 상기 제1 및 제2리드 프레임(121,131)의 상면으로부터 상기 발광 칩(203)의 하면보다 더 높은 두께로 형성될 수 있다. 상기 제1반사부재(141)의 상면은 평탄한 면으로 도시하였으나, 러프한 면으로 형성될 수 있으며, 상기 발광 칩(203)의 지지부재(251)의 하면과 상면 사이의 수평한 연장 선상에 위치할 수 있다.
상기 발광 칩(203)의 기판(211)은 상면에 광 추출 구조(214)를 포함하며, 상기 광 추출 구조는 도 12와 같이 복수의 돌기를 갖는 요철 구조를 포함한다. 상기 광 추출 구조(214)의 돌기는 반구형 형상을 포함하며, 입사되는 광의 임계각을 변화시켜 주게 된다. 이에 따라 상기 광 추출 구조(214)에 의해 광 추출 효율은 개선될 수 있다.
상기 투광층(156)의 외 측면은 수직한 면 또는 경사진 면으로 형성될 수 있으며, 그 상면(156A)은 상기 발광 칩(203)의 방향으로 갈수록 점차 낮은 깊이로 형성된다. 또한 상기 투광층(156)은 상기 제2반사부재(166)의 측면에 배치된 돌출 영역(156B)을 포함한다. 상기 투광층(156)의 상면(156A)은 입사되는 광을 측 방향으로 반사시켜 주며, 그 돌출 영역(156B)은 상기 형광체층(183)과 제2반사부재(166) 사이로 돌출되어, 상기 형광체층(183)과 상기 제2반사부재(166)에 결합될 수 있다.
상기 형광체층(183)은 투광층(156)의 둘레에 배치되며, 그 상부(184)는 상기 형광체층(183)의 돌출 영역(156B)과 제2반사부재(166)의 상면 외측 상에 배치될 수 있다. 이에 따라 상기 형광체층(183)은 상기 투광층(156)과 상기 제2반사부재(166)를 결합시키고, 보호하게 된다.
도 11는 제9실시 예에 따른 발광 소자를 나타낸 측 단면도이다. 제9실시 예를 설명함에 있어서, 제1 및 제2실시 예와 동일한 부분은 제1 및 제2실시 예를 참조하기로 한다.
도 11을 참조하면, 발광 소자는 제1리드 프레임(121) 및 제2리드 프레임(131)을 포함하는 복수의 리드 프레임과, 상기 제1 및 제2리드 프레임(121,131)에 결합된 제1반사부재(141)와, 상기 제1 및 제2리드 프레임(121,131)과 전기적으로 연결된 발광 칩(203)과, 상기 제1반사부재(141) 및 상기 발광 칩(203) 위에 형성된 투광층(156)과, 상기 투광층(156) 상에 제2반사부재(166)와, 상기 투광층(156)의 둘레에 형광체층(183)을 포함한다.
상기 발광 칩(203)의 기판(211)은 상면에 광 추출 구조(214)를 포함하며, 상기 광 추출 구조는 도 12와 같이 복수의 돌기를 갖는 요철 구조를 포함한다. 상기 광 추출 구조(214)의 돌기는 반구형 형상을 포함하며, 입사되는 광의 임계각을 변화시켜 주게 된다. 이에 따라 상기 광 추출 구조(214)에 의해 광 추출 효율은 개선될 수 있다.
도 12는 도 10 내지 도 11의 발광 소자의 발광 칩을 나타낸 측 단면도이다. 도 12를 참조하면, 발광 칩(203)은 기판(211), 복수의 반도체층(220), 반사층(230), 제1절연층(221), 제1전극 구조(231,233,235), 제2전극 구조(232,234,236), 제2절연층(223), 제1연결 전극(241), 제2연결 전극(243) 및 지지부재(251)를 포함한다.
상기 기판(211)은 상면에 복수의 돌기를 갖는 광 추출 구조(214)를 포함할 수 있다.
도 13은 실시 예에 따른 발광 소자의 광 지향각 분포를 나타낸 도면이다.
도 13를 참조하면, 수직 방향은 법선 방향이며, 광 지향각 분포는 상기 법선에 대해 수직한 방향으로 분포하게 된다. R1은 형광체층을 통과한 광 중에서 색 변환되지 않는 광 분포이며, R2는 형광체에 의해 색 변환된 광의 분포가 된다. 따라서, 광의 지향각 분포는 180º±30º 범위로 형성될 수 있다.
실시예에 따른 발광 소자는 조명 시스템에 적용될 수 있다. 상기 조명 시스템은 하나 또는 복수의 발광소자를 갖는 구조를 포함하며, 도 14 및 도 15에 도시된 표시 장치, 도 16에 도시된 조명 장치를 포함하고, 조명등, 신호등, 차량 전조등, 전광판 등이 포함될 수 있다.
도 14는 실시 예에 따른 표시 장치의 분해 사시도이다.
도 14를 참조하면, 표시 장치(1000)는 도광판(1041)과, 상기 도광판(1041)에 빛을 제공하는 광원 모듈(1031)와, 상기 도광판(1041) 아래에 반사 부재(1022)와, 상기 도광판(1041) 위에 광학 시트(1051)와, 상기 광학 시트(1051) 위에 표시 패널(1061)과, 상기 도광판(1041), 광원 모듈(1031) 및 반사 부재(1022)를 수납하는 바텀 커버(1011)를 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
상기 바텀 커버(1011), 반사시트(1022), 도광판(1041), 광학 시트(1051)는 라이트 유닛(1050)으로 정의될 수 있다.
상기 도광판(1041)은 상기 광원 모듈(1031)로부터 제공된 빛을 확산시켜 면광원화 시키는 역할을 한다. 상기 도광판(1041)은 투명한 재질로 이루어지며, 예를 들어, PMMA(polymethyl methacrylate)와 같은 아크릴 수지 계열, PET(polyethylene terephthalate), PC(poly carbonate), COC(cycloolefin copolymer) 및 PEN(polyethylene naphthalate) 수지 중 하나를 포함할 수 있다.
상기 광원 모듈(1031)은 상기 도광판(1041)의 적어도 일 측면에 배치되어 상기 도광판(1041)의 적어도 일 측면에 빛을 제공하며, 궁극적으로는 표시 장치의 광원으로써 작용하게 된다.
상기 광원 모듈(1031)은 상기 바텀 커버(1011) 내에 적어도 하나가 배치되며, 상기 도광판(1041)의 일 측면에서 직접 또는 간접적으로 광을 제공할 수 있다. 상기 광원 모듈(1031)은 회로 기판(1033)와 상기에 개시된 실시 예에 따른 발광소자(1035)를 포함하며, 상기 발광소자(1035)는 광학렌즈가 결합되며 상기 회로 기판(1033) 상에 소정 간격으로 어레이될 수 있다. 상기 회로 기판은 인쇄회로기판(printed circuit board)일 수 있지만, 이에 한정하지 않는다. 또한 상기 회로 기판(1033)은 메탈 코어 PCB(MCPCB, Metal Core PCB), 연성 PCB(FPCB, Flexible PCB) 등을 포함할 수도 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 발광소자(1035)는 상기 바텀 커버(1011)의 측면 또는 방열 플레이트 상에 탑재될 경우, 상기 회로 기판(1033)는 제거될 수 있다. 상기 방열 플레이트의 일부는 상기 바텀 커버(1011)의 상면에 접촉될 수 있다. 따라서, 발광소자(1035)에서 발생된 열은 방열 플레이트를 경유하여 바텀 커버(1011)로 방출될 수 있다.
상기 복수의 발광소자(1035)는 상기 회로 기판(1033) 상에 빛이 방출되는 출사면이 상기 도광판(1041)과 소정 거리 이격되도록 탑재될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 발광소자(1035)는 상기 도광판(1041)의 일 측면인 입광부에 광을 직접 또는 간접적으로 제공할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 도광판(1041) 아래에는 상기 반사 부재(1022)가 배치될 수 있다. 상기 반사 부재(1022)는 상기 도광판(1041)의 하면으로 입사된 빛을 반사시켜 상기 표시 패널(1061)로 공급함으로써, 상기 표시 패널(1061)의 휘도를 향상시킬 수 있다. 상기 반사 부재(1022)는 예를 들어, PET, PC, PVC 레진 등으로 형성될 수 있으나, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 반사 부재(1022)는 상기 바텀 커버(1011)의 상면일 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 바텀 커버(1011)는 상기 도광판(1041), 광원 모듈(1031) 및 반사 부재(1022) 등을 수납할 수 있다. 이를 위해, 상기 바텀 커버(1011)는 상면이 개구된 박스(box) 형상을 갖는 수납부(1012)가 구비될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 바텀 커버(1011)는 탑 커버(미도시)와 결합될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 바텀 커버(1011)는 금속 재질 또는 수지 재질로 형성될 수 있으며, 프레스 성형 또는 압출 성형 등의 공정을 이용하여 제조될 수 있다. 또한 상기 바텀 커버(1011)는 열 전도성이 좋은 금속 또는 비 금속 재료를 포함할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 표시 패널(1061)은 예컨대, LCD 패널로서, 서로 대향되는 투명한 재질의 제 1 및 제 2기판, 그리고 제 1 및 제 2기판 사이에 개재된 액정층을 포함한다. 상기 표시 패널(1061)의 적어도 일면에는 편광판이 부착될 수 있으며, 이러한 편광판의 부착 구조로 한정하지는 않는다. 상기 표시 패널(1061)은 상기 광원 모듈(1031)로부터 제공된 광을 투과 또는 차단시켜 정보를 표시하게 된다. 이러한 표시 장치(1000)는 각 종 휴대 단말기, 노트북 컴퓨터의 모니터, 랩탑 컴퓨터의 모니터, 텔레비전과 같은 영상 표시 장치에 적용될 수 있다.
상기 광학 시트(1051)는 상기 표시 패널(1061)과 상기 도광판(1041) 사이에 배치되며, 적어도 한 장 이상의 투광성 시트를 포함한다. 상기 광학 시트(1051)는 예컨대 확산 시트(diffusion sheet), 수평 및 수직 프리즘 시트(horizontal/vertical prism sheet), 및 휘도 강화 시트(brightness enhanced sheet) 등과 같은 시트 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 확산 시트는 입사되는 광을 확산시켜 주고, 상기 수평 또는/및 수직 프리즘 시트는 입사되는 광을 상기 표시 패널(1061)로 집광시켜 주며, 상기 휘도 강화 시트는 손실되는 광을 재사용하여 휘도를 향상시켜 준다. 또한 상기 표시 패널(1061) 위에는 보호 시트가 배치될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 광원 모듈(1031)의 광 경로 상에는 광학 부재로서, 상기 도광판(1041), 및 광학 시트(1051)를 포함할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
도 15는 실시 예에 따른 발광소자를 갖는 표시 장치를 나타낸 도면이다.
도 15를 참조하면, 표시 장치(1100)는 바텀 커버(1152), 상기에 개시된 실시 예의 발광소자(1124)가 어레이된 회로 기판(1120), 광학 부재(1154), 및 표시 패널(1155)을 포함한다.
상기 회로 기판(1120)와 상기 광학렌즈가 결합된 발광소자(1124)는 광원 모듈(1160)로 정의될 수 있다. 상기 바텀 커버(1152), 적어도 하나의 광원 모듈(1160), 광학 부재(1154)는 라이트 유닛(1150)으로 정의될 수 있다.
상기 바텀 커버(1152)에는 수납부(1153)를 구비할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 광학 부재(1154)는 렌즈, 도광판, 확산 시트, 수평 및 수직 프리즘 시트, 및 휘도 강화 시트 등에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 도광판은 PC 재질 또는 PMMA(Poly methy methacrylate) 재질로 이루어질 수 있으며, 이러한 도광판은 제거될 수 있다. 상기 확산 시트는 입사되는 광을 확산시켜 주고, 상기 수평 및 수직 프리즘 시트는 입사되는 광을 상기 표시 패널(1155)으로 집광시켜 주며, 상기 휘도 강화 시트는 손실되는 광을 재사용하여 휘도를 향상시켜 준다.
상기 광학 부재(1154)는 상기 광원 모듈(1160) 위에 배치되며, 상기 광원 모듈(1160)로부터 방출된 광을 면 광원하거나, 확산, 집광 등을 수행하게 된다.
도 16은 실시 예에 따른 조명소자를 갖는 조명장치의 분해 사시도이다.
도 16과 같이, 실시 예에 따른 조명 장치는 커버(2100), 광원 모듈(2200), 방열체(2400), 전원 제공부(2600), 내부 케이스(2700), 소켓(2800)을 포함할 수 있다. 또한, 실시 예에 따른 조명 장치는 부재(2300)와 홀더(2500) 중 어느 하나 이상을 더 포함할 수 있다. 상기 광원 모듈(2200)은 실시 예에 따른 발광 소자를 포함할 수 있다.
예컨대, 상기 커버(2100)는 벌브(bulb) 또는 반구의 형상을 가지며, 속이 비어 있고, 일 부분이 개구된 형상으로 제공될 수 있다. 상기 커버(2100)는 상기 광원 모듈(2200)과 광학적으로 결합되고, 상기 방열체(2400)와 결합될 수 있다. 상기 커버(2100)는 상기 방열체(2400)와 결합하는 결합부를 가질 수 있다.
상기 커버(2100)의 내면에는 확산재를 갖는 유백색 도료가 코팅될 수 있다. 이러한 유백색 재료를 이용하여 상기 광원 모듈(2200)로부터의 빛을 산란 및 확산되어 외부로 방출시킬 수 있다.
상기 커버(2100)의 재질은 유리(glass), 플라스틱, 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 폴리카보네이트(PC) 등일 수 있다. 여기서, 폴리카보네이트는 내광성, 내열성, 강도가 뛰어나다. 상기 커버(2100)는 외부에서 상기 광원 모듈(2200)이 보이도록 투명할 수 있고, 불투명할 수 있다. 상기 커버(2100)는 블로우(blow) 성형을 통해 형성될 수 있다.
상기 광원 모듈(2200)은 상기 방열체(2400)의 일 면에 배치될 수 있다. 따라서, 상기 광원 모듈(2200)로부터의 열은 상기 방열체(2400)로 전도된다. 상기 광원 모듈(2200)은 발광 소자(2210), 연결 플레이트(2230), 커넥터(2250)를 포함할 수 있다.
상기 부재(2300)는 상기 방열체(2400)의 상면 위에 배치되고, 복수의 조명소자(2210)들과 커넥터(2250)이 삽입되는 가이드홈(2310)들을 갖는다. 상기 가이드홈(2310)은 상기 조명소자(2210)의 기판 및 커넥터(2250)와 대응된다.
상기 부재(2300)의 표면은 백색의 도료로 도포 또는 코팅된 것일 수 있다. 이러한 상기 부재(2300)는 상기 커버(2100)의 내면에 반사되어 상기 광원 모듈(2200)측 방향으로 되돌아오는 빛을 다시 상기 커버(2100) 방향으로 반사한다. 따라서, 실시 예에 따른 조명 장치의 광 효율을 향상시킬 수 있다.
상기 부재(2300)는 예로서 절연 물질로 이루어질 수 있다. 상기 광원 모듈(2200)의 연결 플레이트(2230)는 전기 전도성의 물질을 포함할 수 있다. 따라서, 상기 방열체(2400)와 상기 연결 플레이트(2230) 사이에 전기적인 접촉이 이루어질 수 있다. 상기 부재(2300)는 절연 물질로 구성되어 상기 연결 플레이트(2230)와 상기 방열체(2400)의 전기적 단락을 차단할 수 있다. 상기 방열체(2400)는 상기 광원 모듈(2200)로부터의 열과 상기 전원 제공부(2600)로부터의 열을 전달받아 방열한다.
상기 홀더(2500)는 내부 케이스(2700)의 절연부(2710)의 수납홈(2719)을 막는다. 따라서, 상기 내부 케이스(2700)의 상기 절연부(2710)에 수납되는 상기 전원 제공부(2600)는 밀폐된다. 상기 홀더(2500)는 가이드 돌출부(2510)를 갖는다. 상기 가이드 돌출부(2510)는 상기 전원 제공부(2600)의 돌출부(2610)가 관통하는 홀을 구비할 수 있다.
상기 전원 제공부(2600)는 외부로부터 제공받은 전기적 신호를 처리 또는 변환하여 상기 광원 모듈(2200)로 제공한다. 상기 전원 제공부(2600)는 상기 내부 케이스(2700)의 수납홈(2719)에 수납되고, 상기 홀더(2500)에 의해 상기 내부 케이스(2700)의 내부에 밀폐된다.
상기 전원 제공부(2600)는 돌출부(2610), 가이드부(2630), 베이스(2650), 연장부(2670)를 포함할 수 있다.
상기 가이드부(2630)는 상기 베이스(2650)의 일 측에서 외부로 돌출된 형상을 갖는다. 상기 가이드부(2630)는 상기 홀더(2500)에 삽입될 수 있다. 상기 베이스(2650)의 일 면 위에 다수의 부품이 배치될 수 있다. 다수의 부품은 예를 들어, 직류변환장치, 상기 광원 모듈(2200)의 구동을 제어하는 구동칩, 상기 광원 모듈(2200)을 보호하기 위한 ESD(ElectroStatic discharge) 보호 소자 등을 포함할 수 있으나 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 연장부(2670)는 상기 베이스(2650)의 다른 일 측에서 외부로 돌출된 형상을 갖는다. 상기 연장부(2670)는 상기 내부 케이스(2700)의 연결부(2750) 내부에 삽입되고, 외부로부터의 전기적 신호를 제공받는다. 예컨대, 상기 연장부(2670)는 상기 내부 케이스(2700)의 연결부(2750)의 폭과 같거나 작게 제공될 수 있다. 상기 연장부(2670)는 전선을 통해 소켓(2800)에 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 내부 케이스(2700)는 내부에 상기 전원 제공부(2600)와 함께 몰딩부를 포함할 수 있다. 몰딩부는 몰딩 액체가 굳어진 부분으로서, 상기 전원 제공부(2600)가 상기 내부 케이스(2700) 내부에 고정될 수 있도록 한다.
이상에서 실시예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
또한, 이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10: 발광 소자
21,31,121,131: 리드 프레임
41,141: 제1반사부재
51,151,152,153,153,155,156: 투광층
61,161,162,164,165,166: 제2반사부재
71,172,172A,173,174,181,183: 형광체층
201,202,203: 발광 칩

Claims (17)

  1. 제1리드 프레임과 상기 제1리드 프레임과 이격되어 배치되는 제2리드 프레임;
    상기 제1리드 프레임 및 상기 제2리드 프레임 상에 개구부를 갖는 제1반사부재;
    상기 제1반사부재의 개구부 내에 배치되며, 상기 제1리드 프레임 및 상기 제2리드 프레임과 전기적으로 연결된 발광 칩;
    상기 개구부 및 상기 제1반사부재 상에 배치되는 투광층;
    상기 투광층 상에 배치된 제2반사부재;
    상기 제1반사부재 상에 배치되는 형광체층; 및
    상기 제1반사부재 상에 배치되며 상기 형광체층의 외 측면 및 상기 제2반사부재의 외 측면에 배치되는 보호층을 포함하고,
    상기 형광체층은 상기 투광층의 외측면을 따라 배치되며,
    상기 제1반사부재의 상면은 러프한 면으로 형성되어 상기 형광체층의 하면 및 상기 보호층의 하면과 접촉하고,
    상기 형광체층은 내측면이 곡면 또는 경사진 면으로 형성되며,
    상기 보호층의 외 측면은 경사진 면 또는 곡면으로 형성되고,
    상기 보호층의 하부 너비는 상부 너비보다 넓은 발광 소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1리드 프레임은 상기 제1반사부재의 일부와 결합되는 제1결합구멍을 포함하고,
    상기 제2리드 프레임은 상기 제1반사부재의 일부와 결합되는 제2결합구멍을 포함하며,
    상기 제2반사부재의 상면과 상기 보호층의 상면은 동일 평면에 배치되는 발광 소자.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1리드 프레임은 상기 제1리드 프레임의 상면으로부터 상기 제1리드 프레임 두께의 50% 이하 깊이로 형성되는 제1리세스부를 포함하고,
    상기 제2리드 프레임은 상기 제2리드 프레임의 상면으로부터 상기 제2리드 프레임 두께의 50% 이하 깊이로 형성되는 제2리세스부를 포함하며,
    상기 제1리세스부 및 상기 제2리세스부에는 상기 제1반사부재의 일부가 채워지는 발광 소자.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1리드 프레임과 상기 제2리드 프레임 사이에 간극부가 배치되고,
    상기 간극부는 상기 제1반사부재의 재질로 형성되는 발광 소자.

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