KR102107524B1 - 발광 소자 패키지 - Google Patents

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Abstract

실시 예의 발광 소자 패키지는, 활성층과, 활성층과 기판 사이에 배치된 제1 도전형 반도체층과, 활성층 아래에 배치된 제2 도전형 반도체층을 포함하는 발광 구조물과, 발광 구조물의 광 출사면 위의 기판과, 기판의 광 출사면 위에 배치되며, 기판의 두께 방향으로 변하는 굴절률을 갖는 적어도 하나의 제1 굴절률 구배층과, 서브 마운트와, 서브 마운트 위에 수평 방향으로 서로 이격되어 배치된 제1 및 제2 금속층과, 제1 및 제2 금속층 위에 각각 배치된 제1 및 제2 범프부와, 제1 및 제2 범프부와 제1 및 제2 도전형 반도체층 사이에 각각 배치된 제1 및 제2 전극 및 발광 구조물을 감싸는 몰딩 부재를 포함하고, 적어도 하나의 제1 굴절률 구배층은 몰딩 부재와 기판 사이에 배치된다.

Description

발광 소자 패키지{Light Emitting Device Package}
실시 예는 발광 소자 패키지에 관한 것이다.
발광 다이오드(LED:Light Emitting Diode)는 화합물 반도체의 특성을 이용하여 전기를 적외선 또는 빛으로 변환시켜서 신호를 주고 받거나, 광원으로 사용되는 반도체 소자의 일종이다.
Ⅲ-Ⅴ족 질화물 반도체(group Ⅲ-Ⅴ nitride semiconductor)는 물리적 및 화학적 특성으로 인해 발광 다이오드(LED) 또는 레이저 다이오드(LD:Laser Diode) 등 발광소자의 핵심 소재로 각광을 받고 있다.
이러한 발광 다이오드는 백열등과 형광등 등의 기존 조명기구에 사용되는 수은(Hg)과 같은 환경 유해물질이 포함되어 있지 않아 우수한 친환경성을 가지며, 긴 수명과 저전력 소비특성 등과 같은 장점이 있기 때문에 기존의 광원들을 대체하고 있다.
이러한 발광 다이오드의 광 추출 효율을 향상시키기 위한 각종 방법들이 연구 중에 있다.
실시 예는 개선된 광 추출 효율을 갖는 발광 소자 패키지를 제공한다.
실시 예의 발광 소자 패키지는 활성층을 포함하는 발광 구조물; 상기 발광 구조물의 광 출사면 위의 기판; 및 상기 기판의 광 출사면 위에 배치되며, 상기 기판의 두께 방향으로 변하는 굴절률을 갖는 적어도 하나의 제1 굴절률 구배층을 포함할 수 있다.
상기 발광 소자 패키지는 상기 발광 구조물의 광 출사면과 상기 기판 사이에 배치되며, 상기 기판의 두께 방향으로 변하는 굴절률을 갖는 적어도 하나의 제2 굴절률 구배층을 더 포함할 수 있다.
상기 발광 구조물은 상기 활성층과 상기 기판 사이에 배치된 제1 도전형 반도체층; 및 상기 활성층 아래에 배치된 제2 도전형 반도체층을 더 포함하고, 상기 발광 소자 패키지는 서브 마운트; 상기 서브 마운트 위에 수평 방향으로 서로 이격되어 배치된 제1 및 제2 금속층; 상기 제1 및 제2 금속층 위에 각각 배치된 제1 및 제2 범프부 상기 제1 및 제2 범프부와 상기 제1 및 제2 도전형 반도체층 사이에 각각 배치된 제1 및 제2 전극; 및 상기 발광 구조물을 감싸는 몰딩 부재를 포함하고, 상기 적어도 하나의 제1 굴절률 구배층은 상기 몰딩 부재와 상기 기판 사이에 배치될 수 있다.
상기 적어도 하나의 제1 굴절률 구배층과 상기 적어도 하나의 제2 굴절률 구배층의 구배 방향은 서로 다르거나 동일할 수 있다.
상기 적어도 하나의 제1 굴절률 구배층의 제1 두께는 1 ㎛ 내지 500 ㎛일 수 있다.
상기 적어도 하나의 제1 굴절률 구배층의 제1 두께는 상기 적어도 하나의 제2 굴절률 구배층의 제2 두께보다 두꺼울 수 있다.
상기 적어도 하나의 제1 굴절률 구배층의 제1 두께와 상기 적어도 하나의 제2 굴절률 구배층의 제2 두께는 동일할 수 있다.
상기 적어도 하나의 제1 또는 제2 굴절률 구배층 중 적어도 하나는 수직 기둥 단면 형상을 갖거나, 원호 단면 형상을 갖거나, 랜덤하게 돌출된 돌출부를 포함할 수 있다.
상기 적어도 하나의 제1 또는 제2 굴절률 구배층 중 적어도 하나는 TiOx (여기서, x > 0), SiOy (여기서, y > 0), AlN 또는 SiN 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 적어도 하나의 제1 또는 제2 굴절률 구배층 중 적어도 하나의 굴절률 구배는 상기 활성층에서 방출된 광이 상기 기판의 두께 방향으로 출사되도록 결정될 수 있다.
또는, 상기 적어도 하나의 제1 또는 제2 굴절률 구배층 중 적어도 하나의 굴절률 구배는 상기 활성층에서 방출된 광이 상기 기판의 두께 방향에 수직한 방향으로 출사되도록 결정될 수 있다.
실시 예에 의한 발광 소자 패키지는 제1 굴절률 구배층을 포함하거나 또는 제1 및 제2 굴절률 구배층을 모두 포함함으로써, 원하는 방향으로 광을 출사시킬 수 있으므로, 전반사와 흡수에 의한 광 손실을 줄여, 광 추출 효율을 개선시킬 수 있고,
제1 굴절률 구배층이 볼록 렌즈의 역할을 수행하도록 굴절률 변화를 갖는다면, 몰딩 부재를 볼록하게 형성할 필요성을 없앨 수 있고, 덜 볼록하게 형성할 수도 있고, 별도의 렌즈가 몰딩 부재의 상부에 배치될 필요성을 제거할 수도 있으며,
활성층에서 방출되는 빛이 심자외선 대역의 파장을 가질 경우, 몰딩 부재가 볼록하게 형성되는 데 한계를 갖지만, 제1 굴절률 구배층을 이용하여 몰딩 부재의 덜 볼록한 정도를 보상할 수 있어 광 추출이 개선되는 데 기여할 수도 있다.
도 1은 일 실시 예에 의한 발광 소자 패키지의 단면도를 나타낸다.
도 2는 제1 및 제2 굴절률 구배층 각각의 단면도를 나타낸다.
도 3a 및 도 3b는 제1 및 제2 굴절률 구배층 각각의 길이에 따른 굴절률 변화를 나타내는 그래프이다.
도 4a 내지 도 4d는 제1 굴절률 구배층, 기판 및 제2 굴절률 구배층 각각의 길이별 굴절률 변화를 나타내는 도면이다.
도 5a 내지 도 5c는 도 1에 도시된 'A' 부분의 실시 예의 부분 단면도를 나타낸다.
도 6a 내지 도 6c는 도 1에 도시된 'B' 부분의 실시 예의 부분 단면도를 나타낸다.
도 7a 내지 도 7c는 제1 또는 제2 굴절률 구배층의 사시도를 나타낸다.
도 8a 내지 도 8i는 도 1에 도시된 발광 소자 패키지의 실시 예에 의한 제조 방법을 설명하기 위한 공정 단면도이다.
도 9는 실시예에 의한 공기 살균 장치의 사시도를 나타낸다.
도 10은 실시 예에 따른 발광 소자 패키지를 포함하는 헤드 램프를 나타낸다.
도 11은 실시 예에 따른 발광 소자 칩 또는 발광 소자 패키지를 포함하는 조명 장치를 나타낸다.
이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시 예를 들어 설명하고, 발명에 대한 이해를 돕기 위해 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시 예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시 예들에 한정되는 것으로 해석되지 않아야 한다. 본 발명의 실시 예들은 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.
본 실시 예의 설명에 있어서, 각 구성요소(element)의 "상(위) 또는 하(아래)(on or under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상(위) 또는 하(아래)(on or under)는 두 개의 구성요소(element)가 서로 직접(directly)접촉되거나 하나 이상의 다른 구성요소(element)가 상기 두 구성요소(element) 사이에 배치되어(indirectly) 형성되는 것을 모두 포함한다.
또한 "상(위)" 또는 "하(아래)(on or under)"로 표현되는 경우 하나의 구성요소(element)를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.
또한, 이하에서 이용되는 "제1" 및 "제2," "상부" 및 "하부" 등과 같은 관계적 용어들은, 그런 실체 또는 요소들 간의 어떠한 물리적 또는 논리적 관계 또는 순서를 반드시 요구하거나 내포하지는 않으면서, 어느 한 실체 또는 요소를 다른 실체 또는 요소와 구별하기 위해서만 이용될 수도 있다.
도 1은 일 실시 예에 의한 발광 소자 패키지(100)의 단면도를 나타낸다.
실시 예에 의한 발광 소자는 패키지 몸체(110), 제1 절연층(120), 서브 마운트(submount)(130), 제2 절연층(132), 제1 및 제2 금속층(또는, 전극 패드)(134A, 134B), 제1 및 제2 와이어(wire)(136A, 136B), 제1 및 제2 범프부(138A, 138B), 기판(140), 버퍼층(142), 제1 및 제2 전극(144A, 144B), 발광 구조물(150), 제1 및 제2 굴절률 구배층(refractive index gradient layer)(160, 170) 및 몰딩 부재(180)를 포함한다.
이하, 기판(140), 버퍼층(142), 제1 및 제2 전극(144A, 144B), 발광 구조물(150), 제1 및 제2 굴절률 구배층(160, 170)을 '발광 소자'라 칭한다.
패키지 몸체(110)는 모듈 기판(미도시) 위에 배치될 수 있다. 모듈 기판은 일반 인쇄 회로 기판(PCB:Printed Circuit Board)뿐만 아니라, 메탈 코어 PCB(MCPCB, Metal Core PCB), 연성(flexible) PCB 등을 포함할 수도 있으며, 실시 예는 이에 한정되지 않는다.
패키지 몸체(110)는 캐비티(C:Cavity)를 형성하며, 전기적인 전도성뿐만 아니라 반사성을 갖는 물질로 이루어질 수 있다. 만일, 발광 구조물(150)의 활성층(154)에서 자외선 파장 대역의 광을 방출할 경우 방열 특성과 반사성을 향상시키기 위해, 패키지 몸체(110)는 알루미늄 재질로 구현될 수 있으나 이에 국한되지 않는다.
패키지 몸체(110)는 모듈 기판 위에 서로 전기적으로 이격되어 배치된 제1 및 제2 몸체부(110A, 110B)를 포함한다. 전술한 바와 같이, 제1 및 제2 몸체부(110A, 110B)가 전기적 전도성을 갖는 알루미늄 재질로 구현될 경우, 제1 절연층(120)이 제1 몸체부(110A)와 제2 몸체부(110B)를 전기적으로 서로 분리시키는 역할을 한다.
도 1에서 발광 소자는 캐비티(C) 내에서 제2 몸체부(110B) 위에 배치된 것으로 도시되어 있지만, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 즉, 발광 소자는 제2 몸체부(110B)가 아니라 제1 몸체부(110A) 위에 배치될 수도 있다.
도 1에 예시된 플립 본딩 방식의 구조를 갖는 발광 소자에서, 발광 구조물(150)은 버퍼층(142)의 하부에 배치되며, 제1 도전형 반도체층(152), 활성층(154) 및 제2 도전형 반도체층(156)을 포함한다.
제1 도전형 반도체층(152)은 기판(140)과 활성층(154) 사이에 배치되며, Ⅲ-Ⅴ족, Ⅱ-Ⅵ족 등의 화합물 반도체로 구현될 수 있으며, 제1 도전형 도펀트가 도핑될 수 있다. 예를 들어, 제1 도전형 반도체층(152)은 AlxInyGa(1-x-y)N (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질, InAlGaN, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP, AlGaInP 중 어느 하나 이상으로 형성될 수 있다. 제1 도전형 반도체층(152)이 n형 반도체층인 경우, 제1 도전형 도펀트는 Si, Ge, Sn, Se, Te 등과 같은 n형 도펀트를 포함할 수 있다. 제1 도전형 반도체층(152)은 단층 또는 다층으로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 특히, 도 1에 예시된 발광 소자가 자외선(UV) 특히, 심자외선(DUV) 파장 대역의 광을 방출할 경우, 제1 도전형 반도체층(152)은 GaN보다 자외선 파장 대역의 광의 흡수가 적은 InAlGaN 및 AlGaN 중 적어도 하나에 의해 구현될 수 있다.
활성층(154)은 제1 도전형 반도체층(152)과 제2 도전형 반도체층(156) 사이에 배치되며, 단일 우물 구조, 다중 우물 구조, 단일 양자 우물 구조, 다중 양자 우물(MQW:Multi Quantum Well) 구조, 양자점 구조 또는 양자선 구조 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 활성층(154)은 Ⅲ-Ⅴ족 원소의 화합물 반도체 재료를 이용하여 우물층과 장벽층, 예를 들면 InGaN/GaN, InGaN/InGaN, GaN/AlGaN, InAlGaN/GaN, GaAs(InGaAs),/AlGaAs, GaP(InGaP)/AlGaP 중 어느 하나 이상의 페어 구조로 형성될 수 있으나 이에 한정되지는 않는다. 우물층은 장벽층의 에너지 밴드 갭보다 작은 에너지 밴드 갭을 갖는 물질로 형성될 수 있다. 특히, 활성층(154)은 자외선 대역의 광을 방출한다.
제2 도전형 반도체층(156)은 활성층(154)의 아래에 배치될 수 있다. 제2 도전형 반도체층(156)은 Ⅲ-Ⅴ족, Ⅱ-Ⅵ족 등의 화합물 반도체로 구현될 수 있으며, 제2 도전형 도펀트가 도핑될 수 있다. 예컨대, 제2 도전형 반도체층(156)은 InxAlyGa1-x-yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질 또는 AlInN, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP, AlGaInP 중 어느 하나 이상으로 형성될 수 있다. 제2 도전형 반도체층(156)이 p형 반도체층인 경우, 제2 도전형 도펀트는 Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등과 같은 p형 도펀트일 수 있다. 특히, 도 1에 예시된 발광 소자가 자외선(UV)(특히, DUV) 파장 대역의 광을 방출할 경우, 제2 도전형 반도체층(156)이 GaN으로 형성될 경우, 자외선 파장 대역의 광이 GaN에 흡수되어 광 추출 효율이 감소될 수 있다. 그러므로, 제2 도전형 반도체층(156)은 InAlGaN 및 AlGaN 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또한, 제2 도전형 반도체층(156)이 InAlGaN이나 AlGaN만으로 형성될 경우 제2 전극(144B)을 통한 정공의 주입이 원활하지 않을 수 있으므로, GaN을 포함하는 이중층 구조로 이루어질 수도 있다.
기판(140)은 발광 구조물(150)의 광 출사면(150-1) 위에 배치된다. 활성층(154)에서 방출된 광이 기판(140)을 통해 출사될 수 있도록, 기판(140)은 투광성을 가질 수 있다. 예를 들어, 기판(140)은 사파이어(Al2O3), SiC, GaAs, GaN, ZnO, Si, GaP, InP, Ge 중 적어도 하나로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 또한, 기판(140)은 전체 질화물 반도체에 휨을 가져오지 않으면서, 스크라이빙(scribing) 공정 및 브레이킹(breaking) 공정을 통하여 별개의 칩으로 잘 분리시키기 위한 정도의 기계적 강도를 가질 수 있다.
버퍼층(142)은 기판(140)과 발광 구조물(150)의 사이에 배치되어 기판(140)과 발광 구조물(150) 사이의 격자 정합을 개선시키는 역할을 한다. 예를 들어, 버퍼층(142)은 AlN을 포함하거나 언도프드 질화물을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 버퍼층(142)은 기판(140)의 종류와 발광 구조물(150)의 종류에 따라 생략될 수도 있다.
다음으로, 제1 전극(144A)은 제1 도전형 반도체층(152) 하부에 배치된다. 즉, 제1 전극(144A)은 메사 식각(Mesa etching)에 의해 노출된 제1 도전형 반도체층(152)과 제1 범프부(138A) 사이에 배치된다. 제1 전극(144A)은 예를 들어 AlN 및 BN 중 적어도 하나를 포함할 수 있지만 이에 국한되지 않는다. 즉, 활성층(154)에서 방출된 광을 흡수하지 않고 반사시키거나 투과시킬 수 있고, 제1 도전형 반도체층(152) 상에 양질로 성장될 수 있는 어느 물질이든지 제1 전극(144A)을 형성할 수 있다.
또한, 제1 전극(144A)은 오믹 접촉하는 물질을 포함하여 오믹 역할을 수행하여 별도의 오믹층(미도시)이 배치될 필요가 없을 수도 있고, 별도의 오믹층이 제1 전극(144A)의 아래에 배치될 수도 있다.
제2 전극(144B)은 제2 도전형 반도체층(156)에 접하여 배치된다. 제2 전극(144B)은 제2 범프부(138B)와 제2 도전형 반도체층(156) 사이에 배치된다. 제2 전극(144B)은 금속으로 형성될 수 있으며, 예를 들어 Ag, Ni, Al, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au, Hf 및 이들의 선택적인 조합으로 이루어질 수 있다.
제2 전극(144B)은 투명 전도성 산화막(TCO:Tranparent Conductive Oxide)일 수도 있다. 예를 들어, 제2 전극(144B)은 전술한 금속 물질과 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/IrOx/Au, 및 Ni/IrOx/Au/ITO 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 이러한 재료로 한정하지는 않는다. 제2 전극(144B)은 제2 도전형 반도체층(156)과 오믹 접촉하는 물질을 포함할 수 있다.
또한, 제2 전극(144B)은 오믹 특성을 갖는 반사 전극 재료로 단층 또는 다층으로 형성될 수 있다. 만일, 제2 전극(144B)이 오믹 역할을 수행할 경우, 별도의 오믹층(미도시)은 형성되지 않을 수 있다.
계속해서, 도 1을 참조하면, 서브 마운트(130)는 예를 들어 AlN, BN, 탄화규소(SiC), GaN, GaAs, Si 등의 반도체 기판으로 이루어질 수 있으며, 이에 국한되지 않고 열전도도가 우수한 반도체 물질로 이루어질 수도 있다. 또한, 서브 마운트(130) 내에 제너 다이오드 형태의 정전기(ESD:Electro Static Discharge) 방지를 위한 소자가 포함될 수도 있다.
제1 및 제2 금속층(134A, 134B)은 서브 마운트(130) 위에 수평 방향으로 서로 이격되어 배치된다. 제1 및 제2 범프부(138A, 138B)는 제1 및 제2 금속층(134A, 134B) 위에 각각 배치된다.
제1 전극(144A)은 제1 범프부(138A)를 통해 서브 마운트(130)의 제1 금속층(134A)에 연결되며, 제2 전극(144B)은 제2 범프부(138B)를 통해 서브 마운트(130)의 제2 금속층(134B)에 연결된다. 제1 및 제2 와이어(136A, 136B)는 패키지 몸체(110)와 발광 소자를 전기적으로 연결하는 역할을 한다. 즉, 제1 금속층(134A)은 제1 와이어(136A)를 통해 제1 몸체부(110A)와 전기적으로 연결되고, 제2 금속층(134B)은 제2 와이어(136B)를 통해 제2 몸체부(110B)와 전기적으로 연결된다.
비록 도시되지는 않았지만, 제1 전극(144A)과 제1 범프부(138A) 사이에 제1 상부 범프 금속층(미도시)이 더 배치되고, 제1 금속층(134A)과 제1 범프부(138A) 사이에 제1 하부 범프 금속층(미도시)이 더 배치될 수도 있다. 여기서, 제1 상부 범프 금속층과 제1 하부 범프 금속층은 제1 범프부(138A)가 위치할 자리를 표시하는 역할을 수행한다. 이와 비슷하게 제2 전극(144B)과 제2 범프(138B) 사이에 제2 상부 범프 금속층(미도시)이 더 배치되고, 제2 금속층(134B)와 제2 범프부(138B) 사이에 제2 하부 범프 금속층(미도시)이 더 배치될 수도 있다. 여기서, 제2 상부 범프 금속층과 제2 하부 범프 금속층은 제2 범프부(138B)가 위치할 자리를 표시하는 역할을 수행한다.
만일, 서브 마운트(130)가 Si과 같이 전기적 전도성을 갖는 물질로 구현된 경우, 제1 및 제2 금속층(134A, 134B)과 서브 마운트(130) 사이에 제2 절연층(132)이 더 배치될 수도 있다. 여기서, 제2 절연층(132)은 절연 물질로 이루어질 수 있다.
도 1에 예시된 발광 소자가 플립 본딩 방식의 구조를 갖기 때문에, 활성층(154)에서 방출된 광은 제1 도전형 반도체층(152)과 버퍼층(142)과 기판(140)을 통해 출사된다. 따라서, 제1 도전형 반도체층(152), 버퍼층(142) 및 기판(140)은 투광성을 갖는 물질로 이루어질 수 있다.
몰딩 부재(180)는 제1 및 제2 몸체부(110A, 110B)에 의해 형성된 캐비티(C)에 채워져 발광 소자를 감싸며 배치될 수 있다. 이때, 몰딩 부재(180)는 형광체를 포함하여, 발광 소자에서 방출된 광의 파장을 변화시킬 수 있다.
도 1에 예시된 단면도는 실시 예의 이해를 돕기 위한 일 례에 불과하며, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 즉, 다른 실시예에 의하면, 캐비티(C)가 형성되지 않고 몰딩 부재(180)는 평평한 패키지 몸체(110)의 상부면에 배치될 수도 있다.
전술한 발광 소자는 캐비티(C)의 바닥면에 마운팅되며, 자외선 파장 대역의 광을 방출할 수 있다.
한편, 전술한 도 1에 도시된 발광 소자 패키지(100)는 적어도 하나의 제1 굴절률 구배층(160)을 포함할 수 있다. 적어도 하나의 제1 굴절률 구배층(160)은 기판(140)의 광 출사면(140-1) 위에 배치되며, 기판(140)의 두께 방향인 Z축 방향으로 변하는 굴절률을 갖는다. 적어도 하나의 제1 굴절률 구배층(160)은 몰딩 부재(180)와 기판(140 사이에 배치된다.
또한, 발광 소자 패키지(100)는 적어도 하나의 제2 굴절률 구배층(170)을 더 포함할 수도 있다. 만일, 버퍼층(142)이 생략될 경우, 적어도 하나의 제2 굴절률 구배층(170)은 발광 구조물(150)의 광 출사면(150-1)과 기판(140) 사이에 배치되며, 기판(140)의 두께 방향인 Z축 방향으로 변하는 굴절률을 갖는다. 경우에 따라 적어도 하나의 제2 굴절률 구배층(170)은 생략될 수도 있다.
적어도 하나의 제1 및 제2 굴절률 구배층(160, 170) 각각은 자신(160, 170)의 길이 방향으로 굴절률이 점진적으로 선형 또는 계단식으로 변하는 구조를 갖는다.
도 2는 제1 및 제2 굴절률 구배층(160, 170) 각각의 단면도를 나타낸다.
빛이 굴절하는 경우, 빛의 경로와 굴절률은 다음 수학식 1과 같은 관계를 갖는다.
Figure 112014011063606-pat00001
여기서, r은 광선의 방향을 나타내는 위치 벡터이고, s는 광선의 미세 길이를 나타내고, n은 제1 및 제2 굴절률 구배층(160, 170) 각각의 굴절률을 나타낸다. 도 2에서 제1 및 제2 굴절률 구배층(160, 170) 각각의 가장 짧은 초점 길이(f)는 그(160, 170)의 길이(Zi)에 의해 결정된다.
전술한 수학식 1과 같이 제1 및 제2 굴절률 구배층(160, 170) 각각의 굴절률(n)이 점진적으로 변하는 구조를 적절히 이용하면, 제1 및 제2 굴절률 구배층(160, 170) 각각이 평면으로 구성된 경우에도 렌즈의 효과를 얻을 수 있다.
도 3a 및 도 3b는 제1 및 제2 굴절률 구배층(160, 170) 각각의 길이에 따른 굴절률 변화를 나타내는 그래프이다.
도 3a를 참조하면, 제1 및 제2 굴절률 구배층(160, 170) 각각의 길이 방향인 +Z축 방향으로 갈수록 굴절률이 증가할 경우, 제1 및 제2 굴절률 구배층(160, 170) 각각은 오목 렌즈(202)처럼 입사광을 굴절시킬 수 있다.
또한, 도 3b를 참조하면, 제1 및 제2 굴절률 구배층(160, 170) 각각의 길이 방향인 +Z축 방향으로 갈수록 굴절률이 감소할 경우, 제1 및 제2 굴절률 구배층(160, 170) 각각은 볼록 렌즈(204)처럼 입사광을 굴절시킬 수 있다.
전술한 제1 및 제2 굴절률 구배층(160, 170) 각각은 일종의 그린(GRIN:GRadient INdex) 렌즈(lens)에 해당할 수 있다.
도 4a 내지 도 4d는 제1 굴절률 구배층(160), 기판(140) 및 제2 굴절률 구배층(170) 각각의 길이별 굴절률(n) 변화를 나타내는 도면이다.
일 실시 예에 의하면, 적어도 하나의 제1 굴절률 구배층(160)과 적어도 하나의 제2 굴절률 구배층(170)의 구배 방향은 서로 동일할 수 있다. 예를 들어, 도 4b에 예시된 바와 같이, 적어도 하나의 제1 및 제2 굴절률 구배층(160, 170) 각각의 굴절률(n)은 동일한 변화를 보일 수 있다.
다른 실시 예에 의하면, 적어도 하나의 제1 굴절률 구배층(160)과 적어도 하나의 제2 굴절률 구배층(170)의 구배 방향은 서로 다를 수 있다.
예를 들어, 도 4a 및 도 4d를 참조하면, 제2 굴절률 구배층(170)의 굴절률(n)은 +Z축 방향 즉, 길이가 증가하는 방향으로 갈수록 감소하는 반면, 제1 굴절률 구배층(160)의 굴절률(n)은 +Z축 방향 즉, 길이가 증가하는 방향으로 갈수록 증가할 수 있다. 이때, 도 4a에 예시된 바와 같이 제2 굴절률 구배층(170)의 굴절률(n)의 변화량은 제1 굴절률 구배층(160)의 굴절률(n)의 변화량보다 작을 수 있고, 도 4d에 예시된 바와 같이 제2 굴절률 구배층(170)의 굴절률(n)의 변화량과 제1 굴절률 구배층(160)의 굴절률(n)의 변화량은 동일할 수 있다.
또는, 도 4c를 참조하면, 제2 굴절률 구배층(170)의 굴절률(n)은 +Z축 방향 즉, 길이가 증가하는 방향으로 갈수록 증가하는 반면, 제1 굴절률 구배층(160)의 굴절률(n)은 +Z축 방향 즉, 길이가 증가하는 방향으로 갈수록 감소할 수 있다.
적어도 하나의 제1 또는 제2 굴절률 구배층(160, 170) 중 적어도 하나의 굴절률 구배는, 활성층(154)에서 방출된 광이 기판(140)의 두께 방향인 +Z축 방향으로 출사되도록 결정될 수 있다. 이 경우, 발광 소자 패키지(100)는 상부로 빛을 출사시키는 상부 발광형이다.
또는, 적어도 하나의 제1 또는 제2 굴절률 구배층(160, 170) 중 적어도 하나의 굴절률 구배는, 활성층(154)에서 방출된 광이 기판(140)의 두께 방향인 +Z축 방향에 수직한 방향인 ±X축 방향으로 출사되도록 결정될 수 있다. 이 경우, 발광 소자 패키지(100)는 측부로 빛을 출사시키는 측부 발광형이다.
또한, 적어도 하나의 제1 굴절률 구배층(160)의 제1 두께(t1)가 1 ㎛보다 작다면, 제1 굴절률 구배층(160)은 빛을 굴절시키기 어려울 수 있다. 따라서, 제1 굴절률 구배층(160)의 제1 두께(t1)는 1 ㎛ 내지 500 ㎛일 수 있다.
또한, 적어도 하나의 제1 굴절률 구배층(160)의 제1 두께(t1)는 적어도 하나의 제2 굴절률 구배층(170)의 제2 두께(t2)보다 두꺼울 수 있다. 왜냐하면, 에피 성장의 한계상 제2 굴절률 구배층(170)을 제1 굴절률 구배층(160)보다 두껍게 형성하기 어렵기 때문이다.
또는, 적어도 하나의 제1 굴절률 구배층(160)의 제1 두께(t1)와 적어도 하나의 제2 굴절률 구배층(170)의 제2 두께(t2)는 동일할 수도 있다.
또한, 적어도 하나의 제1 또는 제2 굴절률 구배층(160, 170) 중 적어도 하나는 TiOx, SiOy, AlN 또는 SiN 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 여기서, x > 0이고, y > 0일 수 있다. 또한, 제1 및 제2 굴절률 구배층(160, 170) 각각이 다층으로 형성될 경우, 제1 및 제2 굴절률 구배층(160, 170) 각각은 Ⅴ족 - Ⅵ족 또는 Ⅱ족 - Ⅲ족 원소에 속하는 물질을 포함할 수 있다.
도 5a 내지 도 5c는 도 1에 도시된 'A' 부분의 실시 예(A1, A2, A3)의 부분 단면도를 나타낸다.
도 6a 내지 도 6c는 도 1에 도시된 'B' 부분의 실시 예(B1, B2, B3)의 부분단면도를 나타낸다.
일 실시 예에 의하면, 적어도 하나의 제1 또는 제2 굴절률 구배층(160, 170) 중 적어도 하나는 수직 기둥(pillar) 단면 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 도 5a 및 도 6a를 참조하면, 제1 및 제2 굴절률 구배층(160A, 170A) 각각은 수직 기둥 단면 형상을 갖는다.
다른 실시 예에 의하면, 적어도 하나의 제1 또는 제2 굴절률 구배층(160, 170) 중 적어도 하나는 원호 단면 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 도 5b 및 도 6b를 참조하면, 제1 및 제2 굴절률 구배층(160B, 170B) 각각은 원호 단면 형상을 갖는다.
또 다른 실시 예에 의하면, 적어도 하나의 제1 또는 제2 굴절률 구배층(160, 170) 중 적어도 하나는 랜덤하게 돌출된 돌출부를 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 5c 및 도 6c를 참조하면, 제1 및 제2 굴절률 구배층(160, 170) 각각은 랜덤하게 돌출된 돌출부(160C, 170C)를 포함할 수 있다.
도 7a 내지 도 7c는 제1 또는 제2 굴절률 구배층(160, 170)의 사시도를 나타낸다. 여기서, 버퍼층(142)은 생략되었다.
도 7a는 제1 및 제2 굴절률 구배층(160A, 170A)이 도 5a 및 도 6a에 도시된 바와 같이 수직 기둥 단면 형상을 가질 때의 사시도를 나타낸다. 도 7b는 제1 및 제2 굴절률 구배층(160B, 170B)이 도 5b 및 도 6b에 도시된 바와 같이 원호 단면 형상을 가질 때의 사시도를 나타낸다. 도 7c는 제1 및 제2 굴절률 구배층(160C, 170C)이 도 5c 및 도 6c에 도시된 바와 같이 랜덤하게 돌출된 돌출부를 가질 때의 사시도를 나타낸다.
이하, 도 1에 도시된 발광 소자 패키지(100)가 제1 및 제2 굴절률 구배층(160, 170)을 모두 포함할 경우, 발광 소자 패키지(100)의 제조 방법을 첨부된 도면을 참조하여 다음과 같이 설명한다. 이때, 몸체부(110), 제1 절연층(120), 몰딩부재(180)는 설명의 편의상 생략되었으나, 통상의 방법으로 제조될 수 있음은 물론이다. 그리고, 도 1에 도시된 발광 소자 패키지(100)는 이하에서 설명되는 제조 방법에 국한되지 않고 다양한 다른 방법에 의해서도 제조될 수 있음은 물론이다.
도 8a 내지 도 8i는 도 1에 도시된 발광 소자 패키지(100)의 실시 예에 의한 제조 방법을 설명하기 위한 공정 단면도이다.
도 8a를 참조하면, 기판(140) 상에 제2 굴절률 구배층(170)을 형성한다. 기판(140)은 사파이어(Al2O3), SiC, GaAs, GaN, ZnO, Si, GaP, InP, Ge 중 적어도 하나로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 특히, 기판(140)은 투광성을 갖는 물질로 형성될 수 있다.
제2 굴절률 구배층(170)은 TiOx, SiOy, AlN 또는 SiN 중 적어도 하나를 이용하여 형성될 수 있다. 제2 굴절률 구배층(170)이 형성될 때, 챔버(미도시)의 내부에 예를 들어, SiH4, N2O, NH3등과 같은 소스 가스가 주입될 수 있다.
이후, 도 8b를 참조하면, 제2 굴절률 구배층(170) 위에 버퍼층(142)을 형성한다. 버퍼층(142)은 AlN으로 형성되거나 언도프된 질화물로 형성될 수 있고, 투광성을 갖는 물질로 형성될 수 있지만, 실시 예는 이러한 버퍼층(142)의 물질에 국한되지 않는다. 기판(140)의 종류와 후속하여 형성되는 발광 구조물(150)의 종류에 따라 버퍼층(142)의 형성은 생략될 수도 있다.
이후, 도 8c를 참조하면, 버퍼층(142) 상에 제1 도전형 반도체층(152), 활성층(154) 및 제2 도전형 반도체층(156)을 순차적으로 형성한다.
제1 도전형 반도체층(152)은 Ⅲ-Ⅴ족, Ⅱ-Ⅵ족 등의 화합물 반도체로 형성될 수 있으며, 제1 도전형 도펀트가 도핑될 수 있다. 예를 들어, 제1 도전형 반도체층(152)은 AlxInyGa(1-x-y)N (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질, InAlGaN, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP, AlGaInP 중 어느 하나 이상으로 형성될 수 있다. 제1 도전형 반도체층(152)이 n형 반도체층인 경우, 제1 도전형 도펀트는 Si, Ge, Sn, Se, Te 등과 같은 n형 도펀트를 포함할 수 있다. 제1 도전형 반도체층(152)은 단층 또는 다층으로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 특히, 도 1에 예시된 발광 소자가 자외선(UV) 특히, 심자외선(DUV) 파장 대역의 광을 방출할 경우, 제1 도전형 반도체층(152)은 GaN보다 자외선 파장 대역의 광의 흡수가 적은 InAlGaN 및 AlGaN 중 적어도 하나에 의해 형성될 수 있다.
활성층(154)은 단일 우물 구조, 다중 우물 구조, 단일 양자 우물 구조, 다중 양자 우물(MQW) 구조, 양자점 구조 또는 양자선 구조 중 어느 하나의 구조로 형성될 수 있다. 활성층(154)은 Ⅲ-Ⅴ족 원소의 화합물 반도체 재료를 이용하여 우물층과 장벽층, 예를 들면 InGaN/GaN, InGaN/InGaN, GaN/AlGaN, InAlGaN/GaN, GaAs(InGaAs),/AlGaAs, GaP(InGaP)/AlGaP 중 어느 하나 이상의 페어 구조로 형성될 수 있으나 이에 한정되지는 않는다. 우물층은 장벽층의 에너지 밴드 갭보다 작은 에너지 밴드 갭을 갖는 물질로 형성될 수 있다. 특히, 활성층(154)은 자외선 대역의 광을 방출할 수 있다.
제2 도전형 반도체층(156)은 Ⅲ-Ⅴ족, Ⅱ-Ⅵ족 등의 화합물 반도체로 형성될수 있으며, 제2 도전형 도펀트가 도핑될 수 있다. 예컨대, 제2 도전형 반도체층(156)은 InxAlyGa1-x-yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질 또는 AlInN, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP, AlGaInP 중 어느 하나 이상으로 형성될 수 있다. 제2 도전형 반도체층(156)이 p형 반도체층인 경우, 제2 도전형 도펀트는 Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등과 같은 p형 도펀트일 수 있다. 특히, 도 1에 예시된 발광 소자가 자외선(UV)(특히, DUV) 파장 대역의 광을 방출할 경우, 제2 도전형 반도체층(156)이 GaN으로 형성될 경우, 자외선 파장 대역의 광이 GaN에 흡수되어 광 추출 효율이 감소될 수 있다. 그러므로, 제2 도전형 반도체층(156)은 InAlGaN 및 AlGaN 중 적어도 하나에 의해 형성될 수 있다. 또한, 제2 도전형 반도체층(156)이 InAlGaN이나 AlGaN만으로 형성될 경우 제2 전극(144B)을 통한 정공의 주입이 원활하지 않을 수 있으므로, GaN을 포함하는 이중층 구조로 형성될 수도 있다.
전술한, 제1 도전형 반도체층(152), 활성층(154) 및 제2 도전형 반도체층(156)은 예를 들어, 유기금속 화학 증착법(MOCVD:Metal Organic Chemical Vapor Deposition), 화학 증착법(CVD:Chemical Vapor Deposition), 플라즈마 화학 증착법(PECVD:Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition), 분자선 성장법(MBE:Molecular Beam Epitaxy), 수소화물 기상 성장법(HVPE:Hydride Vapor Phase Epitaxy) 등의 방법을 이용하여 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
이후, 도 8d를 참조하면, 제2 도전형 반도체층(156), 활성층(154), 제2 도전형 반도체층(152)을 메사 식각(Mesa etching)하여, 제1 도전형 반도체층(152)을 노출시킨다.
이후, 도 8e를 참조하면, 노출된 제1 도전형 반도체층(152)의 상부와 제2 도전형 반도체층(156)의 상부에 제1 및 제2 전극(144A, 144B)을 각각 형성한다.
이후, 도 8f를 참조하면, 지지부(220)를 제1 및 제2 전극(144A, 144B)과 발광 구조물(150) 위에 형성한 후 뒤집는다. 지지부(220)는 예를 들어 유리판(glass plate) 등에 의해 형성될 수 있다. 이와 같이 지지부(220)를 형성하는 이유는 후술되는 바와 같이 기판(140) 위에 제1 굴절률 구배층(160)을 형성할 때 도 8e에 도시된 결과물을 지지하기 위해서이다.
이후, 도 8g를 참조하면, 기판(140) 위에 제1 굴절률 구배층(160)을 형성한다. 제1 굴절률 구배층(160)은 제2 굴절률 구배층(170)과 동일한 방법으로 형성할 수 있다. 즉, 제1 굴절률 구배층(160)은 TiOx, SiOy, AlN 또는 SiN 중 적어도 하나를 이용하여 형성될 수 있다. 제1 굴절률 구배층(160)이 형성될 때, 챔버(미도시)의 내부에 예를 들어, SiH4, N2O, NH3등과 같은 소스 가스가 주입될 수 있다.
이후, 도 8h를 참조하면, 도 8g에 도시된 결과물을 뒤집은 후, 지지부(220)를 제거한다.
도 8i를 참조하면, 도 8a 내지 도 8h에 도시된 공정이 진행되는 동안 별개의 공정으로 서브 마운트(130) 상에 제1 및 제2 금속층(134A, 134B)을 형성한다. 만일, 서브 마운트(130)가 Si로 이루어질 경우, 제1 및 제2 금속층(134A, 134B)을 형성하기 이전에 서브 마운트(130)의 상부에 제2 절연층(132)을 더 형성할 수도 있다. 이 경우 제2 절연층(132)을 형성한 후에, 제2 절연층(132)의 상부에 제1 및 제2 금속층(134A, 134B)이 형성된다.
한편, 도 8h에 도시된 결과물에 대해 랩핑(lapping) 및 폴리싱(polishing) 공정을 수행한다. 이후, 기판(140)이 탑 측으로 배치되도록 회전시킨 후 도 8i에 도시된 결과물과 결합시킨다. 이때, 도 1에 도시된 바와 같이 제1 범프부(138A)에 의해 제1 전극(144A)과 제1 금속층(134A)을 결합시키고, 제2 범프부(138B)에 의해 제2 전극(144B)과 제2 금속층(134B)을 결합시킨다.
전술한 실시 예에 의한 발광 소자 패키지(100)는 제1 굴절률 구배층(160)을 포함하거나 또는 제1 및 제2 굴절률 구배층(160, 170)을 모두 포함함으로써, 원하는 방향으로 광을 출사시킬 수 있으므로, 전반사와 흡수에 의한 광 손실을 줄여, 광 추출 효율을 개선시킬 수 있다.
또한, 제1 굴절률 구배층(160)이 도 3b에 예시된 바와 같이 볼록 렌즈(204)의 역할을 수행하도록 굴절률 변화를 갖는다면, 몰딩 부재(180)를 볼록하게 형성할 필요성을 없앨 수 있고, 덜 볼록하게 형성할 수도 있고, 별도의 렌즈가 몰딩 부재(180)의 상부에 배치될 필요성을 제거할 수도 있다. 활성층(154)에서 방출되는 빛이 심자외선 대역의 파장을 가질 경우, 몰딩 부재(180)가 볼록하게 형성되는 데 한계를 갖는다. 이 경우에, 제1 굴절률 구배층(160)은 몰딩 부재(180)의 덜 볼록한 정도를 보상하여, 광 추출이 개선되는 데 기여할 수도 있다.
다른 실시 예에 따른 발광 소자 패키지는 복수 개가 기판 상에 어레이되며, 발광 소자 패키지에서 방출되는 광의 경로 상에 광학 부재인 도광판, 프리즘 시트, 확산 시트, 형광 시트 등이 배치될 수 있다. 이러한 발광 소자 패키지, 기판, 광학 부재는 각종 살균 장치에 이용되거나 백라이트 유닛으로 기능하거나 조명 유닛으로 기능할 수 있으며, 예를 들어, 조명 시스템은 백라이트 유닛, 조명 유닛, 지시 장치, 램프, 가로등을 포함할 수 있다.
도 9는 실시예에 의한 공기 살균 장치(500)의 사시도를 나타낸다.
도 9를 참조하면, 공기 살균 장치(500)는, 케이싱(501)의 일면에 실장된 발광 모듈부(510)와, 방출된 심자외선 파장 대역의 광을 난반사시키는 난반사 반사 부재(530a, 530b)와, 발광 모듈부(510)에서 필요한 가용전력을 공급하는 전원 공급부(520)를 포함한다.
먼저 케이싱(501)은 장방형 구조로 이루어지며 발광 모듈부(510)와 난반사 반사부재(530a, 530b) 및 전원 공급부(520)를 모두 내장하는 일체형 즉 콤팩트한 구조로 형성될 수 있다. 또한, 케이싱(501)은 공기 살균 장치(500) 내부에서 발생된 열을 외부로 방출시키기에 효과적인 재질 및 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 케이싱(501)의 재질은 Al, Cu 및 이들의 합금 중 어느 하나의 재질로 이루어 질 수 있다. 따라서, 케이싱(501)의 외기와의 열전달 효율이 향상되어, 방열 특성이 개선될 수 있다.
또는, 케이싱(501)은 특유한 외부 표면 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 케이싱(501)은 예를 들어 코러게이션(corrugation) 또는 메쉬(mesh) 또는 불특정 요철 무늬 형상으로 돌출 형성되는 외부 표면 형상을 가질 수 있다. 따라서, 케이싱(501)의 외기와의 열전달 효율이 더욱 향상되어 방열 특성이 개선될 수 있다.
한편, 이러한 케이싱(501)의 양단에는 부착판(550)이 더 배치될 수 있다. 부착판(550)은 도 9에 예시된 바와 같이 케이싱(501)을 전체 설비 장치에 구속시켜 고정하는데 사용되는 브라켓 기능의 부재를 의미한다. 이러한 부착판(550)은 케이싱(501)의 양단에서 일측 방향으로 돌출 형성될 수 있다. 여기서, 일측 방향은 심자외선이 방출되고 난반사가 일어나는 케이싱(501)의 내측 방향일 수 있다.
따라서, 케이싱(501)으로부터 양단 상에 구비된 부착판(550)은 전체 설비 장치와의 고정 영역을 제공하여, 케이싱(501)이 보다 효과적으로 고정 설치될 수 있도록 한다.
부착판(550)은 나사 체결 수단, 리벳 체결 수단, 접착 수단 및 탈착 수단 중 어느 하나의 형태를 가질 수 있으며, 이들 다양한 결합 수단의 방식은 당업자의 수준에서 자명하므로, 여기서 상세한 설명은 생략하기로 한다.
한편, 발광 모듈부(510)는 전술한 케이싱(501)의 일면 상에 실장 되는 형태로 배치된다. 발광 모듈부(510)는 공기 중의 미생물을 살균 처리하도록 심자외선을 방출하는 역할을 한다. 이를 위해, 발광 모듈부(510)는 모듈 기판(512)과, 모듈 기판(512)에 탑재된 다수의 발광 소자 패키지(100)를 포함한다. 여기서, 발광 소자 패키지(100)는 도 1에 예시된 발광 소자 패키지에 해당한다.
모듈 기판(512)은 케이싱(501)의 내면을 따라 단일 열로 배치되어 있으며, 회로 패턴(미도시)을 포함하는 PCB일 수 있으며, 일반 PCB 뿐 아니라, 메탈 코어 PCB(MCPCB, Metal Core PCB), 연성(flexible) PCB 등을 포함할 수도 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
다음으로, 난반사 반사부재(530a, 530b)는 전술한 발광 모듈부(510)에서 방출된 자외선을 강제로 난반사시키도록 형성되는 반사판 형태의 부재를 의미한다. 이러한 난반사 반사부재(530a, 530b)의 전면 형상 및 배치 형상은 다양한 형상을 가질 수 있다. 난반사 반사부재(530a, 530b)의 면상 구조(예: 곡률반경 등)를 조금씩 변경하여 설계함에 따라, 난반사된 심자외선이 중첩되게 조사되어 조사 강도가 강해지거나, 또는 조사 영역되는 영역의 폭이 확장될 수 있다.
전원 공급부(520)는 전원을 도입 받아 전술된 발광 모듈부(510)에서 필요한 가용전력을 공급하는 역할을 한다. 이러한 전원 공급부(520)는 전술한 케이싱(501) 내에 배치될 수 있다. 도 9에 예시된 바와 같이, 전원 공급부(520)는 난반사 반사부재(530a, 530b)와 발광 모듈부(510) 사이의 이격 공간의 내벽 쪽에 배치될 수 있다. 외부 전원을 전원 공급부(520) 측으로 도입시키기 위해 상호 간을 전기적으로 연결하는 전원 연결부(540)가 더 배치될 수 있다.
도 9에 예시된 바와 같이, 전원 연결부(540)의 형태는 면상일 수 있으나, 외부의 전원 케이블(미도시)이 전기적으로 접속될 수 있는 소켓 또는 케이블 슬롯의 형태를 가질 수 있다. 그리고 전원 케이블은 플렉시블한 연장 구조를 가져, 외부 전원과의 연결이 용이한 형태로 이루어질 수 있다.
도 10은 실시 예에 따른 발광 소자 패키지를 포함하는 헤드 램프(head lamp, 900)를 나타낸다.
도 10을 참조하면, 헤드 램프(900)는 발광 모듈(901), 리플렉터(reflector, 902), 쉐이드(903) 및 렌즈(904)를 포함한다.
발광 모듈(901)은 모듈 기판(미도시) 상에 배치되는 복수의 발광 소자 패키지들(미도시)을 포함할 수 있다. 이때, 발광 소자 패키지는 도 1에 도시된 발광 소자 패키지(100)에 해당할 수 있다.
리플렉터(902)는 발광 모듈(901)로부터 조사되는 빛(911)을 일정 방향, 예컨대, 전방(912)으로 반사시킨다.
쉐이드(903)는 리플렉터(902)와 렌즈(904) 사이에 배치되며, 리플렉터(902)에 의하여 반사되어 렌즈(904)로 향하는 빛의 일부분을 차단 또는 반사하여 설계자가 원하는 배광 패턴을 이루도록 하는 부재로서, 쉐이드(903)의 일측부(903-1)와 타측부(903-2)는 서로 높이가 다를 수 있다.
발광 모듈(901)로부터 조사되는 빛은 리플렉터(902) 및 쉐이드(903)에서 반사된 후 렌즈(904)를 투과하여 차체 전방을 향할 수 있다. 렌즈(904)는 리플렉터(902)에 의하여 반사된 빛을 전방으로 굴절시킬 수 있다.
도 11은 실시 예에 따른 발광 소자 칩 또는 발광 소자 패키지를 포함하는 조명 장치(1000)를 나타낸다.
도 11을 참조하면, 조명 장치(1000)는 커버(1100), 광원 모듈(1200), 방열체(1400), 전원 제공부(1600), 내부 케이스(1700) 및 소켓(1800)을 포함할 수 있다. 또한, 실시 예에 따른 조명 장치(1000)는 부재(1300)와 홀더(1500) 중 어느 하나 이상을 더 포함할 수 있다.
광원 모듈(1200)은 도 1에 예시된 발광 소자 패키지를 포함할 수 있다.
커버(1100)는 벌브(bulb) 또는 반구의 형상일 수 있으며, 속이 비어 있고, 일 부분이 개구된 형상일 수 있다. 커버(1100)는 광원 모듈(1200)과 광학적으로 결합될 수 있다. 예를 들어, 커버(1100)는 광원 모듈(1200)로부터 제공되는 빛을 확산, 산란 또는 여기시킬 수 있다. 커버(1100)는 일종의 광학 부재일 수 있다. 커버(1100)는 방열체(1400)와 결합될 수 있다. 커버(1100)는 방열체(1400)와 결합하는 결합부를 가질 수 있다.
커버(1100)의 내면에는 유백색 도료가 코팅될 수 있다. 유백색의 도료는 빛을 확산시키는 확산재를 포함할 수 있다. 커버(1100)의 내면의 표면 거칠기는 커버(1100)의 외면의 표면 거칠기보다 크게 형성될 수 있다. 이는 광원 모듈(1200)로부터의 빛이 충분히 산란 및 확산되어 외부로 방출시키기 위함이다.
커버(1100)의 재질은 유리(glass), 플라스틱, 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 폴리카보네이트(PC) 등일 수 있다. 여기서, 폴리카보네이트는 내광성, 내열성, 강도가 뛰어나다. 커버(1100)는 외부에서 광원 모듈(1200)이 보이도록 투명할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니고 불투명할 수 있다. 커버(1100)는 블로우(blow) 성형을 통해 형성될 수 있다.
광원 모듈(1200)은 방열체(1400)의 일 면에 배치될 수 있으며, 광원 모듈(1200)로부터 발생한 열은 방열체(1400)로 전도될 수 있다. 광원 모듈(1200)은 광원부(1210), 연결 플레이트(1230) 및 커넥터(1250)를 포함할 수 있다.
부재(1300)는 방열체(1400)의 상면 위에 배치될 수 있고, 복수의 광원부(1210)와 커넥터(1250)가 삽입되는 가이드홈(1310)을 갖는다. 가이드홈(1310)은 광원부(1210)의 기판 및 커넥터(1250)와 대응 또는 정렬될 수 있다.
부재(1300)의 표면은 광 반사 물질로 도포 또는 코팅된 것일 수 있다.
예를 들면, 부재(1300)의 표면은 백색의 도료로 도포 또는 코팅된 것일 수 있다. 이러한 부재(1300)는 커버(1100)의 내면에 반사되어 광원 모듈(1200)을 향하여 되돌아오는 빛을 다시 커버(1100) 방향으로 반사할 수 있다. 따라서, 실시 예에 따른 조명 장치의 광 효율을 향상시킬 수 있다.
부재(1300)는 예로서 절연 물질로 이루어질 수 있다. 광원 모듈(1200)의 연결 플레이트(1230)는 전기 전도성의 물질을 포함할 수 있다. 따라서, 방열체(1400)와 연결 플레이트(1230) 사이에 전기적인 접촉이 이루어질 수 있다. 부재(1300)는 절연 물질로 구성되어 연결 플레이트(1230)와 방열체(1400)의 전기적 단락을 차단할 수 있다. 방열체(1400)는 광원 모듈(1200)로부터의 열과 전원 제공부(1600)로부터의 열을 전달받아 방열할 수 있다.
홀더(1500)는 내부 케이스(1700)의 절연부(1710)의 수납홈(1719)을 막는다. 따라서, 내부 케이스(1700)의 절연부(1710)에 수납되는 전원 제공부(1600)는 밀폐될 수 있다. 홀더(1500)는 가이드 돌출부(1510)를 가질 수 있으며, 가이드 돌출부(1510)는 전원 제공부(1600)의 돌출부(1610)가 관통하는 홀을 가질 수 있다.
전원 제공부(1600)는 외부로부터 제공받은 전기적 신호를 처리 또는 변환하여 광원 모듈(1200)로 제공한다. 전원 제공부(1600)는 내부 케이스(1700)의 수납홈(1719)에 수납될 수 있고, 홀더(1500)에 의해 내부 케이스(1700)의 내부에 밀폐될 수 있다. 전원 제공부(1600)는 돌출부(1610), 가이드부(1630), 베이스(1650) 및 연장부(1670)를 포함할 수 있다.
가이드부(1630)는 베이스(1650)의 일 측에서 외부로 돌출된 형상을 가질 수 있다. 가이드부(1630)는 홀더(1500)에 삽입될 수 있다. 베이스(1650)의 일 면 위에는 다수의 부품이 배치될 수 있다. 다수의 부품은 예를 들어, 외부 전원으로부터 제공되는 교류 전원을 직류 전원으로 변환하는 직류변환장치, 광원 모듈(1200)의 구동을 제어하는 구동칩, 광원 모듈(1200)을 보호하기 위한 ESD(ElectroStatic discharge) 보호 소자 등을 포함할 수 있으나 이에 대해 한정하지는 않는다.
연장부(1670)는 베이스(1650)의 다른 일 측에서 외부로 돌출된 형상을 가질 수 있다. 연장부(1670)는 내부 케이스(1700)의 연결부(1750) 내부에 삽입될 수 있고, 외부로부터의 전기적 신호를 제공받을 수 있다. 예컨대, 연장부(1670)는 내부 케이스(1700)의 연결부(1750)와 폭이 같거나 작을 수 있다. 연장부(1670)에는 "+ 전선"과 "- 전선"의 각 일 단이 전기적으로 연결될 수 있고, "+ 전선"과 "- 전선"의 다른 일 단은 소켓(1800)에 전기적으로 연결될 수 있다.
내부 케이스(1700)는 내부에 전원 제공부(1600)와 함께 몰딩부를 포함할 수 있다. 몰딩부는 몰딩 액체가 굳어진 부분으로서, 전원 제공부(1600)가 내부 케이스(1700) 내부에 고정될 수 있도록 한다.
이상에서 실시 예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시 예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시 예에 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.
100: 발광 소자 패키지 110: 몸체
120: 제1 절연층 130: 서브 마운트
132: 제2 절연층 134A, 134B: 금속층
136A, 136B: 와이어 138A, 138B: 범프부
140: 기판 142: 버퍼층
144A, 144B: 전극 150: 발광 구조물
160, 170:굴절률 구배층 180: 몰딩 부재(180)를 포함한다.
500: 공기 살균 장치 501: 케이싱
510: 발광 모듈부 530a, 530b: 난반사 반사 부재
520: 전원 공급부 800: 표시 장치
810: 바텀 커버 820: 반사판
830, 835, 901:발광 모듈 840: 도광판
850, 860: 프리즘 시트 870: 디스플레이 패널
872: 화상 신호 출력 회로 880: 컬러 필터
900: 헤드 램프 902: 리플렉터
903: 쉐이드 904: 렌즈
1000: 조명 장치 1100: 커버
1200: 광원 모듈 1400: 방열체
1600: 전원 제공부 1700: 내부 케이스
1800: 소켓

Claims (13)

  1. 활성층과, 상기 활성층과 기판 사이에 배치된 제1 도전형 반도체층과, 상기 활성층 아래에 배치된 제2 도전형 반도체층을 포함하는 발광 구조물;
    상기 발광 구조물의 광 출사면 위의 상기 기판;
    상기 기판의 광 출사면 위에 배치되며, 상기 발광 구조물로부터 상기 기판을 향하는 상기 기판의 두께 방향으로 감소하는 굴절률을 갖는 적어도 하나의 제1 굴절률 구배층;
    서브 마운트;
    상기 서브 마운트 위에 수평 방향으로 서로 이격되어 배치된 제1 및 제2 금속층;
    상기 제1 및 제2 금속층 위에 각각 배치된 제1 및 제2 범프부;
    상기 제1 및 제2 범프부와 상기 제1 및 제2 도전형 반도체층 사이에 각각 배치된 제1 및 제2 전극;
    상기 발광 구조물을 감싸는 몰딩 부재; 및
    상기 발광 구조물의 광 출사면과 상기 기판 사이에 배치되며, 상기 발광 구조물로부터 상기 기판을 향하는 상기 기판의 두께 방향으로 증가하는 굴절률을 갖는 적어도 하나의 제2 굴절률 구배층을 포함하고,
    상기 적어도 하나의 제1 굴절률 구배층은 상기 몰딩 부재와 상기 기판 사이에 배치되고,
    상기 적어도 하나의 제1 굴절률 구배층의 제1 두께는 6 ㎛ 내지 500 ㎛이고,
    상기 제1 및 제2 굴절률 구배층은 상기 두께 방향으로 서로 중첩되어 배치된 발광 소자 패키지.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 제1 굴절률 구배층의 제1 두께는 상기 적어도 하나의 제2 굴절률 구배층의 제2 두께보다 두꺼운 발광 소자 패키지.
  7. 제1 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 제1 굴절률 구배층의 제1 두께와 상기 적어도 하나의 제2 굴절률 구배층의 제2 두께는 동일한 발광 소자 패키지.
  8. 제1 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 제1 또는 제2 굴절률 구배층 중 적어도 하나는 수직 기둥 단면 형상을 갖는 발광 소자 패키지.
  9. 제1 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 제1 또는 제2 굴절률 구배층 중 적어도 하나는 원호 단면 형상을 갖는 발광 소자 패키지.
  10. 제1 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 제1 또는 제2 굴절률 구배층 중 적어도 하나는 랜덤하게 돌출된 돌출부를 포함하는 발광 소자 패키지.
  11. 제1 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 제1 또는 제2 굴절률 구배층 중 적어도 하나는 TiOx (여기서, x > 0), SiOy (여기서, y > 0), AlN 또는 SiN 중 적어도 하나를 포함하는 발광 소자 패키지.
  12. 제1 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 제1 또는 제2 굴절률 구배층 중 적어도 하나의 굴절률 구배는 상기 활성층에서 방출된 광이 상기 기판의 두께 방향으로 출사되도록 결정되는 발광 소자 패키지.
  13. 삭제
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