KR102127446B1 - 발광 소자 패키지 및 이를 포함하는 발광소자 어레이 - Google Patents

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Abstract

실시예는 회로 기판; 상기 회로 기판 상에 배치되는 발광소자; 상기 발광소자를 둘러싸고 배치되는 형광체층; 상기 회로 기판의 측면과 마주보는 상기 형광체층의 표면에 배치되는 반사층; 및 상기 발광소자와 상기 회로 기판의 측면과 마주보는 상기 형광체층의 측면에 배치되는 반사층의 사이에 배치되는 접착층을 포함하는 발광소자 어레이를 제공한다.

Description

발광 소자 패키지 및 이를 포함하는 발광소자 어레이{LIGHT EMITTING DEVICE PACKAGE AND LIGHT EMITTING DEVICE ARRAY}
실시예는 발광 소자 패키지 및 이를 포함하는 발광소자 어레이에 관한 것이다.
GaN, AlGaN 등의 3-5 족 화합물 반도체는 넓고 조정이 용이한 밴드 갭 에너지를 가지는 등의 많은 장점으로 인해 광 전자 공학 분야(optoelectronics)와 전자 소자를 위해 등에 널리 사용된다.
특히, 반도체의 3-5족 또는 2-6족 화합물 반도체 물질을 이용한 발광 다이오드(Light Emitting Diode)나 레이저 다이오드와 같은 발광 소자는 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 가능하며, 형광등, 백열등 등 기존의 광원에 비해 저소비전력, 반영구적인 수명, 빠른 응답속도, 안전성, 환경친화성의 장점을 가진다.
발광 다이오드는 사파이어 등으로 이루어진 기판 위에 제1 도전형 반도체층과 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하는 발광구조물이 형성되고, 제1 도전형 반도체층과 제2 도전형 반도체층 상에 각각 제1 전극과 제2 전극이 배치된다. 발광 소자는 제1 도전형 반도체층을 통해서 주입되는 전자와 제2 도전형 반도체층을 통해서 주입되는 정공이 서로 만나서 활성층을 이루는 물질 고유의 에너지 밴드에 의해서 결정되는 에너지를 갖는 광을 방출한다. 활성층에서 방출되는 광은 활성층을 이루는 물질의 조성에 따라 다를 수 있으며, 청색광이나 자외선(UV) 또는 심자외선(Deep UV) 등일 수 있다.
상술한 발광 다이오드 등의 발광소자는 광 통신 수단의 송신 모듈, LCD(Liquid Crystal Display) 표시 장치의 백라이트를 구성하는 냉음극관(CCFL: Cold Cathode Fluorescence Lamp)을 대체하는 발광 다이오드 백라이트, 형광등이나 백열 전구를 대체할 수 있는 백색 발광 다이오드 조명 장치, 자동차 헤드 라이트 및 신호등에까지 응용이 확대되고 있다.
발광 소자가 백라이트 유닛이나 조명 장치에 사용될 때, 회로 기판에 복수 개의 발광 소자 또는 발광소자 패키지가 배치되어 사용되는데 이러한 구조를 발광소자 어레이라고 할 수 있다.
도 1a는 종래의 발광소자 어레이를 나타낸 도면이고, 도 1b는 종래의 발광소자 어레이에서는 도광판으로 광이 입사될 때의 광효율을 나타낸 도면이다.
발광소자 어레이(100)는 회로 기판(110)에 복수 개의 발광소자(150)가 접착층(120)을 통하여 고정되고, 각각의 발광소자(150)에는 형광체층(160)이 컨포멀 코팅(conformal coating) 등의 방법으로 형성될 수 있다.
상술한 발광소자 어레이(100)가 백라이트 유닛으로 사용될 때, 발광소자 어레이(100)와 인접하여 도광판이 배치되고 빛샘 현상이 발생할 수 있는데 이하에서 설명한다.
도 1b에서 발광소자(150)로부터 a-a' 방향으로 방출되는 광은 발광소자(150)로부터 방출되는 지향각에 따라 광손실이 발생할 수 있다. 즉, 도 1a에서 발광소자(150)로부터 b-b' 방향으로 방출되는 광은 인접한 발광소자(150)에서 반사되거나 또는 도광판(190)의 인접한 영역으로 진입할 수 있다.
그러나, 발광소자(150)로부터 a-a' 방향으로 방출된 광은 도 1b에 도시된 바와 같이 도광판(190)으로 진입하지 못하여, 백라이트 유닛 등의 내에서 광손실을 초래할 수 있으며, 특히 지향각이 넓은 플립 칩 타입의 발광소자나 패키지 몸체가 투광성인 발광소자 패키지에서 이러한 광손실이 많이 발생할 수 있다.
실시예는, 백라이트 유닛 등에 사용되는 발광소자 어레이에서 광손실을 줄이고자 한다.
실시예는 회로 기판; 상기 회로 기판 상에 배치되는 발광소자; 상기 발광소자를 둘러싸고 배치되는 형광체층; 상기 회로 기판의 측면과 마주보는 상기 형광체층의 표면에 배치되는 반사층; 및 상기 발광소자와 상기 회로 기판의 측면과 마주보는 상기 형광체층의 측면에 배치되는 반사층의 사이에 배치되는 접착층을 포함하는 발광소자 어레이를 제공한다.
반사층은 금속, 금속 산화물 및 DBR 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
금속은, 알루미늄(Al) 및 은(Ag) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
금속 산화물은, TiO2, Al2O3및 ZrO2 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
발광소자는 플립 칩 타입의 발광소자일 수 있다.
다른 실시예는 캐비티를 가지고 투광성의 패키지 몸체; 상기 캐비티의 바닥면에 배치된 발광소자; 상기 발광소자를 둘러싸고 형광체를 포함하며 상기 캐비티를 채우는 투광성의 몰딩부; 및 상기 패키지 몸체의 단축 방향의 외측면에 서로 마주보고 배치된 반사층을 포함하는 발광소자 패키지를 제공한다.
캐비티의 바닥면에 배치된 반사막을 더 포함할 수 있다.
몰딩부와 상기 패키지 몸체는 실리콘을 포함할 수 있다.
또 다른 실시예는 제1 절연층과 도전층 및 제2 절연층을 포함하고, 상기 제2 절연층에 복수 개의 그루브가 형성되어 상기 제2 절연층이 노출되는 회로 기판; 그루브에 적어도 일부가 삽입되어 배치되는 발광소자; 및 상기 발광소자 상에 형광체층을 포함하는 발광소자 어레이를 제공한다.
그루브의 높이는, 상기 발광소자의 높이와 동일할 수 있다.
그루브의 높이는, 상기 발광소자의 높이와 상기 형광체의 높이의 합과 동일하거나 보다 작을 수 있다.
제2 절연층은 솔더 레지스트(solder resist)를 포함할 수 있다.
그루브의 내벽에 배치된 반사층을 더 포함할 수 있다.
실시예에 따른 발광소자 어레이들은 발광소자에서 방출된 빛이 발광소자 또는 패키지 몸체의 측면에 배치된 반사층에서 반사되어 지향각이 좁아질 수 있고, 특히 백라이트 유닛의 광원으로 사용될 때 도광판의 외부로 광이 진행하는 것을 방지할 수 있다.
도 1a는 종래의 발광소자 어레이를 나타낸 도면이고,
도 1b는 종래의 발광소자 어레이에서는 도광판으로 광이 입사될 때의 광효율을 나타낸 도면이고,
도 2a는 발광소자 어레이의 제1 실시예의 단면도이고,
도 2b는 도 2a의 발광소자 어레이의 평면도이고,
도 3a는 발광소자 어레이의 제2 실시예의 단면도이고,
도 3b는 도 3a의 발광소자 어레이의 평면도이고,
도 4는 반사층의 일실시예의 구성을 나타낸 도면이고,
도 5a는 발광소자 어레이의 제3 실시예의 단면도이고,
도 5b는 발광소자 어레이의 제4 실시예의 단면도이고,
도 6a는 발광소자 어레이의 제5 실시예의 단면도이고,
도 6b는 발광소자 어레이의 제6 실시예의 단면도이고,
도 7은 발광소자 어레이의 제6 실시예를 나타낸 도면이고,
도 8은 발광 소자가 배치된 백라이트 유닛의 일 실시예를 나타낸 도면이다.
이하 상기의 목적을 구체적으로 실현할 수 있는 본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.
본 발명에 따른 실시예의 설명에 있어서, 각 element의 " 상(위) 또는 하(아래)(on or under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상(위) 또는 하(아래)(on or under)는 두개의 element가 서로 직접(directly)접촉되거나 하나 이상의 다른 element가 상기 두 element사이에 배치되어(indirectly) 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 “상(위) 또는 하(아래)(on or under)”으로 표현되는 경우 하나의 element를 기준으로 위쪽 방향 뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.
도 2a는 발광소자 어레이의 제1 실시예의 단면도이고, 도 2b는 도 2a의 발광소자 어레이의 평면도이다. 발광소자 어레이는 회로 기판 상에 복수 개의 발광소자 또는 발광소자 어레이가 동일한 형상으로 배치되는데, 도 2a 및 도 2b에서는 설명의 편의를 위하여 하나의 발광소자만을 도시하고 있으며 후술하는 다른 실시예들에서도 동일하다.
본 실시예에 따른 발광소자 어레이는, 회로 기판(110)과 회로 기판(110) 상에 배치되는 발광소자(150)와, 발광소자를 둘러싸고 배치되는 형광체층(160)과, 반사층(180)을 포함하여 이루어질 수 있다.
회로 기판(110)은 인쇄 회로 기판(Printed circuit board, 이하 'PCB'라 함)나 FPCB 등일 수 있으며, 내부에 도전성 패턴을 가지고, 도전성 패턴의 일부가 노출되어 발광소자(150)와 전기적으로 연결될 수 있다.
발광소자(150)는 수평형 발광소자나 수직형 발광소자 및 플립 칩 발광소자 등일 수 있는데, 플립 칩 발광소자에 대하여는 후술하는 다른 실시예에서 설명한다.
발광소자(150)의 둘레에는 형광체층(160)이 배치되는데, 형광체층(160)은 발광소자(150)의 둘레의 전체 표면에 배치되되 기판(110)과 접촉하는 표면에는 배치되지 않을 수 있다.
형광체층(160)은 실리콘 등의 모재에 형광체가 포함되어 이루어지는데, 형광체는 발광소자(150)로부터 방출되는 제1 파장 영역의 광에 의하여 여기되어 제2 파장 영역의 광을 방출할 수 있으며, 모재는 형광체를 고정하고 형광체층(160)이 얇은 층(layer) 형태를 유지할 수 있다.
도 2b에서 형광체층(160)의 외부에는 반사층(180)이 배치될 수 있다. 따라서, 발광소자의 a-a' 방향의 축(axis)을 단축이라 하고 b-b' 방향의 축을 장축이라 할 때, 반사층(180)은 발광소자(150)의 단축 방향에서의 형광체층(160)의 측면에만 배치될 수 있다. 즉, 반사층(180)은 회로 기판(110)의 측면(edge)과 마주보는 형광체층(160)의 표면에 배치될 수 있다. 그리고, 반사층(180)은 발광소자(150)를 사이에 두고 양측에 동일한 형상으로 한 쌍이 배치될 수 있다.
상술한 구성은, 발광소자(150)로부터 방출되어 형광체층(160)을 통과한 광 중 상술한 단축 방향으로 진행하는 광이 반사층(180)에 의하여 반사되어 도광판 방향으로 경로를 변경하여 진행할 수 있도록 하여, 광손실을 방지할 수 있다.
도 3a는 발광소자 어레이의 제2 실시예의 단면도이고, 도 3b는 도 3a의 발광소자 어레이의 평면도이다.
본 실시예에 따른 발광소자 어레이는 상술한 제1 실시예와 유사하나, 형광체층(160)과 반사층(180)의 사이에 접착층(185)이 배치된 차이점이 있다. 접착층(185)은 형광체층(160)과 동종의 물질을 포함할 수 있으며, 형광체층(160)의 모재가 실리콘일 경우 실리콘 계열의 접착제일 수 있으며 형광체(160)과 반사층(180)이 이종의 재료로 이루어질 경우 필요성이 크다.
반사층(180)은 금속, 금속 산화물 및 DBR 중 적어도 하나를 포함하여 이루어질 수 있다. 반사층(180)이 금속으로 이루어질 경우 반사율이 높은 알루미늄(Al) 및 은(Ag) 중 적어도 하나를 포함하여 하나의 층(layer) 또는 복수 개의 층으로 이루어질 수 있다. 반사층(180)이 금속 산화물로 이루어질 경우 TiO2, Al2O3및 ZrO2 중 적어도 하나를 포함하여 이루어질 수 있다.
도 4는 반사층의 일실시예의 구성을 나타낸 도면이며, 도 4의 실시예에서 반사층은 DBR(Distributed Bragg Reflector)인 경우를 도시하고 있다.
DBR은 고굴절율을 갖는 제1 층(180a)과 저굴절율을 갖는 제2 층(180b)이 반복되어 형성되며, 도시된 바와 같이 제1 층(180a) 방향으로부터 입사된 광이 반사층(180)을 이루는 DBR을 통과하지 못하고 반사될 수 있다.
이때, 제1 층(180a)과 제2 층(180b)은 모두 유전체일 수 있으며, 제1 층(180a)과 제2 층(180b)의 고굴절율과 저굴절률은 상대적인 굴절률일 수 있다.
상술한 반사층의 구성은 발광소자 어레이의 제1 실시예와 제2 실시예 외에 후술하는 다른 실시예에도 적용될 수 있다.
도 5a는 발광소자 어레이의 제3 실시예의 단면도이다.
본 실시예에 따른 발광소자 어레이는 플립 칩 타입의 발광소자(150)가 배치되고 있다.
즉, 회로 기판(110) 상에 발광소자(150)가 솔더(solder) 등의 접착제(158a, 158c)로 전기적으로 결합되고 있다.
발광소자(150)는 기판(151) 상에 버퍼층(152)과 발광 구조물(153)과 제1 패드(156a) 및 제2 패드(156b)를 포함하여 이루어질 수 있다.
기판(151)은 반도체 물질 성장에 적합한 물질이나 캐리어 웨이퍼로 형성될 수 있으며, 열 전도성이 뛰어난 물질로 형성될 수 있고, 전도성 기판 또는 절연성 기판을 포함할 수 있다. 예컨대, 사파이어(Al2O3), SiO2, SiC, Si, GaAs, GaN, ZnO, GaP, InP, Ge, Ga203 중 적어도 하나를 사용할 수 있다.
사파이어 등으로 기판(151)을 형성하고, 기판(151) 상에 GaN이나 AlGaN 등을 포함하는 발광구조물(153)이 배치될 때, GaN이나 AlGaN과 사파이어 사이의 격자 부정합(lattice mismatch)이 매우 크고 이들 사이에 열 팽창 계수 차이도 매우 크기 때문에, 결정성을 악화시키는 전위(dislocation), 멜트 백(melt-back), 크랙(crack), 피트(pit), 표면 모폴로지(surface morphology) 불량 등이 발생할 수 있으므로, AlN 등으로 버퍼층(152)을 형성하거나 언도프드 반도체층(미도시)을 형성할 수 있다.
기판(151)의 표면에는 요철 구조가 형성되어, 발광 구조물(153)에서 방출되어 기판(151)으로 진행하는 광을 굴절시킬 수도 있다.
발광 구조물(153)은 제1 도전형 반도체층(153a)과 활성층(153b)과 제2 도전형 반도체층(153c)으로 이루어질 수 있다.
제1 도전형 반도체층(153a)은 Ⅲ-Ⅴ족, Ⅱ-Ⅵ족 등의 화합물 반도체로 구현될 수 있으며, 제1 도전형 도펀트가 도핑되어 제1 도전형의 반도체층일 수 있다. 제1 도전형 반도체층(153a)은 AlxInyGa(1-x-y)N (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질로 이루어질 수 있고, 예를 들어 AlGaN, GaN, InAlGaN, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP, AlGaInP 중 어느 하나 이상으로 형성될 수 있다.
제1 도전형 반도체층(153a)이 n형 반도체층인 경우, 제1 도전형 도펀트는 Si, Ge, Sn, Se, Te 등과 같은 n형 도펀트를 포함할 수 있다. 제1 도전형 반도체층(153a)은 단층 또는 다층으로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
활성층(153b)은 제1 도전형 반도체층(153a)의 상부면에 배치되며, 다중 양자 우물(MQW:Multi Quantum Well) 구조를 가질 수 있으며, 피에조 전기장의 완화를 위하여 양자 우물과 인접한 양자벽에 제1 도핑 영역과 제2 도핑 영역이 형성될 수 있는데 후술한다.
활성층(153b)은 Ⅲ-Ⅴ족 원소의 화합물 반도체 재료를 이용하여 우물층과 장벽층, 예를 들면 AlGaN/AlGaN, InGaN/GaN, InGaN/InGaN, AlGaN/GaN, 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.
제2 도전형 반도체층(153b)은 활성층(153)의 표면에 반도체 화합물로 형성될 수 있다. 제2 도전형 반도체층(153c)은 Ⅲ-Ⅴ족, Ⅱ-Ⅵ족 등의 화합물 반도체로 구현될 수 있으며, 제2 도전형 도펀트가 도핑될 수 있다. 제2 도전형 반도체층(153c)은 예컨대, InxAlyGa1 -x- yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질로 이루어질 수 있고, AlGaN, GaN AlInN, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP, AlGaInP 중 어느 하나 이상으로 형성될 수 있다.
제2 도전형 반도체층(153c)은 제2 도전형 도펀트가 도핑되어 제2 도전형의 반도체층일 수 있는데, 제2 도전형 반도체층(153c)이 p형 반도체층일 경우 제2 도전형 도펀트는 Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등과 같은 p형 도펀트일 수 있다. 제2 도전형 반도체층(153c)은 단층 또는 다층으로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
활성층(153b)과 제2 도전형 반도체층(153c)의 사이에는 전자 차단층(Electron blocking layer, 미도시)이 배치될 수 있다. 전자 차단층은 초격자(superlattice) 구조로 이루어질 수 있는데, 초격자는 예를 들어 제2 도전형 도펀트로 도핑된 AlGaN이 배치될 수 있다.
발광 구조물(153)의 일부 영역에서 제2 도전형 반도체층(153c)으로부터 활성층(153b)과 제1 도전형 반도체층(153a)의 일부가 메사 식각되어, 제1 도전형 반도체층(153a)의 표면이 노출된다.
제2 도전형 반도체층(153v) 상에는 투광성 도전층(미도시)이 배치될 수 있는데, 투광성 도전층은 ITO(Indium-Tin-Oxide) 등으로 이루어질 수 있는데, 제2 도전형 반도체층(153c)의 전류 스프레딩(spreading) 특성이 좋지 않아 투광성 도전층이 제2 패드(156c)으로부터 전류를 공급받을 수 있다.
제1 도전형 반도체층(153a)과 제2 도전형 반도체층(153c) 상에는 각각 반사막(154)가 배치될 수 있으며, 반사막(154)이 형성되지 않은 제1 도전형 반도체층(153c)의 표면과 제2 도전형 반도체층(153c) 상에는 각각 제1 패드(156a)와 제2 패드(156c)가 배치되는데, 제1 패드(156a)와 제2 패드(156c)sms 알루미늄(Al), 티타늄(Ti), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 구리(Cu), 금(Au) 중 적어도 하나를 포함하여 단층 또는 다층 구조로 형성될 수 있으며, 각각 와이어(미도시)에 연결될 수 있다.
도시되지는 않았으나, 발광 구조물(153)의 둘레에는 패시베이션층이 형성될 수 있는데, 패시베이션층은 절연성 물질로 이루어질 수 있고, 상세하게는 산화물이나 질화물로 이루어질 수 있고, 보다 상세하게는 실리콘 산화물(SiO2)층, 산화 질화물층, 산화 알루미늄층으로 이루어질 수 있다.
형광체층(160)은 실리콘 등의 모재에 형광체가 포함되어 이루어지는데, 형광체는 발광소자(150)로부터 방출되는 제1 파장 영역의 광에 의하여 여기되어 제2 파장 영역의 광을 방출할 수 있으며, 모재는 형광체를 고정하고 얇은 층(layer) 형태를 유지할 수 있으며, 상술한 실시예와 동일하다.
형광체층(160)의 외부에는 반사층(180)이 배치될 수 있는데, 상술한 발광소자의 단축 방향에 배치된 형광체(160)의 외부에만 배치될 수 있다. 반사층(180)은 코팅이나 스프레이 등의 방법으로 도포되거나, 필름 타입으로 형성될 수도 있다.
도 5a에 도시된 실시예에서, 활성층(153b)에서 방출된 광이 하부의 회로 기판(110) 방향의 반사막(154)과 측면의 반사층(180)의 작용으로 인하여, 회로 기판(110)과 반대 방향인 상부로 진행할 수 있다.
도 5b는 발광소자 어레이의 제4 실시예의 단면도이다.
본 실시예에 따른 발광소자 어레이는 상술한 제3 실시예와 유사하나, 형광체층(160)과 반사층(180)의 사이에 접착층(185)이 배치된 차이점이 있으며, 접착층(185)의 조성 등은 상술한 바와 동일할 수 있다.
도 6a는 발광소자 어레이의 제5 실시예의 단면도이고, 도 6b는 발광소자 어레이의 제6 실시예의 단면도이다.
도 6a와 도 6b에 도시된 실시예는 패키지 몸체(330) 상에 발광소자(150)가 배치된 실시예들이다.
도 6a에 도시된 발광소자 어레이에서 패키지 몸체(330)는 투광성 재료로 이루어질 수 있고, 예를 들면 투광성의 실리콘이나 합성수지로 이루어질 수 있다.
패키지 몸체(330)에는 캐비티가 형성되는데, 캐비티의 바닥면에는 반사막(335)과 발광소자(150)가 배치될 수 있다. 상기 캐비티를 채우며 발광소자(150)를 둘러싸고 몰딩부(165)가 배치되는데, 몰딩부(165)는 상술한 형광체를 포함하고 모재로 실리콘을 포함하는데, 몰딩부(165) 내의 실리콘과 패키지 몸체(330)를 이루는 실리콘은 동일한 재료로 이루어질 수 있다.
몰딩부(165)는 도시된 바와 같이 상부면이 평평하거나 또는 오목하거나 볼록하게도 형성될 수 있다.
그리고, 패키지 몸체(330)의 양측면에는 반사층(180)이 배치될 수 있는데, 반사층(180)은 패키지 몸체의 단축 방향의 양측면에 서로 마주보며 한 쌍이 배치될 수 있다. 패키지 몸체(330)의 단축 방향은 상술한 발광소자의 단축 방향과 나란한 방향일 수 있다.
도 6a의 발광소자에서, 발광소자(150)에서 방출된 광 중 캐비티의 바닥면으로 진행하는 광은 반사막(335)에서 반사되고, 캐비티의 측벽으로 진행하는 광은 패키지 몸체(330)를 통과하고 반사층(180)에서 반사되어, 도시된 바와 같이 캐비티 상부의 개구부로 광이 진행할 수 있다.
도 6b에 도시된 발광소자 어레이는 상술한 제5 실시예와 유사하나, 패키지 몸체(330)와 반사층(180)의 사이에 접착층(185)이 배치된 차이점이 있으며, 접착층(185)의 조성 등은 상술한 바와 동일할 수 있다.
도 7은 발광소자 어레이의 제7 실시예를 나타낸 도면이다.
도 7에 도시된 발광소자 어레이에서, 회로 기판(110)은 도전층(112)과 도전층(112)의 양측에 배치된 제1 절연층(114a)과 제2 절연층(114b)를 포함하여 이루어질 수 있고, 제2 절연층(114b)에는 복수 개의 그루브(groove)가 형성되어 상기 그루브 내에 발광소자(150)가 삽입되어 배치될 수 있다.
제1 절연층(114a)과 제2 절연층(114b)은 동일한 물질 또는 다른 물질로 이루어질 수 있고, 제2 절연층(114b)은 솔더 레지스트(solder resist)를 포함할 수도 있고, 광반사율이 우수한 재료를 포함할 수 있고 구체적으로는 백색 실리콘을 사용할수 있다.
제2 절연층(114b)에는 발광소자(150)와 대응하여 복수 개의 그루브가 형성되며, 각 그루브의 높이(h1)는 발광소자(150)의 높이(h2)와 동일할 수 있다. 이때, 발광소자(150)를 도전층(112)에 고정하는 도전성 접착층의 높이는 매우 적으므로 고려하지 않을 수 있다.
도시된 구조에서는 형광체층(160)은 그루브 밖으로 돌출되어 배치될 수 있으며, 그루브의 높이(h1)가 발광소자(150)의 높이(h2)보다 작을 때 즉 발광소자(150)의 일부가 그루브 외부로 돌출되어 배치될 수도 있다. 단, 그루브의 높이(h1)가 발광소자(150)의 높이(h2)와 형광체층(160)의 높이(h2)의 합보다 크게 되면, 발광소자(150)로부터 방출되는 광의 지향각이 너무 좁아져서 도광판 등에 암부가 발생할 수도 있다.
그리고, 제1 절연층이 반사층으로 작용할 수도 있으나, 그루브의 내벽에는 도시되지는 않았으나 반사층이 도포될 수도 있다.
도면에서 형광체층(160)이 발광소자(150)의 상부면에만 배치되나 측면에도 배치될 수 있으며, 그루브에 삽입되는 구조이므로 형광체(160)의 측면에 접착층이 형성되지 않을 수도 있다.
상술한 발광소자 어레이들은 발광소자에서 방출된 빛이 발광소자 또는 패키지 몸체의 측면에 배치된 반사층에서 반사되어 지향각이 좁아질 수 있고, 특히 백라이트 유닛의 광원으로 사용될 때 도광판의 외부로 광이 진행하는 것을 방지할 수 있다.
이하에서는 상술한 발광 소자 패키지가 배치된 조명 시스템의 일실시예로서, 영상표시장치와 조명장치를 설명한다.
도 8은 발광 소자 패키지를 포함하는 영상 표시장치의 일 실시예를 나타낸 도면이다.
도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 영상표시장치(500)는 광원 모듈과, 바텀 커버(510) 상의 반사판(520)과, 상기 반사판(520)의 전방에 배치되며 상기 광원모듈에서 방출되는 광을 영상표시장치 전방으로 가이드하는 도광판(540)과, 상기 도광판(540)의 전방에 배치되는 제1 프리즘시트(550)와 제2 프리즘시트 (560)와, 상기 제2 프리즘시트(560)의 전방에 배치되는 패널(570)과 상기 패널 (570)의 전반에 배치되는 컬러필터(580)를 포함하여 이루어진다.
광원 모듈은 회로 기판(530) 상의 발광 소자 패키지(535)를 포함하여 이루어지는데, 상술한 발광소자 어레이 등이 사용될 수 있다.
바텀 커버(510)는 영상표시장치(500) 내의 구성 요소들을 수납할 수 있다. 반사판(520)은 본 도면처럼 별도의 구성요소로 마련될 수도 있고, 도광판(540)의 후면이나, 상기 바텀 커버(510)의 전면에 반사도가 높은 물질로 코팅되는 형태로 마련되는 것도 가능하다.
반사판(520)은 반사율이 높고 초박형으로 사용 가능한 소재를 사용할 수 있고, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PolyEthylene Terephtalate; PET)를 사용할 수 있다.
도광판(540)은 광원 모듈에서 방출되는 광을 산란시켜 그 광이 액정 표시 장치의 화면 전 영역에 걸쳐 균일하게 분포되도록 한다. 따라서, 도광판(530)은 굴절률과 투과율이 좋은 재료로 이루어지는데, 폴리메틸메타크릴레이트(PolyMethylMethAcrylate; PMMA), 폴리카보네이트 (PolyCarbonate; PC), 또는 폴리에틸렌(PolyEthylene; PE) 등으로 형성될 수 있다. 또한, 도광판(540)이 생략되면 에어 가이드 방식의 표시장치가 구현될 수 있다.
상기 제1 프리즘 시트(550)는 지지필름의 일면에, 투광성이면서 탄성을 갖는 중합체 재료로 형성되는데, 상기 중합체는 복수 개의 입체구조가 반복적으로 형성된 프리즘층을 가질 수 있다. 여기서, 상기 복수 개의 패턴은 도시된 바와 같이 마루와 골이 반복적으로 스트라이프 타입으로 구비될 수 있다.
상기 제2 프리즘 시트(560)에서 지지필름 일면의 마루와 골의 방향은, 상기 제1 프리즘 시트(550) 내의 지지필름 일면의 마루와 골의 방향과 수직할 수 있다. 이는 광원 모듈과 반사시트로부터 전달된 광을 상기 패널(570)의 전방향으로 고르게 분산하기 위함이다.
본 실시예에서 상기 제1 프리즘시트(550)과 제2 프리즘시트(560)가 광학시트를 이루는데, 상기 광학시트는 다른 조합 예를 들어, 마이크로 렌즈 어레이로 이루어지거나 확산시트와 마이크로 렌즈 어레이의 조합 또는 하나의 프리즘 시트와 마이크로 렌즈 어레이의 조합 등으로 이루어질 수 있다.
상기 패널(570)은 액정 표시 패널(Liquid crystal display)가 배치될 수 있는데, 액정 표시 패널(560) 외에 광원을 필요로 하는 다른 종류의 디스플레이 장치가 구비될 수 있다.
상기 패널(570)은, 유리 바디 사이에 액정이 위치하고 광의 편광성을 이용하기 위해 편광판을 양 유리바디에 올린 상태로 되어있다. 여기서, 액정은 액체와 고체의 중간적인 특성을 가지는데, 액체처럼 유동성을 갖는 유기분자인 액정이 결정처럼 규칙적으로 배열된 상태를 갖는 것으로, 상기 분자 배열이 외부 전계에 의해 변화되는 성질을 이용하여 화상을 표시한다.
표시장치에 사용되는 액정 표시 패널은, 액티브 매트릭스(Active Matrix) 방식으로서, 각 화소에 공급되는 전압을 조절하는 스위치로서 트랜지스터를 사용한다.
상기 패널(570)의 전면에는 컬러 필터(580)가 구비되어 상기 패널(570)에서 투사된 광을, 각각의 화소마다 적색과 녹색 및 청색의 광만을 투과하므로 화상을 표현할 수 있다.
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.

Claims (13)

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  4. 도전층;
    상기 도전층의 하면에 배치되는 제1 절연층;
    상기 도전층의 상면에 배치되고, 복수 개의 그루브가 형성된 제2 절연층;
    상기 각각의 그루브에 하나씩 삽입되어, 상기 도전층과 접촉하는 복수의 발광소자들; 및
    상기 각각의 발광소자의 상면에 하나씩 배치되는 복수의 형광체층들을 포함하고,
    상기 제2 절연층과 상기 발광소자 및 상기 형광체층은 각각 일정한 두께를 가지고, 상기 제2 절연층의 두께와 상기 발광소자의 두께는 동일하고,
    상기 제2 절연층에 형성된 각각의 그루브를 통하여, 상기 도전층의 상면이 노출되고,
    상기 노출된 도전층의 상면에 도전성 접착층을 통하여 상기 발광소자가 고정되고,
    상기 제2 절연층의 상면의 높이는 상기 발광소자의 상면의 높이와 동일하고,
    상기 형광체의 상면은 상기 제2 절연층의 상면으로부터 돌출되는 발광소자 어레이.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 발광소자는 플립 칩 타입의 발광소자인 발광소자 어레이.
  6. 제4 항에 있어서,상기 각각의 그루브들의 수평 방향의 단면과, 상기 각각의 형광체층의 수평 방향의 단면은 사각형인 발광소자 어레이.
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