KR102182023B1 - 발광소자 및 이를 포함하는 발광소자 패키지 - Google Patents

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Abstract

실시예는 제1 도전형 반도체층과 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하는 발광 구조물; 상기 발광 구조물 상에 배치된 형광체층; 및 상기 형광체층 상에 배치된 광확산층을 포함하는 발광 소자를 제공한다.

Description

발광소자 및 이를 포함하는 발광소자 패키지{LIGHT EMITTING DEVICE AND LIGHT EMITTING DEVICE PACKAGE INCLUDING THE SAME}
실시예는 발광소자 및 이를 포함하는 발광소자 패키지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 지향각이 개선된 발광소자에 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(Ligit Emitting Diode)나 레이저 다이오드와 같은 발광소자는 박막 성장 기술 및 소자 재료의 개발로 적색, 녹색, 청색 및 자외선 등 다양한 색을 구현할 수 있으며, 형광 물질을 이용하거나 색을 조합함으로써 효율이 좋은 백색 광선도 구현이 가능하며, 형광등, 백열등 등 기존의 광원에 비해 저소비전력, 반영구적인 수명, 빠른 응답속도, 안전성, 환경친화성의 장점을 가진다.
따라서, 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.
발광소자는 사파이어(Sapphire) 등으로 이루어진 기판 위에 언도프드 반도체층(un-GaN)과 제1 도전형 반도체층(n-GaN)과 활성층(MQW) 및 제2 도전형 반도체층(p-GaN)을 포함하는 발광구조물이 형성되고, 제1 도전형 반도체층과 제2 도전형 반도체층 상에 각각 제1 전극과 제2 전극이 배치될 수 있다.
발광소자는 제1 도전형 반도체층을 통해서 주입되는 전자와 제2 도전형 반도체층을 통해서 주입되는 정공이 서로 만나서 활성층을 이루는 물질 고유의 에너지 밴드에 의해서 결정되는 에너지를 갖는 빛을 방출한다. 활성층에서 방출되는 빛은 활성층을 이루는 물질의 조성에 따라 다를 수 있으며, 청색광이나 자외선(UV) 또는 심자외선(Deep UV) 또는 다른 파장 영역의 광일 수 있다.
발광소자에서 방출된 제1 파장 영역의 광은 형광체를 여기하고, 형광체에서 제2 파장 영역의 광이 방출될 수 있다. 형광체는 발광소자를 둘러싸는 몰딩부 내에 포함되거나 형광체 필름의 형태로 배치될 수 있다.
그러나, 몰딩부 내에 형광체가 배치될 경우 형광체의 분포가 일정하지 않아서 발광소자 패키지에서 방출되는 광의 색산포가 고르지 않을 수 있고, 캐비티 내에 몰딩부를 배치하면 지향각이 좁아질 수 있다.
그리고, 형광체 필름을 발광소자 상에 직접 배치할 수 있는데, 얇은 두께의 형광체 필름이 발광소자에 직접 접촉하므로 지향각은 향상될 수 있으나, 형광체 필름의 각 영역에서 방출되는 빛의 색온도 편차가 커질 수 있다.
실시예는 발광소자에서 방출되는 광의 색온도 편차를 개선하고자 한다.
실시예는 제1 도전형 반도체층과 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하는 발광 구조물; 상기 발광 구조물 상에 배치된 형광체층; 및 상기 형광체층 상에 배치된 광확산층을 포함하는 발광 소자를 제공한다.
형광체층과 상기 광확산층은 동일한 모재로 이루어질 수 있다.
광확산층은 상기 형광체층에 직접 접촉할 수 있다.
형광체층은 실리콘 계열의 접착제로 상기 발광 구조물에 결합될 수 있다.
광확산층은 실리콘과 광확산제를 포함할 수 있다.
광확산제는 ZrO2를 포함할 수 있다.
형광체층은 60 마이크로 미터 내지 80 마이크로 미터의 두께를 가질 수 있다.
광확산층은 7 마이크로 미터 내지 12 마이크로 미터의 두께를 가질 수 있다.
다른 실시예는 패키지 몸체; 상기 패키지 몸체에 배치된 제1 리드 프레임과 제2 리드 프레임; 상기 패키지 몸체에 배치되고 상기 제1 리드 프레임과 제2 리드 프레임에 전기적으로 연결된 상술한 발광소자; 및 상기 발광소자를 둘러싸는 몰딩부를 포함하는 발광소자 패키지를 제공한다.
실시예에 따른 발광소자 및 이를 포함하는 발광소자 패키지는, 필름 형상의 형광체층이 발광 구조물에 직접 접촉하거나 실리콘 계열의 접착제를 통하여 결합되고, 형광체층 상에 광확산층이 형광체층과 동일한 재료를 모재로 하여 직접 접촉하며 결합되므로, 발광소자에서 방출된 빛이 광확산층에서 확산되어 지향각이 향상되며 색온도 편차가 감소될 수 있다.
도 1은 발광소자의 일실시예의 단면도이고,
도 2a는 도 1의 'A' 영역의 일실시예를 나타낸 도면이고,
도 2b는 도 1의 'A' 영역의 다른 실시예를 나타낸 도면이고,
도 3은 도 1의 광학층의 평면도를 나타낸 도면이고,
도 4는 발광소자의 다른 실시예의 단면도이고,
도 5는 발광소자를 포함하는 발광소자 패키지의 일실시예를 나타낸 도면이고,
도 6은 발광소자를 포함하는 영상표시장치의 일실시예를 나타낸 도면이고,
도 7은 발광소자를 포함하는 조명장치의 일실시예를 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 1은 발광소자의 일실시예의 단면도이다.
도 1에 도시된 따른 발광소자(100)는 수직형 발광소자이고, 지지기판(160) 상에 접합층(150)과 반사층(140) 및 오믹층(130)이 배치되고, 오믹층(130) 상에 발광 구조물(120)이 배치되고, 발광 구조물(120) 상에는 광학층(190)이 배치된다.
발광 구조물(120)은 제1 도전형반도체층(122)과 활성층(124) 및 제2 도전형반도체층(126)을 포함하여 이루어진다.
제1 도전형 반도체층(122)은 Ⅲ-Ⅴ족, Ⅱ-Ⅵ족 등의 화합물 반도체로 구현될 수 있으며, 제1 도전형 도펀트가 도핑될 수 있다. 제1 도전형 반도체층(122)은 AlxInyGa(1-x-y)N (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질, AlGaN, GaN, InAlGaN, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP, AlGaInP 중 어느 하나 이상으로 형성될 수 있다.
제1 도전형 반도체층(122)이 n형 반도체층인 경우, 제1 도전형 도펀트는 Si, Ge, Sn, Se, Te 등과 같은 n형 도펀트를 포함할 수 있다. 제1 도전형 반도체층(122)은 단층 또는 다층으로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
활성층(124)은 제1 도전형 반도체층(122)과 제2 도전형 반도체층(126) 사이에 배치되며, 단일 우물 구조(Double Hetero Structure), 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(124)은 Ⅲ-Ⅴ족 원소의 화합물 반도체 재료를 이용하여 우물층과장벽층, 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(126)은 반도체 화합물로 형성될 수 있다. 제2 도전형 반도체층(126)은 Ⅲ-Ⅴ족, Ⅱ-Ⅵ족 등의 화합물 반도체로 구현될 수 있으며, 제2 도전형 도펀트가 도핑될 수 있다. 제2 도전형 반도체층(126)은 예컨대, InxAlyGa1 -x-yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질, AlGaN, GaNAlInN, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP, AlGaInP 중 어느 하나 이상으로 형성될 수 있으며, 예를 들어 제2 도전형 반도체층(126)이 AlxGa(1-x)N으로 이루어질 수 있다.
제2 도전형 반도체층(126)이 p형 반도체층인 경우, 제2 도전형 도펀트는 Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등과 같은 p형 도펀트일 수 있다. 제2 도전형 반도체층(126)은 단층 또는 다층으로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
도시되지는 않았으나, 활성층(124)과 제2 도전형 반도체층(126)의 사이에는 전자 차단층(Electron blocking layer)가 배치될 수 있다. 전자 차단층은 초격자(superlattice) 구조로 이루어질 수 있는데, 초격자는 예를 들어 제2 도전형 도펀트로 도핑된 AlGaN이 배치될 수 있고, 알루미늄의 조성비를 달리하는 GaN이 층(layer)을 이루어 복수 개 서로 교대로 배치될 수도 있다.
제1 도전형 반도체층(122)의 표면이 패턴을 이루어 광추출 효율을 향상시킬 수 있고, 제1 도전형 반도체층(122)의 표면에는 제1 전극(172)이 배치되는데 도시된 바와 같이 제1 전극(172)이 배치되는 제1 도전형 반도체층(122)의 표면은 패턴을 이루지 않을 수 있다. 제1 전극(172)은 알루미늄(Al), 티타늄(Ti), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 구리(Cu), 금(Au) 중 적어도 하나를 포함하여 단층 또는 다층 구조로 형성될 수 있다.
발광 구조물(120)의 둘레에는 패시베이션층(180)이 형성될 수 있는데, 패시베이션층(180)은 절연물질로 이루어질 수 있으며, 절연물질은 비전도성인 산화물이나 질화물로 이루어질 수 있다. 일 예로서, 상기 패시베이션층(180)은 실리콘 산화물(SiO2)층, 산화 질화물층, 산화 알루미늄층으로 이루어질 수 있다.
발광 구조물(120) 상에는 광학층(190)이 배치되는데, 광학층(190)은 형광체층(192)과 광확산층(194)을 포함하여 이루어진다.
형광체층(192)은 필름 또는 얇은 막으로 발광 구조물(120)의 상부에 배치되는데, 형광체층(192)은 제1 도전형 반도체층(122)과 패시베이션층(180)의 상부표면에 접촉하며 배치될 수 있으며, 형광체층(192)에는 후술하는 바와 같이 오픈 영역이 형성되어 제1 전극(172)이 배치될 수 있다.
광확산층(194)은 형광체층(192)과 접촉하며 배치되는데, 광확산층(194)에도 오픈 영역이 형성되어 제1 전극(172)이 배치될 수 있다. 도 1에서 광확산층(194)의 상부 표면이 제1 전극(172)의 상부 표면과 높이가 서로 동일하게 배치되나, 와이어 본딩 등을 위하여 제1 전극(172)의 상부 표면이 광학산층(194)의 상부 표면보다 높게 돌출되어 배치될 수도 있다.
형광체층(192)은 60 마이크로 미터 내지 80 마이크로 미터의 두께(t1)을 가지는데, 형광체층의 두께(t1)가 60 마이크로 미터보다 얇으면 활성층(124)에서 방출된 제1 파장 영역의 광을 여기하기에 충분하지 않을 수 있으며 필름 타임으로는 60 마이크로 미터 이하의 두께로 제조하기 어렵다.
또한, 형광체층의 두께(t1)가 80 마이크로 미터보다 두꺼우면 발광소자에서 방출되는 빛의 양이 감소할 수 있는데, 통상 형광체층의 두께(t1)가 60 마이크로 미터 증가하면 발광소자에서 방출되는 광속은 4%정도가 감소한다.
광확산층(194)은 7 마이크로 미터 내지 12 마이크로 미터의 두께(t2)을 가지는데, 광확산층(194)의 두께(t2)가 7 마이크로 미터보다 얇으면 광확산 효과가 충분하지 않을 수 있고, 12 마이크로 미터보다 두꺼우면 투광성이 감소할 수 있다.
도 2a는 도 1의 'A' 영역의 일실시예를 나타낸 도면이고, 도 2b는 도 1의 'A' 영역의 다른 실시예를 나타낸 도면이고, 도 3은 도 1의 광학층의 평면도를 나타낸 도면이다. 이하에서, 도 2a 내지 도 3을 참조하여 광학층을 상세히 설명한다.
도 2a에서 형광체층(192)는 모재(basic material, 192a)와 형광체(192b)를 포함하여 이루어지는데, 모재(192a)는 실리콘 계열의 재료일 수 있으며 발광 구조물(120)에 접착력이 우수할 수 있다.
광확산층(194)는 모재(194a)와 광확산제(194b)를 포함하여 이루어지는데, 모재(194a)는 형광체층(192) 내의 모재(192a)와 동일한 재료로 이루어질 수 있고, 광확산제(194b)는 지르코니아(ZrO2) 등의 광확산 특성이 우수한 재료를 포함하여 이루어질 수 있다.
도 2a에서 형광체층(192) 내의 모재(192a)와 광확산층(194) 내의 모재(194a)가 서로 동일한 재료, 예를 들면 실리콘 계열의 재료로 이루어져서, 형광체층(192)과 광확산층(194)의 접착력이 증가할 수 있다.
도 2b는 도 2a의 실시예와 유사하나, 형광체층(192)의 하부에 접합층(191)이 배치되는데, 접합층(191)은 실리콘 계열의 접착제로 이루어져서 형광체층(192)을 발광 구조물 등에 결합시킬 수 있다.
형광체층(192)이나 광확산층(194)는 스프레이 코팅이나 바 코팅 등의 방법으로 제조할 수 있다.
도 3에서 광학층(190)의 평면도가 도시되는데, 좌측에서는 복수 개의 발광소자에 사용될 광학층(190)이 제조 공정 후에 다이싱(dicing)된 상태를 나타내고 있다. 각각의 광학층(190)은 일정한 갭(g)만큼 분리되고 있으며 적어도 하나의 오픈 영역(P)이 형성되고 있다. 도 3의 우측에서 하나의 광학층(190)에 2개의 오픈 영역(P)이 배치되고 있는데, 각각의 오픈 영역(P)에는 전극이 배치될 수 있다.
발광 구조물(120)의 하부에는 제2 전극이 배치되어야 하는데, 오믹층(130)과 반사층(140)이 제2 전극으로 작용할 수 있다.
오믹층(130)은 약 200 옹스트롱의 두께일 수 있다. 오믹층(130)은 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), IZON(IZO Nitride), AGZO(Al-GaZnO), IGZO(In-GaZnO), ZnO, IrOx, RuOx, NiO, RuOx/ITO, Ni/IrOx/Au, 및 Ni/IrOx/Au/ITO, Ag, Ni, Cr, Ti, Al, Rh, Pd, Ir, Sn, In, Ru, Mg, Zn, Pt, Au, Hf 중 적어도 하나를 포함하여 형성될 수 있으며, 이러한 재료에 한정되는 않는다.
반사층(140)은 몰리브덴(Mo), 알루미늄(Al), 은(Ag), 니켈(Ni), 백금(Pt), 로듐(Rh), 혹은 Al이나 Ag이나 Pt나 Rh를 포함하는 합금을 포함하는 금속층으로 이루어질 수 있다. 알루미늄이나 은 등은 활성층(124)에서 발생된 빛을 효과적으로 반사하여 반도체 소자의 광추출 효율을 크게 개선할 수 있고, 몰리브덴은 후술하는 돌출부의 도금 성장에 유리할 수 있다.
지지기판(support substrate, 160)은 금속 또는 반도체 물질 등 도전성 물질로 형성될 수 있다. 전기 전도도 내지 열전도도가 우수한 금속을 사용할 수 있고, 반도체 소자 작동시 발생하는 열을 충분히 발산시킬 수 있어야 하므로 열 전도도가 높은 물질(ex. 금속 등)로 형성될 수 있다. 예를 들어, 몰리브덴(Mo), 실리콘(Si), 텅스텐(W), 구리(Cu) 및 알루미늄(Al)로 구성되는 군으로부터 선택되는 물질 또는 이들의 합금으로 이루어질 수 있으며, 또한, 금(Au), 구리합금(Cu Alloy), 니켈(Ni), 구리-텅스텐(Cu-W), 캐리어웨이퍼(예: GaN, Si, Ge, GaAs, ZnO, SiGe, SiC, SiGe, Ga2O3 등) 등을 선택적으로 포함할 수 있다.
상기 지지기판(160)은 전체 질화물 반도체에 휨을 가져오지 않으면서, 스크라이빙(scribing) 공정 및 브레이킹(breaking) 공정을 통하여 별개의 칩으로 잘 분리시키기 위한 정도의 기계적 강도를 가지기 위하여 50 내지 200 마이크로 미터의 두께로 이루어질 수 있다.
접합층(150)은 반사층(140)과 지지기판(160)을 결합하는데, 금(Au), 주석(Sn), 인듐(In), 알루미늄(Al), 실리콘(Si), 은(Ag), 니켈(Ni) 및 구리(Cu)로 구성되는 군으로부터 선택되는 물질 또는 이들의 합금으로 형성할 수 있다.
상술한 실시예에 따른 발광소자에서 필름 형상의 형광체층이 발광 구조물에 직접 접촉하거나 실리콘 계열의 접착제를 통하여 결합되고, 형광체층 상에 광확산층이 형광체층과 동일한 재료를 모재로 하여 직접 접촉하며 결합되므로, 발광소자에서 방출된 빛이 광확산층에서 확산되어 지향각이 향상되며 색온도 편차가 감소될 수 있다.
아래의 표 1은 종래의 형광체 필름만이 배치된 발광소자와, 상술한 실시예에 따른 발광소자의 지향각 등의 특성을 나타낸 것이다.
비교예 실시예
평균 색온도 7696 K 6006 K
최고 색온도 4609 K 4893 K
최저 색온도 12130 K 7344 K
ΔCCT 7521 K 2451 K
지향각 126.2 124.0
실시예는 색온도 편차(△CCT)가 종래에 비하여 작아져서, 발광소자의 전영역에서 방출되는 빛의 색온도가 고르게 분포할 수 있다.
도 4는 발광소자의 다른 실시예의 단면도이다.
본 실시예에 따른 발광소자(200)는 기판(210)과, 발광 구조물(220)과, 투광성 도전층(230)과, 제1 전극(272), 제2 전극(276), 및 광학층(290)을 포함하여 이루어진다.
기판(210)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(210)을 형성하고, 기판(210) 상에 GaN이나 AlGaN 등을 포함하는 발광구조물(220)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(미도시)을 형성할 수 있다.
기판(210)의 표면에는 도시된 바와 같이 패턴이 형성되어, 발광 구조물(220)에서 방출되어 기판(210)으로 진행하는 빛을 굴절시킬 수도 있다.
발광 구조물(220)은 제1 도전형 반도체층(222)과 활성층(224) 및 제2 도전형 반도체층(226)을 포함하고, 조성은 도 1에 도시된 실시예와 동일하다.
제2 도전형 반도체층(226) 상에는 투광성 도전층(230)이 배치될 수 있는데, 투광성 도전층(230)은 ITO(Indium-Tin-Oxide) 등으로 이루어질 수 있는데, 제2 도전형 반도체층(226)의 전류 스프레딩(spreading) 특성이 좋지 않아 투광성 도전층(230)이 제2 전극(276)으로부터 전류를 공급받을 수 있다.
발광 구조물(220)의 일부 영역에서 제2 도전형 반도체층(226)으로부터 활성층(224)과 제1 도전형 반도체층(222)의 일부가 메사 식각되어, 제1 도전형 반도체층(222)의 표면이 노출된다.
노출된 제1 도전형 반도체층(222) 상에는 제1 전극(272)이 배치되고, 투광성 도전층(226) 상에는 제2 전극(276)이 배치되는데, 제1 전극(272)과 제2 전극(276)의 조성은 도 1의 발광소자(100)의 제1 전극(172)과 동일할 수 있다.
투광성 도전층(230) 상에는 광학층(290)이 배치되는데, 광학층(290)은 형광체층(292)과 광확산층(294)을 포함하여 이루어진다. 형광체층(292)과 광확산층(294)의 조성은 도 2a 및 도 2b에 도시된 실시예와 동일하며, 도 3 등에 도시된 바와 같이 제2 전극(276)이 배치되는 오픈 영역이 형성될 수 있다.
도 5는 발광소자를 포함하는 발광소자 패키지의 일실시예를 나타낸 도면이다.
실시예에 따른 발광소자 패키지(300)는 캐비티를 포함하는 몸체(310)와, 상기 몸체(310)에 설치된 제1 리드 프레임(Lead Frame, 321) 및 제2 리드 프레임(322)과, 상기 몸체(310)에 설치되어 상기 제1 리드 프레임(321) 및 제2 리드 프레임(322)과 전기적으로 연결되는 상술한 실시예들에 따른 발광소자(200)와, 상기 캐비티에 형성된 몰딩부(260)를 포함한다.
몸체(310)는 실리콘 재질, 합성수지 재질, 또는 금속 재질을 포함하여 형성될 수 있다. 상기 몸체(310)가 금속 재질 등 도전성 물질로 이루어지면, 도시되지는 않았으나 상기 몸체(310)의 표면에 절연층이 코팅되어 상기 제1,2 리드 프레임(321, 322) 간의 전기적 단락을 방지할 수 있다. 패키지 몸체(310)에는 바닥면(b)과 측벽(i)을 포함하는 캐비티가 형성되고, 캐비티의 바닥면(b)에 발광소자(200)가 배치될 수 있다.
제1 리드 프레임(321) 및 제2 리드 프레임(322)은 서로 전기적으로 분리되며, 상기 발광소자(200)에 전류를 공급한다. 또한, 제1 리드 프레임(321) 및 제2 리드 프레임(322)은 발광소자(200)에서 발생된 광을 반사시켜 광 효율을 증가시킬 수 있으며, 발광소자(200)에서 발생된 열을 외부로 배출시킬 수도 있다.
발광소자(200)는 상술한 실시예들에 따른 발광소자일 수 있다.
발광소자(200)는 패키지 몸체(310)의 바닥면에 도전성 페이스트(미도시) 등으로 고정될 수 있고, 제1 리드 프레임(321)과 제2 리드 프레임(322)에 와이어(250)로 본딩될 수 있다. 상기 몰딩부(260)는 상기 발광소자(200)를 포위하여 보호할 수 있다.
발광소자 패키지(400)는 상술한 실시예들에 따른 발광소자 중 하나 또는 복수 개로 탑재할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
이하에서는 상술한 발광소자 패키지가 배치된 조명 시스템의 일실시예로서, 영상표시장치와 조명장치를 설명한다.
도 6은 발광소자가 배치된 영상표시장치의 일실시예를 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 빛을 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 발광소자 패키지(535)를 포함하여 이루어진다. 여기서, 회로 기판(530)은 PCB 등이 사용될 수 있고, 발광소자 패키지(535)는 상술한 실시예에 따른다.
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, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PolyEthylene Terephtalate; PET)를 사용할 수 있다.
도광판(540)은 발광소자 패키지 모듈에서 방출되는 빛을 산란시켜 그 빛이 액정 표시 장치의 화면 전영역에 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 빛을 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 빛의 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 빛을, 각각의 화소마다 적색과 녹색 및 청색의 빛만을 투과하므로 화상을 표현할 수 있다.
도 7은 발광소자가 배치된 조명장치의 일실시예를 나타낸 도면이다.
본 실시예에 따른 조명 장치는 커버(1100), 광원 모듈(1200), 방열체(1200), 전원 제공부(1600), 내부 케이스(1700), 소켓(1800)을 포함할 수 있다. 또한, 실시 예에 따른 조명 장치는 부재(1300)와 홀더(1500) 중 어느 하나 이상을 더 포함할 수 있고, 광원 모듈(1200)은 상술한 실시예들에 따른 발광소자 패키지를 포함할 수 있다.
커버(1100)는 벌브(bulb) 또는 반구의 형상을 가지며, 속이 비어 있고, 일 부분이 개구된 형상으로 제공될 수 있다. 상기 커버(1100)는 상기 광원 모듈(1200)과 광학적으로 결합될 수 있다. 예를 들어, 상기 커버(1100)는 상기 광원 모듈(1200)로부터 제공되는 빛을 확산, 산란 또는 여기 시킬 수 있다. 상기 커버(1100)는 일종의 광학 부재일 수 있다. 상기 커버(1100)는 상기 방열체(1200)와 결합될 수 있다. 상기 커버(1100)는 상기 방열체(1200)와 결합하는 결합부를 가질 수 있다.
커버(1100)의 내면에는 유백색 도료가 코팅될 수 있다. 유백색의 도료는 빛을 확산시키는 확산재를 포함할 수 있다. 상기 커버(1100)의 내면의 표면 거칠기는 상기 커버(1100)의 외면의 표면 거칠기보다 크게 형성될 수 있다. 이는 상기 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, 폴리카보네이트는내광성, 내열성, 강도가 뛰어나다. 상기 커버(1100)는 외부에서 상기 광원 모듈(1200)이 보이도록 투명할 수 있고, 불투명할 수 있다. 상기 커버(1100)는 블로우(blow) 성형을 통해 형성될 수 있다.
광원 모듈(1200)은 상기 방열체(1200)의 일 면에 배치될 수 있다. 따라서, 광원 모듈(1200)로부터의 열은 상기 방열체(1200)로 전도된다. 상기 광원 모듈(1200)은 발광소자 패키지(1210), 연결 플레이트(1230), 커넥터(1250)를 포함할 수 있다.
부재(1300)는 상기 방열체(1200)의 상면 위에 배치되고, 복수의 발광소자 패키지(1210)들과 커넥터(1250)이 삽입되는 가이드홈(1310)들을 갖는다. 가이드홈(1310)은 상기 발광소자 패키지(1210)의 기판 및 커넥터(1250)와 대응된다.
부재(1300)의 표면은 빛 반사 물질로 도포 또는 코팅된 것일 수 있다. 예를 들면, 부재(1300)의 표면은 백색의 도료로 도포 또는 코팅된 것일 수 있다. 이러한 상기 부재(1300)는 상기 커버(1100)의 내면에 반사되어 상기 광원 모듈(1200)측 방향으로 되돌아오는 빛을 다시 상기 커버(1100) 방향으로 반사한다. 따라서, 실시 예에 따른 조명 장치의 광 효율을 향상시킬 수 있다.
부재(1300)는 예로서 절연 물질로 이루어질 수 있다. 상기 광원 모듈(1200)의 연결 플레이트(1230)는 전기 전도성의 물질을 포함할 수 있다. 따라서, 상기 방열체(1200)와 상기 연결 플레이트(1230) 사이에 전기적인 접촉이 이루어질 수 있다. 상기 부재(1300)는 절연 물질로 구성되어 상기 연결 플레이트(1230)와 상기 방열체(1200)의 전기적 단락을 차단할 수 있다. 상기 방열체(1200)는 상기 광원 모듈(1200)로부터의 열과 상기 전원 제공부(1600)로부터의 열을 전달받아 방열한다.
홀더(1500)는 내부 케이스(1700)의 절연부(1710)의 수납홈(1719)을 막는다. 따라서, 상기 내부 케이스(1700)의 상기 절연부(1710)에 수납되는 상기 전원 제공부(1600)는 밀폐된다. 홀더(1500)는 가이드 돌출부(1510)를 갖는다. 가이드 돌출부(1510)는 상기 전원 제공부(1600)의 돌출부(1610)가 관통하는 홀을 갖는다.
전원 제공부(1600)는 외부로부터 제공받은 전기적 신호를 처리 또는 변환하여 상기 광원 모듈(1200)로 제공한다. 전원 제공부(1600)는 상기 내부 케이스(1700)의 수납홈(1719)에 수납되고, 상기 홀더(1500)에 의해 상기 내부 케이스(1700)의 내부에 밀폐된다. 상기 전원 제공부(1600)는 돌출부(1610), 가이드부(1630), 베이스(1650), 연장부(1670)를 포함할 수 있다.
상기 가이드부(1630)는 상기 베이스(1650)의 일 측에서 외부로 돌출된 형상을 갖는다. 상기 가이드부(1630)는 상기 홀더(1500)에 삽입될 수 있다. 상기 베이스(1650)의 일 면 위에 다수의 부품이 배치될 수 있다. 다수의 부품은 예를 들어, 외부 전원으로부터 제공되는 교류 전원을 직류 전원으로 변환하는 직류변환장치, 상기 광원 모듈(1200)의 구동을 제어하는 구동칩, 상기 광원 모듈(1200)을 보호하기 위한 ESD(ElectroStatic discharge) 보호 소자 등을 포함할 수 있으나 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 연장부(1670)는 상기 베이스(1650)의 다른 일 측에서 외부로 돌출된 형상을 갖는다. 상기 연장부(1670)는 상기 내부 케이스(1700)의 연결부(1750) 내부에 삽입되고, 외부로부터의 전기적 신호를 제공받는다. 예컨대, 상기 연장부(1670)는 상기 내부 케이스(1700)의 연결부(1750)의 폭과 같거나 작게 제공될 수 있다. 상기 연장부(1670)에는 "+ 전선"과 "- 전선"의 각 일 단이 전기적으로 연결되고, "+ 전선"과 "- 전선"의 다른 일 단은 소켓(1800)에 전기적으로 연결될 수 있다.
내부 케이스(1700)는 내부에 상기 전원 제공부(1600)와 함께 몰딩부를 포함할 수 있다. 몰딩부는몰딩 액체가 굳어진 부분으로서, 상기 전원 제공부(1600)가 상기 내부 케이스(1700) 내부에 고정될 수 있도록 한다.
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.
100, 200: 발광소자 120, 220: 발광 구조물
122, 222: 제1 도전형 반도체층
124, 224: 활성층 126, 226: 제2 도전형 반도체층
130: 오믹층 140: 반사층
150, 191: 접합층 160: 투광성 지지 기판
172, 272: 제1 전극 180: 패시베이션층
190: 광학층 192, 292: 형광체층
192a, 194a: 모재 192a: 형광체
192b: 광확산제 194, 294: 광학산층
210: 기판 230: 투광성 도전층
276: 제2 전극 300: 발광소자 패키지
500: 영상표시장치

Claims (9)

  1. 제1 도전형 반도체층과 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하는 발광 구조물;
    상기 제1 도전형 반도체층과 제2 도전형 반도체층 상에 각각 배치되는 제1 전극과 제2 전극;
    상기 발광 구조물 상에 배치된 형광체층; 및
    상기 형광체층과 직접 결합하고, 상기 형광체층과 동일한 모재로 이루어지고, 실리콘과 광확산제를 포함하는 광확산층을 포함하고,
    상기 형광체층은 실리콘 계열의 접착제로 상기 발광 구조물에 결합되고,
    상기 광확산제는 ZrO2를 포함하고,
    광학층에는 2개의 모서리 영역에 오픈 영역이 배치되고, 상기 오픈 영역에 상기 제1 전극이 배치되는 발광 소자.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 형광체층은 60 마이크로 미터 내지 80 마이크로 미터의 두께를 가지고, 상기 광확산층은 7 마이크로 미터 내지 12 마이크로 미터의 두께를 가지는 발광 소자.
  5. 패키지 몸체;
    상기 패키지 몸체에 배치된 제1 리드 프레임과 제2 리드 프레임;
    상기 패키지 몸체에 배치되고 상기 제1 리드 프레임과 제2 리드 프레임에 전기적으로 연결된 제1 항 또는 제4 항의 발광소자; 및
    상기 발광소자를 둘러싸는 몰딩부를 포함하는 발광소자 패키지.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20090016120A (ko) * 2007-08-10 2009-02-13 서울옵토디바이스주식회사 발광 다이오드 패키지 및 발광 다이오드 칩
CN102640308B (zh) * 2010-09-14 2015-05-27 松下电器产业株式会社 背光源装置、使用该背光源装置的液晶显示装置和在它们中使用的发光二极管

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010056337A (ja) * 2008-08-28 2010-03-11 Sanyo Electric Co Ltd 発光装置

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