KR102135625B1 - 발광 소자, 이를 포함하는 차량용 램프 및 백라이트 유닛 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 광 차단부를 포함하는 발광 소자, 이를 포함하는 차량용 램프 및 백라이트 유닛에 대한 것이다. 본 발명에 따른 발광 소자는 단위 발광 소자; 및 상기 단위 발광 소자의 적어도 일측면을 덮는 광 차단부를 포함하되, 상기 단위 발광 소자는 상면, 측면 및 하면을 가지는 발광칩, 상기 발광칩의 상면을 덮는 파장 변환부 및 상기 발광칩의 측면을 덮는 반사부를 포함하고, 상기 발광칩은 하면에 전극 패드들을 가지며, 바깥면에 상기 전극 패드들이 노출된다.
Description
본 발명은 발광 소자, 이를 포함하는 차량용 램프 및 백라이트 유닛에 대한 것이다. 더욱 상세하게는, 본 발명은 광 차단부를 포함하는 발광 소자, 이를 포함하는 차량용 램프 및 백라이트 유닛에 대한 것이다.
발광 다이오드는 전자와 정공의 재결합으로 발생하는 광을 발하는 무기 반도체 소자로서, 최근, 디스플레이, 자동차 램프, 일반 조명 등의 여러 분야에서 사용된다. 발광 다이오드는 수명이 길고, 소비 전력이 낮으며, 응답 속도가 빨라서, 종래의 광원을 대체할 것으로 기대된다. 이러한 발광 다이오드를 포함하는 발광 소자는 상술한 다양한 장점들로 인하여 다양한 분야에 응용되고 있고, 예를 들어, 자동차 램프 및 백라이트 유닛 등에 응용된다.
그러나, 발광 다이오드를 자동차 램프 및 백라이트 유닛에 적용하는 경우, 발광 다이오드를 포함하는 발광 소자의 빛샘 현상이 문제될 수 있다. 빛샘 현상이란 발광 소자의 측면에서 빛이 새어나가는 것을 의미한다. 즉, 광이 조사되어야 할 전방 영역 이외에 광이 측면 등으로 누설되는 것을 의미한다.
자동차 램프가 포함하는 발광 소자에 측면 빛샘 현상이 발생하면, 자동차 램프에서 방출되는 광이 전방에 조사될 때 생기는 명부와 암부의 경계선인 컷오프(cutoff) 선이 명확하게 드러나지 않는다. 이로 인해, 운전자가 불필요한 영역에 광을 조사하게 되어, 다른 운전자의 시야를 방해할 수 있음은 물론이고, 측면 빛샘으로 인한 발광 소자의 광 손실이 발생하는 문제점이 있다.
그리고, 백라이트 유닛에서 발광 소자에 측면 빛샘 현상이 발생하면, 디스플레이의 외곽 테두리가 중앙부에 비하여 환하게 보이는 현상이 발생하거나, 디스플레이 화면에 전체적으로 얼룩이 생기는 현상이 발생할 수 있다. 또는 디스플레이의 명암대비비가 저하되고, 시야각이 좁아질 수 있다. 그리고, 디스플레이의 색편차가 발생하여 화질이 저하될 수 있다.
대한민국 등록특허 10-0519592(등록일자 2005년 09월 29일)에서는 빛샘 현상을 방지할 수 있는 발광 다이오드 표시 장치를 개시하고 있다. 상기 발광 다이오드 표시장치는 발광 다이오드(LED) 칩과 반사부를 구비하여 이루어지고, 반사부 위에 광흡수 시트와 광 흡수층이 배치되어 반사부 상면의 가장자리에서 산란되는 빛을 흡수한다. 그러나, 상기 발광 다이오드 표시 장치는, 발광 다이오드 칩에서 방출된 광이 대기 중에서 진행된 이후에 빛샘 방지를 위한 구조체와 만나는 방식을 통하여 빛샘 현상을 방지한다. 그러므로, 그 부피가 클 뿐만 아니라, 인쇄회로 기판 상에 제한된 숫자의 발광 다이오드(LED)를 배치할 수 밖에 없다. 또한, 성장 기판 외에 다른 2차 기판이 발광 장치에 반드시 포함되므로, 발광 장치의 소형화에 한계가 있다.
따라서, 측면 빛샘을 방지함과 동시에 소형화가 가능한 발광 소자의 개발이 요구된다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 빛샘 현상이 방지되는 발광 소자를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 성장 기판 외에 다른 2차 기판을 포함하지 않는 초소형 발광 소자를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 측면 빛샘이 방지되는 초소형 발광 소자를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 선명한 컷오프 선을 가지는 광을 조사할 수 있는 차량용 램프를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 색편차 문제를 해결하여 디스플레이의 화질을 개선할 수 있는 백라이트 유닛을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 디스플레이의 명암대비비 및 시야각을 개선할 수 있는 백라이트 유닛을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자는 단위 발광 소자; 및 상기 단위 발광 소자의 적어도 일측면을 덮는 광 차단부를 포함하되, 상기 단위 발광 소자는 상면, 측면 및 하면을 가지는 발광칩, 상기 발광칩의 상면을 덮는 파장 변환부 및 상기 발광칩의 측면을 덮는 반사부를 포함하고, 상기 발광칩은 하면에 전극 패드들을 가지며, 바깥면에 상기 전극 패드들이 노출될 수 있다. 광 차단부가 반사부의 측면으로 방출되는 광을 차단하여, 발광 소자의 빛샘 현상을 방지할 수 있다.
상기 발광칩의 측면을 덮는 파장 변환부를 더 포함하되, 상기 측면을 덮는 파장 변환부는 상기 반사부와 상기 발광칩 사이에 위치할 수 있다.
상기 파장 변환부는 형광체 및 수지를 포함하고, 상기 파장 변환부는 플라즈마 처리된 측면을 가질 수 있다. 이를 통해, 파장변환부와 반사부 간의 접착력이 우수해져, 발광 소자의 안정성 및 신뢰성이 향상될 수 있다.
상기 발광칩은 제2 도전형 반도체층, 상기 제2 도전형 반도체층 상에 위치하는 활성층, 상기 활성층 상에 위치하는 제1 도전형 반도체층 및 상기 제1 도전형 반도체층 상에 위치하는 기판을 포함할 수 있다.
상기 발광칩은, 상기 제1 도전형 반도체층 상에 서로 이격되어 배치되고, 각각 상기 활성층 및 상기 제2 도전형 반도체층을 포함하는 복수의 메사들; 각각 상기 복수의 메사들 상에 위치하여 상기 제2 도전형 반도체층에 오믹 콘택하는 반사 전극들; 및 상기 복수의 메사들 및 상기 제1 도전형 반도체층을 덮되, 상기 각각의 메사 상부 영역 내에 위치하고 상기 반사 전극들을 노출시키는 개구부들을 가지며, 상기 제1 도전형 반도체층에 오믹 콘택하고 상기 복수의 메사들로부터 절연된 전류 분산층을 더 포함할 수 있다.
상기 복수의 메사들은 일측 방향으로 서로 평향하게 연장되는 기다란 형상을 갖고, 상기 전류 분산층의 개구부들은 상기 복수의 메사들의 동일 단부측에 치우쳐 위치할 수 있다.
상기 전극 패드들은, 제1 패드 및 제2 패드를 포함하고, 상기 발광칩은, 상기 전류 분산층의 적어도 일부를 덮되, 상기 반사 전극들을 노출시키는 개구부들을 갖는 상부 절연층을 더 포함하며, 상기 제1 패드는 상기 전류 분산층에 전기적으로 접속되고, 상기 제2 패드는 상기 개구부들에 의해 노출된 상기 반사 전극들에 전기적으로 접속될 수 있다.
상기 광 차단부는 상기 반사부에 비해 광을 더 잘 흡수하는 물질을 포함한다. 일 실시예에 있어서, 상기 광을 흡수하는 물질은 블랙 카본, 검정색 수지 및 검정색 도료일 수 있다.
상기 광 차단부의 상면 높이는 상기 반사부의 상면 높이와 같거나 높을 수 있다. 이를 통하여, 반사부 측면의 빛샘 현상을 방지할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 발광 소자는 적어도 하나의 단위 발광 소자를 더 포함하고, 상기 광 차단부는 상기 적어도 하나의 단위 발광 소자의 적어도 일 측면을 덮을 수 있다.
상기 단위 발광 소자 각각의 적어도 일측면은 서로 맞닿아 있을 수 있다.
상기 광 차단부의 일부는 상기 단위 발광 소자와 상기 적어도 하나의 단위 발광 소자 사이에 배치될 수 있다.
상기 적어도 하나의 단위 발광 소자는 발광칩의 측면을 덮는 파장 변환부를 더 포함하되, 상기 측면을 덮는 파장 변환부는 상기 적어도 하나의 단위 발광 소자의 반사부와 발광칩 사이에 위치할 수 있다.
상기 파장 변환부의 상면과 상기 반사부의 상면은 서로 동일 높이를 이룰 수 있다.
상기 반사부의 상면과 상기 광 차단부의 상면은 서로 동일 높이를 이룰 수 있다.
본 발명의 또 따른 실시예에 따른 발광 소자는 상기 발광칩 상에 위치하는 렌즈를 더 포함할 수 있다.
상기 반사부와 상기 광 차단부는 서로 접촉할 수 있다.
상기 반사부는 일정한 두께를 가질 수 있다.
상기 광 차단부는 일정한 두께를 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 램프는 본 발명의 실시예들에 따른 발광 소자를 포함할 수 있다. 이에 따라, 본 발명에 따른 차량용 램프는 암부와 명부의 경계인 컷오프 선이 뚜렷한 광을 전방으로 조사할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 백라이트 유닛은 인쇄회로기판, 본 발명의 실시예들에 따른 발광 소자 및 상기 인쇄회로기판에 장착되어 상기 발광 소자를 덮는 렌즈를 포함할 수 있다.
상기 발광 소자의 광 차단부의 적어도 일부는 상기 렌즈의 바닥부와 상기 인쇄회로기판 사이에 위치할 수 있다. 이에 따라, 본 발명에 따른 백라이트 유닛은 발광 소자에서 방출되는 광이 빛샘 현상에 따라 렌즈와 인쇄회로기판 사이로 누설되지 않고, 최대한 많이 렌즈로 입광될 수 있다.
본 발명에 따르면, 광 차단부를 채택하여 발광 소자의 빛샘 현상을 방지할 수 있다. 이에 따라, 상기 발광 소자를 채택한 차량용 램프는 사용자가 의도하는 영역으로 광을 효율적으로 조사할 수 있다. 즉, 명부와 암부의 경계가 뚜렷하게 나타나는 광을 조사할 수 있다. 이를 통하여, 운전자의 시인성을 향상시킬 수 있고, 다른 운전자의 시야를 보호할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 발광 소자를 포함하는 백라이트 유닛은 렌즈로 입광되는 광을 최대화할 수 있어, 디스플레이의 명암대비비 및 시야각을 향상시킬 수 있다. 그리고, 디스플레이의 색편차 문제를 해결할 수 있어, 화질을 개선시킬 수 있다.
본 발명에 따르면, 발광칩, 파장 변환부, 반사부 및 광 차단부가 서로 밀착하여 형성되며, 별도의 2차 기판이나 별도의 리드 전극을 포함하지 않는, 소형화된 발광 소자가 제공될 수 있다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자를 설명하기 위한 단면도 및 평면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광 소자를 설명하기 위한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 소자를 설명하기 위한 단면도이다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 소자 및 발광칩을 설명하기 위한 평면도 및 단면도들이다.
도 6는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 소자를 설명하기 위한 평면도이다.
도 7는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 소자를 설명하기 위한 평면도이다.
도 8은 본 발명의 실시예들에 따른 발광 소자를 포함하는 백라이트 유닛을 설명하기 위한 단면도 및 평면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광 소자를 설명하기 위한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 소자를 설명하기 위한 단면도이다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 소자 및 발광칩을 설명하기 위한 평면도 및 단면도들이다.
도 6는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 소자를 설명하기 위한 평면도이다.
도 7는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 소자를 설명하기 위한 평면도이다.
도 8은 본 발명의 실시예들에 따른 발광 소자를 포함하는 백라이트 유닛을 설명하기 위한 단면도 및 평면도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 이하에서 본 발명의 전형적인 실시예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자를 설명하기 위한 단면도 및 평면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 발광 소자(10)는 단위 발광 소자(100) 및 광 차단부(140)를 포함한다. 단위 발광 소자(100)는 발광칩(110), 파장 변환부(121) 및 반사부(130)를 포함한다.
발광칩(110)은 상면, 측면 및 하면을 포함하며, 특히, 하면에 위치하는 전극 패드들(미도시)을 포함할 수 있다. 발광칩(110)이 하면에 위치하는 전극 패드들을 포함함으로써, 발광 소자(10)에 별도로 전극을 마련할 필요가 없고, 전극 패드들이 곧 발광 소자(10)의 전극 역할을 할 수 있다. 이에 따라, 발광 소자(10)가 소형화될 수 있다.
발광칩(110)은 하면에 전극 패드들을 가지며, 발광할 수 있는 소자이면 한정되지 않으며, 예를 들어, 플립형 발광칩 등일 수 있다.
파장 변환부(121)는 발광칩(110)의 상면을 덮을 수 있고, 나아가, 발광칩(110)의 측면을 더 덮을 수 있다. 파장 변환부(121)의 두께는 일정하게 형성될 수 있으나, 이에 한정되지 않고, 측면의 두께와 상면의 두께가 서로 다를 수도 있다. 또한, 발광칩(110)의 형태나 모양에 따라 각 측면들의 두께는 서로 다를 수도 있다. 파장 변환부(121)의 두께 및 재료의 종류 등을 조절하여 발광 소자에서 방출되는 광의 색 특성을 조절할 수 있다.
파장 변환부(121)는 형광체 및 수지를 포함할 수 있으며, 형광체는 수지와 혼합되어, 수지 내에 분포될 수 있다. 파장 변환부(121)는 형광체를 포함함으로써, 발광칩(110)에서 방출된 광을 다른 파장의 광으로 변환시킬 수 있다. 이에 따라, 단위 발광 소자(100)에서 방출되는 광을 다양하게 할 수 있으며, 예를 들어, 황색계열(amber) 단위 발광 소자(100), 적색계열(red) 단위 발광 소자(100), 녹색계열(green) 단위 발광 소자(100) 및 백색계열(white) 단위 발광 소자(100)를 구현할 수 있다.
상기 수지는 에폭시 수지나 아크릴 수지와 같은 폴리머 수지 또는 실리콘 수지를 포함할 수 있으며, 형광체를 분산시키는 매트릭스 역할을 할 수 있다.
형광체는 발광칩(110)에서 방출된 광을 여기시켜 다른 파장의 광으로 변환시킬 수 있다. 형광체는 통상의 기술자에게 널리 알려진 다양한 형광체들을 포함할 수 있고, 예를 들어, 가넷형 형광체, 알루미네이트 형광체, 황화물 형광체, 산질화물 형광체, 질화물 형광체, 불화물계 형광체, 규산염 형광체 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
파장 변환부(121)는 형광체와 수지의 혼합물을 발광칩(110)들의 측면 및 상면이 덮이도록 프린팅, 디스펜싱 및 스프레이 등의 방법으로 도포한 후 경화시켜 형성될 수 있다. 다만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 다른 다양한 방법으로 파장 변환부(121)를 형성하는 것도 본 발명의 사상에 포함된다.
한편, 파장 변환부(121) 내에 포함된 형광체, 파장 변환부(121)의 두께, 파장 변환부(121)에 포함된 수지 등을 조절함으로써, 파장 변환부(121)에 의해 변환된 광의 특성을 임의로 조절할 수 있다.
반사부(130)는 발광칩(110)의 측면을 덮을 수 있으며, 나아가 발광칩(110)의 측면에 형성된 파장 변환부(121)를 더 덮을 수 있다. 이에 따라, 발광칩(110)의 측면을 덮는 파장 변환부(121)는 발광칩(110)과 반사부(130) 사이에 개재될 수 있다.
반사부(130)는 광을 반사시키는 역할을 할 수 있다. 이러한 반사부(130)가 단위 발광 소자(100)의 외곽 측면에 형성됨으로써, 발광칩(110) 및 형광체에서 방출되는 광을 단위 발광 소자(100) 상부로 집중시킬 수 있다. 다만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 사용자의 목적 및 필요에 따라 반사부(130)의 반사도, 광 투과도 등을 조절하여, 발광칩(110)으로부터 방출된 광의 지향각을 조절할 수도 있다.
반사부(130)는 수지를 포함할 수 있고, 나아가, 광을 반사시키거나 산란시킬 수 있는 필러를 더 포함할 수 있다.
수지는 투명하거나 반투명한 것일 수 있으며, 예를 들어, 실리콘 수지, 또는 에폭시 수지, 폴리이미드 수지, 우레탄 수지 등과 같은 폴리머 수지를 포함할 수 있다. 본 실시예에서 수지는 실리콘 수지일 수 있다.
필러는 수지 내에 균일하게 분산 배치될 수 있다. 필러는 광을 반사시키거나 산란시킬 수 있는 물질이면 제한되지 않으며, 예를 들어, 산화티탄(TiO2), 산화규소(SiO2), 또는 산화지르코늄(ZrO2) 등일 수 있다. 반사부(130)는 상기 필러들 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 필러의 종류 또는 농도 등을 조절함으로써, 반사부(130)의 반사도 또는 광의 산란 정도 등을 조절할 수 있다.
반사부(130)는 일정한 두께를 가지고 형성될 수 있다. 반사부(130)는 배치되는 위치에 따라 서로 다른 두께를 가지고 형성될 수 있다.
한편, 반사부(130)의 상면과 파장 변환부(121)의 상면은 서로 동일 높이를 이룰 수 있다. 즉, 도시된 바와 같이, 반사부(130)의 상면과 파장 변환부(121)의 상면이 서로 나란하게(flush) 형성될 수 있다. 이에 따라, 렌즈(미도시)가 발광칩(110) 상에 더욱 안정적으로 배치될 수 있다.
반사부(130)는 파장 변환부(121)와 유사한 방법으로 형성될 수 있고, 반사부(130)를 형성한 후, 반사부(130) 상면 및 파장 변환부(121)의 상면 중 적어도 하나를 평탄화하는 것을 더 포함할 수 있다. 평탄화 공정은 그라인딩, 커팅 등의 방법을 이용할 수 있다. 반사부(130)를 도포하는 방식으로 형성한 경우, 제조 공정 상의 사정으로 파장 변환부(121) 위에 반사부(130)가 형성될 수 있다. 평탄화 공정을 통해서, 파장 변환부(121) 위에 형성된 반사부(130)를 제거할 수 있어서, 최종 발광 소자(10)에서 발광칩(110) 상부에 반사부(130)가 위치하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 파장 변환부(121)는 플라즈마 처리된 측면을 가질 수 있다. 이에 따라, 파장 변환부(121)과 반사부(130) 간의 접착력이 우수해져, 발광 소자(10)의 전체적인 안정성 및 신뢰성이 향상될 수 있다.
상술한 발광칩(110), 파장 변환부(121) 및 반사부(130)의 결합으로 단위 발광 소자(100)가 형성된다.
광 차단부(140)는 단위 발광 소자(100)의 적어도 일측면을 덮을 수 있다. 즉, 광 차단부(140)는 단위 발광 소자(100)가 포함하는 반사부(130)의 적어도 일측면을 덮을 수 있다. 광 차단부(140)와 반사부(130)는 서로 접촉할 수 있다. 이에 따라, 광 차단부(140)는 발광 소자(10)의 최외곽에 위치할 수 있다.
광 차단부(140)는 광을 흡수하는 역할을 할 수 있다. 이러한 광 차단부(140)가 발광 소자(10)의 외곽 측면에 형성됨으로써, 반사부(130)에서 측면으로 누설되는 광의 빛샘 현상을 방지할 수 있다. 구체적으로, 발광칩(110)에서 방출되는 광이 반사부(130)를 통과하여, 단위 발광 소자(100)의 측면으로 누설되는 경우에, 광 차단부(140)는 단위 발광 소자(100)의 측면 광을 차단 또는 흡수할 수 있다.
광 차단부(140)는 광의 흡수도가 높은 재질로 형성될 수 있다. 광 차단부(140)는 반사부(130)에 비해 광 흡수도가 높은 재질로 형성된다. 예컨대, 광 차단부(140)는 광의 흡수도가 높은 검정색 물질로 이루어 질 수 있다. 광 차단부(140)를 형성하는 물질은 광 흡수도가 높은 물질이면 제한되지 않으며, 예를 들어, 광차단부(140)는 블랙 카본, 검은색 수지 및 검은색 도료 등의 광 흡수 물질을 포함할 수 있으며, 검은색 도료는 페인트(paint) 등일 수 있다.
광 차단부(140)의 두께는 일정하게 형성될 수 있다. 광차단부(140)의 두께는 위치에 따라 다른 두께로 형성될 수 있다. 광 차단부(140)의 두께는 제한되지 않으며, 단위 발광 소자(100)의 측면에서 방출되는 광의 세기에 따라 적절히 조절될 수 있다. 따라서, 반사부(130)에서 측면에서 방출되는 광의 세기가 강할수록 광 차단부(140)는 두꺼워질 수 있다. 다만, 광 차단부(140)를 형성하는 재질에 따라 그 두께는 달라질 수 있다.
한편, 광 차단부(140)의 상면과 반사부(130)의 상면은 서로 동일 높이를 이룰 수 있으나, 광차단부(140)의 상면 높이가 반사부(130)의 상면 높이 보다 높을 수 있다. 광 차단부(140)의 높이는 이에 국한되지 않으며, 반사부(130)에서 측면으로 방출되는 광의 세기을 고려하여 적절히 조절될 수 있다.
광 차단부(140)는 포함되는 재질에 따라, 반사부(130) 및 파장 변환부(121)와 유사한 방법으로 형성될 수 있으며, 그 밖에 증착 및 필름 코팅 등의 방식으로 형성될 수 있다. 다만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 다른 다양한 방법으로 광 차단부(140)를 형성하는 것도 본 발명의 사상에 포함된다. 광 차단부(140)의 상면 역시 상술한 평탄화 공정을 이용할 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광 소자를 설명하기 위한 단면도이다.
도 3에 도시된 발광 소자(10)는 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한 발광 소자(10)와 대체로 유사하나, 도 1 및 도 2와 달리 발광칩(110) 상에 렌즈(150)가 배치된다. 이하, 상기 차이점을 중심으로 도 3의 발광 소자를 설명한다.
렌즈(150)의 하면의 크기는 파장 변환부(121)의 상면 크기보다 더 크게 형성되어, 렌즈(150)가 파장 변환부(121)의 상면을 전체적으로 덮을 수 있다. 이에 따라, 파장 변환부(121)에 의해 변환된 광을 더욱 효과적으로 외부로 방출시킬 수 있다.
렌즈(150)는 실리콘 렌즈 등일 수 있으며, 렌즈(150)를 구성하는 재료는 제한되지 않는다. 또한, 렌즈(150)는 도시된 바와 같이 반구형 형상을 가질 수 있으나, 원하는 지향 패턴을 얻기 위하여, 평판 형상, 가운데 부분이 오목한 형상과 같이 다양한 형상을 가질 수도 있다.
렌즈(150)는 몰딩 방식으로 형성될 수도 있고, 이외에 다양한 방법으로 제조될 수 있다.
한편, 렌즈(150)는 발광 소자의 전체 높이를 줄이기 위하여 생략될 수도 있다.
이상 설명한 바와 같이, 별도의 2차 기판이나, 별도의 리드 전극을 포함하지 않고, 발광 소자(10)가 형성되므로, 발광 소자(10)의 크기를 소형화할 수 있다. 또한, 단위 발광 소자(100)의 측면을 광 차단부(140)로 덮으므로, 발광 소자(10)의 빛샘 현상을 방지할 수 있다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 소자를 설명하기 위한 단면도이다.
도 4에 도시된 발광 소자(10)는 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한 발광 소자(10)와 대체로 유사하나, 도 1 및 도 2와 달리 파장 변환부(123)가 발광칩(110) 측면에 형성되지 않는 점에서 차이가 있다. 이하, 상기 차이점을 중심으로 도 4의 발광 소자(10)를 설명한다.
도 4을 참조하면, 발광 소자(10)는 발광칩(110), 파장 변환부(123), 반사부(130) 및 광 차단부(140)를 포함한다.
파장 변환부(123)는 편평한 막 형태를 가질 수 있으며, 발광칩(110)의 상면을 덮을 수 있다. 따라서, 파장 변환부(123)가 발광칩(110)의 측면 상에는 형성되지 않으며, 반사부(130)가 발광칩(110)의 측면을 직접 덮을 수 있고, 파장 변환부(123)의 측면을 더 덮을 수 있다. 나아가, 도 4에 도시된 바와 같이 파장 변환부(123)의 측면과 발광칩(110)의 측면은 서로 나란할 수 있다.
발광 소자(10)에 있어서, 발광칩(110), 반사부(130) 및 광 차단부(140)는 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한 바와 유사하므로, 자세한 설명은 생략한다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 소자 및 발광칩을 설명하기 위한 평면도 및 단면도들이다.
도 5a의 발광 소자(10)는 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한 것과 대체로 유사하나, 본 실시예에서는 발광칩(110)의 구조를 도 5b를 참조하여 구체적으로 설명한다.
발광칩(110)은, 제1 도전형 반도체층(23), 메사들(M), 반사 전극들(30), 전류 분산층(33)을 포함하며, 기판(21), 하부 절연층(31), 상부 절연층(35) 및 제1 패드(37a)와 제2 패드(37b)를 포함할 수 있다.
기판(21)은 질화갈륨계 에피층들을 성장시키기 위한 성장기판, 예컨대 사파이어, 탄화실리콘, 실리콘, 질화갈륨 기판일 수 있다. 또한, 기판(21)은 제1 면과 제1 면에 대향하는 제2 면을 포함할 수 있다. 본 실시예에 있어서, 제1 면은 기판(21)의 하면, 즉, 제1 도전형 반도체층(23)이 형성된 면을 지칭할 수 있고, 제2 면은 기판(21)의 상면을 지칭할 수 있다.
제1 도전형 반도체층(23)은 연속적이며, 제1 도전형 반도체층(23) 상에 복수의 메사들(M)이 서로 이격되어 위치한다. 메사들(M)은 활성층(25) 및 제2 도전형 반도체층(27)을 포함하며, 일측을 향해 연장하는 기다란 형상을 갖는다. 여기서 메사들(M)은 질화갈륨계 화합물 반도체의 적층 구조이다. 메사들(M)은 제1 도전형 반도체층(23)의 상부 영역 내에 한정되어 위치할 수 있다. 이와 달리, 메사들(M)은 일측방향을 따라 제1 도전형 반도체층(23)의 상부면 가장자리까지 연장할 수 있으며, 따라서 제1 도전형 반도체층(23)의 상부면을 복수의 영역으로 구획할 수 있다. 이에 따라, 메사들(M)의 모서리 근처에 전류가 집중되는 것을 완화하여 전류 분산 성능을 더욱 강화할 수 있다.
반사 전극들(30)은 각각 복수의 메사들(M) 상에 위치하여 제2 도전형 반도체층(27)에 오믹 콘택한다. 반사 전극들(30)은 반사층(28)과 장벽층(29)을 포함할 수 있으며, 장벽층(29)이 반사층(28)의 상면 및 측면을 덮을 수 있다.
전류 분산층(33)은 복수의 메사들(M) 및 제1 도전형 반도체층(23)을 덮는다. 전류 분산층(33)은 각각의 메사(M) 상부 영역 내에 위치하고 반사 전극들(30)을 노출시키는 개구부들을 갖는다. 전류 분산층(33)은 또한, 제1 도전형 반도체층(23)에 오믹 콘택하고 복수의 메사들(M)로부터 절연된다. 전류 분산층(33)은 알루미늄(Al)과 같은 반사 금속을 포함할 수 있다.
전류 분산층(33)은 하부 절연층(31)에 의해 복수의 메사들(M)로부터 절연될 수 있다. 예컨대, 하부 절연층(31)은 복수의 메사들(M)과 전류 분산층(33) 사이에 위치하여 전류 분산층(33)을 복수의 메사들(M)로부터 절연시킬 수 있다. 또한, 하부 절연층(31)은 각각의 메사(M) 상부 영역 내에 위치하고 반사 전극들(30)을 노출시키는 개구부들을 가질 수 있으며, 제1 도전형 반도체층(23)을 노출시키는 개구부들을 가질 수 있다. 전류 분산층(33)은 개구부들을 통해 제1 도전형 반도체층(23)에 접속할 수 있다. 하부 절연층(31)의 개구부들은 전류 분산층(33)의 개구부들보다 좁은 면적을 가지며, 개구부들에 의해 모두 노출된다.
상부 절연층(35)은 전류분산층(33)의 적어도 일부를 덮는다. 또한, 상부 절연층(35)은 반사 전극들(30)을 노출시키는 개구부들을 갖는다. 나아가, 상부 절연층(35)은 전류 분산층(33)을 노출시키는 개구부를 가질 수 있다. 상부 절연층(35)은 전류 분산층(33)의 개구부들의 측벽들을 덮을 수 있다.
제1 패드(37a)는 전류 분산층(33) 상에 위치할 수 있으며, 예컨대 상부 절연층(35)의 개구부를 통해 전류 분산층(33)에 접속할 수 있다. 또한, 제2 패드(37b)는 개구부들을 통해 노출된 반사전극들(30)에 접속한다. 도 5b에 따르면, 제1 패드(37a)와 제2 패드(37b)는 동일한 크기를 갖도록 도시되어 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 서로 다른 크기를 가질 수도 있다. 예를 들어, 제1 패드(37a)가 제2 패드(37b)보다 더 크게 형성될 수 있다.
본 발명에 따르면, 전류 분산층(33)이 메사들(M) 및 메사들(M) 사이의 제1 도전형 반도체층(23)의 거의 전 영역을 덮는다. 따라서, 전류 분산층(33)을 통해 전류가 쉽게 분산될 수 있다.
나아가, 전류 분산층(23)이 알루미늄(Al)과 같은 반사 금속층을 포함하거나, 하부 절연층을 절연 반사층으로 형성함으로써 반사 전극들(30)에 의해 반사되지 않는 광을 전류 분산층(23) 또는 하부 절연층(31)을 이용하여 반사시킬 수 있어 광 추출 효율을 향상시킬 수 있다.
도 5a에 도시된 발광 소자는 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한 발광 소자(10)와 대체로 유사하다. 다만, 도 5a의 경우, 제1 및 제2 패드(37a, 37b)의 측면까지 파장 변환부(121)가 연장되어 형성될 수 있고, 이에 따라, 반사부(130) 및 광 차단부(140) 역시 제1 및 제2 패드(37a, 37b)의 외측 측면 상에 형성될 수 있다.
도 1 내지 도 5b를 참조하여 설명한 발광 소자(10)는 별도의 2차 기판이나, 별도의 리드 전극을 포함하지 않고, 발광칩(110), 파장변환부(121), 반사부(130) 및 광 차단부(140)가 일체로 형성되어 발광 소자(10)의 크기를 소형화할 수 있다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 소자를 설명하기 위한 평면도이다.
도 6에 도시된 발광 소자(10)는 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한 것과 대체로 유사하나, 발광 소자(10)는 복수개의 단위 발광 소자(100)를 포함한다.
도 6(a)를 참조하면, 발광 소자(10)는 여섯 개의 단위 발광 소자(100)를 포함하고 있으며, 단위 발광 소자(100)들의 일측면은 서로 맞닿아 있다. 구체적으로, 단위 발광 소자(100)들의 포함하는 반사부(130) 각각이 서로 맞닿아 있는 구조일 수도 있고, 단위 발광 소자(100)들이 포함하는 반사부(130)는 인접하는 단위 발광 소자(100)들이 서로 공유하는 구조일 수도 있다.
단위 발광 소자(100) 각각은 서로 동일한 색 또는 서로 다른 색을 방출할 수 있다. 단위 발광 소자(100) 각각은 이시에 또는 동시에 점등되거나 점멸될 수 있다.
도 6(b)를 참조하면, 발광 소자(10)는 여섯 개의 단위 발광 소자(100)를 포함하고 있으며, 단위 발광 소자(100)들 사이에 광 차단부(140)가 배치된 구조를 가진다. 또는, 도 1 및 도 2에 따른 발광 소자(10) 여섯 개를 연이어 연결함으로써 동일한 구조를 형성할 수도 있다. 단위 발광 소자(100) 사이에 광 차단부(140)가 배치됨으로써, 인접하는 단위 발광 소자(100)의 빛샘 현상에 따른 색의 변화를 최소화할 수 있다.
본 실시예에 따른 발광 소자(10)는 차량 램프로 사용될 수 있다. 구체적으로 예를 들면, 도 6(b)에 따른 발광 소자(10)는 자동차의 미등으로 사용될 수 있다. 이 경우, 발광 소자(10)는 백색계열 단위 발광 소자(100) 및 황색(amber)계열 단위 발광 소자(100)가 교대로 배치된 구조로 형성될 수 있다. 도 6(b)에 따른 발광 소자(10)는 단위 발광 소자(100)들 사이에 광 차단부(140)가 배치되는 구조이므로, 도 6(a)에 따른 발광 소자(10)와 달리, 백색계열 및 황색계열 단위 발광 소자(100)들이 동시에 점등 및 점멸되는 경우에, 반사부(130)에서 백색과 황색이 혼합되는 현상이 방지될 수 있다.
본 실시예에 따른 발광 소자(10)는 여섯 개의 단위 발광 소자(100)를 포함하고 있지만, 본 발명은 이에 국한되는 것은 아니다. 배치되는 발광 소자(10) 또는 단위 발광 소자(100)의 개수 및 배치 형태는 사용자의 목적 및 필요에 따라 적절히 조절될 수 있다.
도 7는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 소자를 설명하기 위한 평면도이다.
도 7에 도시된 발광 소자(10)는 도 6을 참조하여 설명한 것과 대체로 유사하나, 발광 소자(10)는 복수 개의 단위 발광 소자들(100)이 두 줄로 배치된다.
도 7(a)를 참조하면, 발광 소자는 단위 발광 소자(100) 여섯 개가 두 줄로 배치된다. 구체적으로, 단위 발광 소자(100) 세 개가 모여 위쪽 행을 형성하고, 단위 발광 소자(100) 세 개가 모여 아래쪽 행을 형성할 수 있다. 단위 발광 소자(100)들 각각은 적어도 두 측면이 서로 맞닿을 수 있다.
발광 소자(10)는 차량용 전등으로 사용될 수 있다. 구체적으로 예를 들면, 도 7(a)에 따른 발광 소자(10)는 자동차의 방향 지시등으로 사용될 수 있다. 이 경우, 발광 소자는 백색계열 단위 발광 소자(100) 및 황색(amber)계열 단위 발광 소자(100)가 서로 맞닿아 있지 않도록 배치될 수 있다. 즉, 백색계열 단위 발광 소자(100)가 위쪽 행의 제일 왼쪽에 배치된 경우에는, 그 오른쪽과 아래쪽 단위 발광 소자(100)는 황색계열 단위 발광 소자(100)가 배치될 수 있다.
백색계열 단위 발광 소자(100)들과 황색 계열 단위 발광 소자(100)들은 서로 교대로 점등 또는 점멸됨으로써, 자동차의 방향 지시등으로 사용될 수 있다. 이 경우, 동일한 색 계열의 단위 발광 소자(100)들만이 일제히 점등 또는 점멸되므로, 반사부(130)에서의 색 혼합은 문제되지 않는다.
도 7(b)를 참조하면, 발광 소자(10)는 두 줄로 배치된 단위 발광 소자(100)들 사이에 광 차단부(140)이 배치된 구조를 가진다. 또는 발광 소자(10) 여섯 개를 나란히 두 줄로 배치함으로써, 동일한 구조를 형성할 수도 있다. 단위 발광 소자(100) 사이에 광 차단부(140)가 배치됨으로써, 인접하는 단위 발광 소자(100)의 빛샘 현상에 따른 색의 변화를 최소화할 수 있다.
본 발명에 따른 발광 소자(10)는 빛샘 현상이 방지되므로, 사용자가 목표하는 대상에 뚜렷한 컷오프 선을 가지는 광을 조사할 수 있다. 상술한 실시예에서 자동차용 램프를 예로 들었지만, 본 발명에 따른 발광 소자(10)는 이에 국한되는 것이 아니고, 사용자의 목적과 필요에 따라 다양한 용도로 활용될 수 있다.
도 8은 본 발명의 실시예들에 따른 발광 소자를 포함하는 백라이트 유닛을 설명하기 위한 단면도 및 평면도이다.
도8를 참조하면, 백라이트 유닛은 발광소자(10), 인쇄회로기판(210), 지지대(220) 및 렌즈(230)를 포함한다. 발광 소자(10)는 렌즈(230)의 중앙에 배치될 수 있고, 렌즈(230)는 지지대(220)를 통해 지지되어, 인쇄회로기판(210)과 이격되어 배치될 수 있다.
발광소자(10)가 포함하는 광 차단부는 렌즈(230)의 바닥부와 인쇄회로기판 사이에 배치되어, 발광 소자(10)에서 방출되는 광이 렌즈 이외의 영역으로 누설되는 것을 방지할 수 있다. 이에 따라, 렌즈(230)의 광 입사부로 최대한 광을 조사할 수 있어, 디스플레이의 명암대비비 및 시야각을 향상시킬 수 있다.
도 8에 개시된 백라이트 유닛은 직하형 백라이트 유닛이지만, 본 발명에 따른 발광 소자(10)는 이에 국한되지 않고, 에지형 백라이트 유닛에도 적용될 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10: 발광 소자
21: 기판
23: 제1 도전형 반도체층
25: 활성층
27: 제2 도전형 반도체층
28: 반사층
29: 장벽층
30: 반사 전극
31: 하부 절연층
33: 전류 분산층
35: 상부 절연층
37a: 제1 패드
37b: 제2 패드
100: 단위 발광 소자
110: 발광칩
121, 123: 파장 변환부
130: 반사부
140: 광 차단부
150: 렌즈
210: 인쇄회로기판
220: 지지대
230: 렌즈
M: 메사들
21: 기판
23: 제1 도전형 반도체층
25: 활성층
27: 제2 도전형 반도체층
28: 반사층
29: 장벽층
30: 반사 전극
31: 하부 절연층
33: 전류 분산층
35: 상부 절연층
37a: 제1 패드
37b: 제2 패드
100: 단위 발광 소자
110: 발광칩
121, 123: 파장 변환부
130: 반사부
140: 광 차단부
150: 렌즈
210: 인쇄회로기판
220: 지지대
230: 렌즈
M: 메사들
Claims (22)
- 단위 발광 소자; 및
상기 단위 발광 소자의 적어도 일측면을 덮는 광 차단부를 포함하되,
상기 단위 발광 소자는 상면, 측면 및 하면을 가지는 발광칩, 상기 발광칩의 상면을 덮는 파장 변환부 및 상기 발광칩의 측면을 덮으며, 상기 발광칩의 측면을 통해 방출되는 광을 반사하는 반사부를 포함하고,
상기 발광칩은 하면에 전극 패드들을 가지며, 바깥면에 상기 전극 패드들이 노출되며,
상기 광 차단부는 상기 반사부의 측면을 덮으며, 상기 반사부를 통해 누설되는 광을 흡수하는 발광 소자. - 청구항 1에 있어서,
상기 발광칩의 측면을 덮는 파장 변환부를 더 포함하되,
상기 측면을 덮는 파장 변환부는 상기 반사부와 상기 발광칩 사이에 위치하는 발광 소자. - 청구항 2에 있어서,
상기 파장 변환부는 형광체 및 수지를 포함하고,
상기 파장 변환부는 플라즈마 처리된 측면을 갖는 발광 소자. - 청구항 1에 있어서,
상기 발광칩은 제2 도전형 반도체층, 상기 제2 도전형 반도체층 상에 위치하는 활성층, 상기 활성층 상에 위치하는 제1 도전형 반도체층 및 상기 제1 도전형 반도체층 상에 위치하는 기판을 포함하는 발광 소자. - 청구항 4에 있어서,
상기 발광칩은,
상기 제1 도전형 반도체층 상에 서로 이격되어 배치되고, 각각 상기 활성층 및 상기 제2 도전형 반도체층을 포함하는 복수의 메사들;
각각 상기 복수의 메사들 상에 위치하여 상기 제2 도전형 반도체층에 오믹 콘택하는 반사 전극들; 및
상기 복수의 메사들 및 상기 제1 도전형 반도체층을 덮되, 상기 각각의 메사 상부 영역 내에 위치하고 상기 반사 전극들을 노출시키는 개구부들을 가지며, 상기 제1 도전형 반도체층에 오믹 콘택하고 상기 복수의 메사들로부터 절연된 전류 분산층을 더 포함하는 발광 소자. - 청구항 5에 있어서,
상기 복수의 메사들은 일측 방향으로 서로 평향하게 연장되는 기다란 형상을 갖고, 상기 전류 분산층의 개구부들은 상기 복수의 메사들의 동일 단부측에 치우쳐 위치하는 발광 소자. - 청구항 5에 있어서,
상기 전극 패드들은, 제1 패드 및 제2 패드를 포함하고,
상기 발광칩은, 상기 전류 분산층의 적어도 일부를 덮되, 상기 반사 전극들을 노출시키는 개구부들을 갖는 상부 절연층을 더 포함하며,
상기 제1 패드는 상기 전류 분산층에 전기적으로 접속되고, 상기 제2 패드는 상기 개구부들에 의해 노출된 상기 반사 전극들에 전기적으로 접속된 발광 소자. - 청구항 1에 있어서,
상기 광 차단부는 상기 반사부에 비해 광을 더 잘 흡수하는 물질을 포함하되, 상기 광을 흡수하는 물질은 블랙 카본, 검정색 수지 및 검정색 도료인 발광 소자. - 청구항 1에 있어서,
상기 광 차단부의 상면 높이는 상기 반사부의 상면 높이와 같거나 높은 발광 소자. - 청구항 1에 있어서,
적어도 하나의 단위 발광 소자를 더 포함하고,
상기 광 차단부는 상기 적어도 하나의 단위 발광 소자의 적어도 일 측면을 덮는 발광 소자. - 청구항 10에 있어서,
상기 단위 발광 소자 각각의 적어도 일측면은 서로 맞닿아 있는 발광 소자. - 청구항 10에 있어서,
상기 광 차단부의 일부는 상기 단위 발광 소자와 상기 적어도 하나의 단위 발광 소자 사이에 배치된 발광 소자. - 청구항 10에 있어서,
상기 적어도 하나의 단위 발광 소자는 발광칩의 측면을 덮는 파장 변환부를 더 포함하되,
상기 측면을 덮는 파장 변환부는 상기 적어도 하나의 단위 발광 소자의 반사부와 발광칩 사이에 위치하는 발광 소자. - 청구항 13에 있어서,
상기 파장 변환부의 상면과 상기 반사부의 상면은 서로 동일 높이를 이루는 발광 소자. - 청구항 14에 있어서,
상기 반사부의 상면과 상기 광 차단부의 상면은 서로 동일 높이를 이루는 발광 소자. - 청구항 1에 있어서,
상기 발광칩 상에 위치하는 렌즈를 더 포함하는 발광 소자. - 청구항 1에 있어서,
상기 반사부와 상기 광 차단부는 서로 접촉하는 발광 소자. - 청구항 1에 있어서,
상기 반사부는 일정한 두께를 가지는 발광 소자. - 청구항 1에 있어서,
상기 광 차단부는 일정한 두께를 가지는 발광 소자. - 청구항 1에 따른 발광 소자를 포함하는 차량용 램프.
- 인쇄회로기판;
청구항 1에 따른 발광 소자; 및
상기 인쇄회로기판에 장착되어 상기 발광 소자를 덮는 렌즈를 포함하는 백라이트 유닛. - 청구항 21에 있어서,
상기 발광 소자의 광 차단부의 적어도 일부는 상기 렌즈의 바닥부와 상기 인쇄회로기판 사이에 위치하는 백라이트 유닛.
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| US10224358B2 (en) * | 2017-05-09 | 2019-03-05 | Lumileds Llc | Light emitting device with reflective sidewall |
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| KR101691589B1 (ko) * | 2011-09-16 | 2017-01-02 | 서울바이오시스 주식회사 | 발광 다이오드 및 그것을 제조하는 방법 |
-
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