KR102199988B1 - 발광소자 - Google Patents
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Abstract
실시 예는, 제1 반도체층, 제2 반도체층 및 상기 제1, 2 반도체층 사이에 활성층을 포함하며, 제1 파장을 갖는 제1 광을 방출하는 발광구조물, 상기 발광구조물 상에 배치되어 상기 제1 광의 진행 방향이 변경되게, 제1 굴절률을 갖는 제1 영역 및 상기 제1 영역의 둘레를 감싸며 상기 제1 굴절률과 다른 제2 굴절률을 갖는 제2 영역을 포함하는 광학시트 및 상기 광학시트 상에 배치되거나, 또는 상기 발광구조물과 상기 광학시트 사이에 배치되며, 상기 제1 광을 흡수하여 상기 제1 파장과 다른 제2 파장을 갖는 제2 광으로 여기하는 형광시트를 포함하는 발광소자를 제공한다.
Description
실시 예는, 발광소자에 관한 것이다.
반도체의 3-5족 또는 2-6족 화합물 반도체 물질을 이용한 발광소자의 대표적인 예로, 발광 다이오드(Light 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 가능하다.
이러한 발광소자는 형광등, 백열등 등 기존의 광원에 비해 저소비전력, 반영구적인 수명, 빠른 응답속도, 안전성, 환경친화성의 장점을 가짐에 따라, 점차 사용 영역이 증가하고 있으며, 이와 같이 발광소자의 사용영역이 넓어지면서, 생활에 사용되는 전등, 구조 신호용 전등 등에 요구되는 휘도가 높이지는 바, 발광소자의 효율을 증가시키는 것이 중요하다.
출원번호 10-2007-0117336의 발광소자는 기판 및 기판 상에 발광구조물을 기재되어 있다.
최근들어, 발광소자는 발광구조물 상에 형광시트를 배치하며, 형광체의 효율를 향상시키기 위한 연구가 진행 중에 있다.
실시 예의 목적은, 발광구조물 상에 지향각을 조절하기 위한 광학시트 및 발광구조물에서 방출된 광을 파장이 다른 광을 여기하는 적어도 2이상의 형광시트를 배치함으로써, 지향각 조절 및 형광시트에 포함된 형광체의 효율을 향상시키기 용이한 발광소자를 제공함에 있다.
실시 예에 따른 발광소자는, 제1 반도체층, 제2 반도체층 및 상기 제1, 2 반도체층 사이에 활성층을 포함하며, 제1 파장을 갖는 제1 광을 방출하는 발광구조물, 상기 발광구조물 상에 배치되어 상기 제1 광의 진행 방향이 변경되게, 제1 굴절률을 갖는 제1 영역 및 상기 제1 영역의 둘레를 감싸며 상기 제1 굴절률과 다른 제2 굴절률을 갖는 제2 영역을 포함하는 광학시트 및 상기 광학시트 상에 배치되거나, 또는 상기 발광구조물과 상기 광학시트 사이에 배치되며, 상기 제1 광을 흡수하여 상기 제1 파장과 다른 제2 파장을 갖는 제2 광으로 여기하는 형광시트를 포함할 수 있다.
실시 예에 따른 발광소자는, 발광구조물 상에 배치된 광학시트로부터 발광구조물에서 방출되는 광의 진행 방향을 중심방향 또는 측면방향으로 조절하도록 함으로써 지향각을 변동시킬 수 있는 이점이 있다.
또한, 실시 예에 따른 발광소자는, 투명영역 및 투명영역과 격자구조를 갖는 형광영역을 포함하는 적어도 2이상의 형광시트를 발광구조물 상에 배치함으로써, 형광영역의 두께를 감소시킬 수 있으며, 결과적으로 형광체의 효율을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.
도 1은 실시 예에 따른 발광소자를 나타낸 사시도이다.
도 2는 도 1에 나타낸 광학시트 및 형광시트를 나타낸 분해 사시도이다.
도 3은 도 2에 나타낸 광학시트 및 형광시트를 나타낸 결합 단면도이다.
도 4는 실시 예에 따른 발광소자를 포함하는 발광소자 패키지를 나타낸 사시도이다.
도 2는 도 1에 나타낸 광학시트 및 형광시트를 나타낸 분해 사시도이다.
도 3은 도 2에 나타낸 광학시트 및 형광시트를 나타낸 결합 단면도이다.
도 4는 실시 예에 따른 발광소자를 포함하는 발광소자 패키지를 나타낸 사시도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
공간적으로 상대적인 용어인 "아래(below)", "아래(beneath)", "하부(lower)", "위(above)", "상부(upper)" 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 소자 또는 구성 요소들과 다른 소자 또는 구성 요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작 시 소자의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. 예를 들면, 도면에 도시되어 있는 소자를 뒤집을 경우, 다른 소자의 "아래(below)"또는 "아래(beneath)"로 기술된 소자는 다른 소자의 "위(above)"에 놓여질 수 있다. 따라서, 예시적인 용어인 "아래"는 아래와 위의 방향을 모두 포함할 수 있다. 소자는 다른 방향으로도 배향될 수 있고, 이에 따라 공간적으로 상대적인 용어들은 배향에 따라 해석될 수 있다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않은 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
도면에서 각층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기와 면적은 실제크기나 면적을 전적으로 반영하는 것은 아니다.
또한, 실시예에서 발광소자의 구조를 설명하는 과정에서 언급하는 각도와 방향은 도면에 기재된 것을 기준으로 한다. 명세서에서 발광소자를 이루는 구조에 대한 설명에서, 각도에 대한 기준점과 위치관계를 명확히 언급하지 않은 경우, 관련 도면을 참조하도록 한다.
도 1은 실시 예에 따른 발광소자를 나타낸 사시도 및 도 2는 도 1에 나타낸 광학시트 및 형광시트를 나타낸 분해 사시도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 발광소자(100)는 지지부재(110), 지지부재(110) 상에 배치되며, 제1 반도체층(120), 제2 반도체층(140) 및 제1, 2 반도체층(120, 140) 사이에 활성층(130)을 포함하는 발광구조물(150), 제1 반도체층(120)에 전기적으로 연결된 제1 전극(162) 및 제2 반도체층(140) 상에 전기적으로 연결된 제2 전극(164) 및 제2 반도체층(140) 상에 배치된 광학시트(170) 및 형광시트(180)를 포함할 수 있다.
지지부재(110)는 광 투과적 성질을 가지는 재질, 예를 들어 사파이어(Al2O3), GaN, ZnO, AlO 중 어느 하나를 포함할 수 있으며, 이에 한정을 두지 않는다.
또한, 지지부재(110)는 반도체 물질 성장에 적합한 물질, 즉 캐리어 웨이퍼로 형성될 수 있으며, 열 전도성이 뛰어난 물질로 형성될 수 있으며, 전도성 기판 또는 절연성 기판을 포함하며, 예를 들어, 사파이어(Al2O3) 기판에 비해 열 전도성이 큰 SiC, Si, GaAs, GaP, InP, Ga2O3 중 적어도 하나를 사용할 수 있다.
지지부재(110)는 습식세척을 하여 표면의 불순물을 제거할 수 있고, 지지부재(110)는 광 추출 효과를 향상시키기 위해 표면에 광추출 패턴이 형성될 수 있으나, 이에 한정을 두지 않는다.
또한, 지지부재(110)는 열의 방출을 용이하게 하여 열적 안정성을 향상시킬 수 있는 재질을 사용할 수 있다.
한편, 지지부재(110) 상에는 광추출 효율을 향상시키는 반사 방지층(미도시)이 배치될 수 있다.
지지부재(110) 상에는 지지부재(110)와 발광구조물(150) 사이의 격자 부정합을 완화하고 반도체층이 용이하게 성장될 수 있도록 하는 버퍼층(112)이 배치될 수 있다.
버퍼층(112)은 저온 분위기에서 형성할 수 있으며, 지지부재(110)와 발광구조물(150)의 격자상수 차이를 완화시켜 줄 수 있는 물질로 이루어 질 수 있다.
버퍼층(112)은 지지부재(110) 상에 단결정으로 성장할 수 있으며, 단결정으로 성장한 버퍼층(112)은 버퍼층(112) 상에 성장하는 발광구조물(150)의 결정성을 향상시킬 수 있다.
또한, 버퍼층(112)은 저온 분위기에서 형성될 수 있으며, 예를 들어, GaN, InN, AlN, AlInN, InGaN, AlGaN, 및 InAlGaN 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며,이에 한정을 두지 않는다.
즉, 버퍼층(112)은 AlInN/GaN 적층 구조, InGaN/GaN 적층 구조, AlInGaN/InGaN/GaN의 적층 구조 등의 구조로 형성될 수 있다.
발광구조물(150)에 포함된 제1 반도체층(120)은 지지부재(110) 또는 버퍼층(112) 상에 배치될 수 있으며, 활성층(130)으로 전자를 제공하는 n형 반도체층으로 구현될 수 있다.
제1 반도체층(120)은 InxAlyGa1-x-yN (0≤x≤1, 0 ≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 재료, 예를 들어 GaN, AlN, AlGaN, InGaN, InN, InAlGaN, AlInN 등에서 선택될 수 있으며, 예를 들어, Si, Ge, Sn, Se, Te 와 같은 n형 도펀트가 도핑될 수 있다.
제1 반도체층(120)과 지지부재(110) 또는 제1 반도체층(120)과 버퍼층(112) 사이에는 도펀트가 도핑되지 않은 언도프트 반도체층(미도시)이 배치될 수 있으며, 상기 언도프트 반도체층은 제1 반도체층(120)의 결정성 향상을 위해 형성되는 층으로, n형 도펀트가 도핑되지 않아 제1 반도체층(120)에 비해 낮은 전기전도성을 갖는 것을 제외하고는 제1 반도체층(120)과 같을 수 있으며, 이에 한정을 두지 않는다..
제1 반도체층(120) 상에는 활성층(130)이 배치될 수 있으며, 활성층(130)은 3족-5족 원소의 화합물 반도체 재료를 이용하여 단일 또는 다중 양자 우물 구조, 양자 선(Quantum-Wire) 구조 또는 양자 점(Quantum Dot) 구조 등으로 형성될 수 있다.
활성층(130)은 양자우물구조로 형성된 경우 예컨데, InxGa1-xN (0≤x≤1), AlyGa1-yN (0 ≤y≤1) 또는 InxAlyGa1-x-yN (0≤x≤1, 0 ≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 우물층과, InxGa1-xN (0≤x≤1), AlyGa1-yN (0≤y≤1) 또는 InxAlyGa1-x-yN (0≤x≤1, 0 ≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 장벽층을 갖는 단일 또는 양자우물구조를 갖을 수 있다. 상기 우물층은 상기 장벽층의 에너지 밴드갭보다 작은 에너지 밴드갭을 갖는 물질로 형성될 수 있으며, 이에 대한 자세한 설명은 후술하기로 한다.
또한, 활성층(130)의 위 또는/및 아래에는 도전형 클래드층(미도시)이 배치될 수 있으며, 상기 도전형 클래드층은 AlGaN계 반도체로 형성될 수 있으며, 활성층(130)의 밴드 갭 보다는 큰 밴드 갭을 가질 수 있다.
활성층(130) 상에는 제2 반도체층(140)이 배치될 수 있으며, 제2 반도체층(140)은 활성층(130)으로 정공을 제공하는 p형 반도체층으로 구현될 수 있다.
제2 반도체층(140)은 InxAlyGa1-x-yN (0≤x≤1, 0 ≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 재료, 예를 들어 GaN, AlN, AlGaN, InGaN, InN, InAlGaN, AlInN 등에서 선택될 수 있으며, Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등의 p형 도펀트가 도핑될 수 있다.
한편, 활성층(130)과 제2 반도체층(140) 사이에는 활성층(130)에서 공급된 정공과 재결합되지 않는 전자가 제2 반도체층(140)으로 공급되는 것을 방지하기 위해 전자 차단층(Electron blocking layer, 미도시)을 포함할 수 있으며, 이에 한정을 두지 않는다.
상술한 제1 반도체층(120), 활성층(130) 및 제2 반도체층(140)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), 스퍼터링(Sputtering) 등의 방법을 이용하여 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
또한, 제1 반도체층(120) 및 제2 반도체층(140) 내의 도전형 도펀트의 도핑 농도는 균일 또는 불균일하게 형성될 수 있다. 즉, 복수의 반도체층은 다양한 도핑 농도 분포를 갖도록 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
또한, 제1 반도체층(120)이 p형 반도체층으로 구현되고, 제2 반도체층(140)이 n형 반도체층으로 구현될 수 있으며, 제2 반도체층(140) 상에는 n형 또는 p형 반도체층을 포함하는 제3 반도체층(미도시)이 형성될 수도 있다. 이에 따라, 발광 소자(100)는 np, pn, npn, pnp 접합 구조 중 적어도 어느 하나를 가질 수 있다.
한편, 활성층(130)과 제2 반도체층(140)은 일부가 제거되어 제1 반도체층(120)의 일부가 노출될 수 있고, 노출된 제1 반도체층(120) 상에는 제1 전극(162)이 형성될 수 있다. 즉, 제1 반도체층(120)은 활성층(130)을 향하는 상면과 지지부재(110)을 향하는 하면을 포함하고, 상면은 적어도 일 영역이 노출된 영역을 포함하며, 제1 전극(162)은 상면의 노출된 영역상에 배치될 수 있다.
한편, 제1 반도체층(120)의 일부가 노출되게 하는 방법은 소정의 식각 방법을 사용할 수 있으며, 이에 한정하지 아니한다. 또한, 식각방법은 습식 식각, 건식 식각방법을 사용할 수 있다.
또한, 제2 반도체층(140) 상에는 제2 전극(164)이 형성될 수 있다.
한편, 제1, 2 전극(162, 164)은 전도성 물질, 예를 들어 In, Co, Si, Ge, Au, Pd, Pt, Ru, Re, Mg, Zn, Hf, Ta, Rh, Ir, W, Ti, Ag, Cr, Mo, Nb, Al, Ni, Cu, 및 WTi 중에서 선택된 금속을 포함할 수 있으며, 또는 이들의 합금을 포함할 수 있고, 단층 또는 다층으로 형성될 수 있으며, 이에 한정을 두지 않는다.
제2 반도체층(140) 상에 배치된 광학시트(170)는 발광구조물(150), 즉 활성층(130)에서 방출된 제1 파장을 갖는 제1 광의 진행 방향으로 변경하여 발광소자(100)의 지향각을 변경할 수 있다.
즉, 광학시트(170)는 제1 굴절률을 갖는 제1 영역(s1), 제1 영역(s2)의 둘레를 감싸며 상기 제1 굴절률과 다른 제2 굴절률을 갖는 제2 영역(s2) 및 제2 영역(s2)의 둘레를 감싸며 상기 제2 굴절률과 다른 제3 굴절률을 갖는 제3 영역(s3)을 포함할 수 있다.
광학시트(170)는 제1 영역(s1)에서 제3 영역(s3) 방향으로 갈수록 굴절률이 커지거나 또는 작게함으로써, 활성층(130)에서 방출된 상기 제1 광의 진행 방향을 제1 영역(s1)으로 집중되게 하거나, 제3 영역(s3) 방향으로 넓힐 수 있는 이점이 있다.
예를 들면, 제1 영역(s1)의 제1 굴절률은 제2 영역(s2)의 제2 굴절률보다 크고, 제2 영역(s2)의 제2 굴절률은 제3 영역(s3)의 제3 굴절률보다 크다면, 활성층(130)에서 방출된 제1 광은 발광소자(100)의 상부면을 기준으로 발광소자(100)의 측면 방향으로 지향각이 커질 수 있다.
즉, 상술한 바와 반대로 제3 영역(s3)의 제3 굴절률은 제2 영역(s2)의 제2 굴절률보다 크고, 제2 영역(s2)의 제2 굴절률은 제1 영역(s1)의 제1 굴절률보다 크다면, 활성층(130)에서 방출된 제1 광은 발광소자(100)의 상부면을 기준으로 제1 영역(s1) 방향으로 지향각이 집중될 수 있다.
제1 영역(s1)은 제1 폭(wd1), 제2 영역(s2)은 제2 폭(wd2) 및 제3 영역(s3)는 제3 폭(sd3)으로 이루어질 수 있으며, 제1 폭(wd1)은 제2, 3 폭(wd2, wd3) 중 적어도 하나 대비 1배 내지 2배일 수 있으며, 1배 미만인 경우 발광소자(100)의 지향각이 집중도가 낮아지고, 2배 보다 큰 경우 지향각이 좁혀질 수 있다.
실시 예에서 광학시트(170)는 단일 필름 타입으로 평면적으로 굴절률을 가변시킬 수 있으나, 광학시트(170)는 서로 다른 굴절률을 갖는 적어도 2이상의 광학시트가 서로 적층하여, 지향각을 가변시킬 수 있으며 이에 한정을 두지 않는다.
실시예에서 광학시트(170)은 3개의 영역을 갖는 것으로 설명하였으나 이에 한정하지 않으며, 실시예에 따라 1개 이상의 영역을 갖는 것이 가능하고 이에 따라 각 영역별 굴절률의 크기 역시 다양한 형태로의 변경이 가능하다.
광학시트(170) 상에 배치된 형광시트(180)는 광학시트(170)를 통과한 상기 제1 광을 흡수하여 상기 제1 파장과 다른 제2 파장을 갖는 제2 광으로 여기할 수 있다.
실시 예에서, 형광시트(180)는 광학시트(170) 상에 배치된 것으로 나타내었으나, 광학시트(170)와 제2 반도체층(140) 사이에 배치될 수 있으며, 이에 한정을 두지 않는다.
형광시트(180)는 상기 제1 광을 흡수하여 상기 제2 파장을 갖는 상기 제2 광으로 여기하는 제1 형광영역(hs1) 및 제1 형광영역(hs1)과 제1 격자 구조를 가지며 상기 제1 광을 통과시키는 제1 투명영역(ws1)을 포함하는 제1 형광시트(182) 및 제1 형광시트(182) 상에 배치되며 제1 투명영역(ws1)을 통과한 상기 제1 광을 상기 제2 광으로 여기하는 제2 형광영역(hs2) 및 제1 형광영역(hs1)에서 여기된 상기 제2 광을 통과시키며 제2 형광영역(hs2)와 제2 격자 구조를 갖는 제2 투명영역(nw2)을 포함하는 제2 형광시트(184)를 포함할 수 있다.
여기서, 제1 형광시트(182)의 제1 형광영역(hs1) 및 제2 형광시트(184)는 제2 형광영역(hs2)은 제1, 2 형광시트(182, 184) 각각의 제1, 2 두께(d1, d2)에 따라 적어도 일부분이 중첩될 수 있으며, 이에 한정을 두지 않는다.
자세히 설명하면, 제1, 2 형광시트(182, 184)는 제1, 2 두께(d1, d2)가 두꺼워질수록, 수직적으로 서로 격자지게 배치된 제1, 2 형광영역(hs1, hs2)의 경계면 사이로 활성층(130)에서 방출된 광이 제1, 2 투광영역(ws1, ws2)으로 통과할 수 있으므로, 제1, 2 형광영역(hs1, hs2) 각각의 제1, 2 폭(w1, w2)은 제1, 2 두께(d1, d2)가 두꺼워질수록 넓게 함으로써, 수직적으로 중첩되는 부분을 확대할 수 있다.상술한 바와 같이, 상기 제1, 2 격자 구조는 제1, 2 형광영역(hs1, hs2)를 기준으로 서로 반대되는 구조인 것을 알 수 있다.
제1, 2 두께(d1, d2) 중 적어도 하나는 40 ㎛ 내지 50 ㎛이며, 40 ㎛ 미만인 경우 제1, 2 형광영역(hs1, hs2) 중 적어도 하나의 영역에 포함되는 형광체의 함량이 부족할 수 있으며, 50 ㎛ 보다 두꺼운 경우 상기 형광체의 함량이 증가되어 상기 제1 광 또는 상기 제2 광을 흡수 손실에 따라 광손실이 발생될 우려가 높다.
상술한 바와 같이, 제1 형광영역(hs1)의 폭(w1)은 제2 형광영역(hs2)의 폭(w2) 대비 0.9배 내지 1.1배일 수 있으며, 이와 반대로 제2 형광영역(hs2)의 폭(w2)은 제1 형광영역(hs1)의 폭(w1) 대비 0.9배 내지 1.1배일 수 있으며, 이에 한정을 두지 않는다.
즉, 제1 형광영역(hs1)의 폭(w1)은 제2 형광영역(hs2)의 폭(w2) 대비 0.9배보다 낮은 경우 제1 투명영역(ws1)을 통과한 상기 제1 광이 제2 투명영역(ws2)를 통과하여 외부로 방출될 수 있으며, 제2 형광영역(hs2)의 폭(w2) 대비 1.1배보다 큰 경우 제1 형광영역(hs1)에서 여기된 상기 제2 광이 제2 형광영역(hs2)을 통하여 흡수 손실될 우려가 높아지므로 광 손실이 발생될 수 있다.
제1 형광영역(hs1), 제1 투명영역(ws1), 제2 형광영역(hs2), 제2 투명영역(ws2)의 형태는 사각형인 것으로 설명하였으나 이에 한정하지 않으며 다각형, 원형 또는 타원형으로 형성할 수도 있다. 또한 제1 형광영역(hs1), 제1 투명영역(ws1), 제2 형광영역(hs2), 제2 투명영역(ws2)의 두께는 각각 다를 수 있으며 이 경우 각 각의 영역의 두께는 일정하거나 영역 일부가 다르게 형성될 수도 있다. 예를 들어 각 영역의 일부가 볼록하거나 오목하게 형성될 수도 있으며 이에 한정하지 않는다.
도 3은 도 2에 나타낸 광학시트 및 형광시트를 나타낸 결합 단면도이다.
도 3(a)를 참조하면, 광학시트(170)는 제2 반도체층(140) 상에 배치되며 제1, 2 형광시트(182, 184)가 적층될 수 있다.
즉, 도 3(a)는 도 2에 나타낸 광학시트(170) 및 제1, 2 형광시트(182, 184)가 결합되는 경우에 대한 하나의 실시 예이다.
도 3(a)에 나타낸 바와 같이, 광학시트(170)는 제1 내지 제3 굴절률을 각각 갖는 제1 내지 제3 영역(s1 ~ s3)을 포함하며, 제1 형광시트(182)는 제1 형광영역(hs1) 및 제1 투명영역(ws1)으로 구획되어 광학시트(170) 상에 배치될 수 있으며, 제2 형광시트(184)는 제1 형광시트(182)의 제1 형광영역(hs1) 상에 제2 투명영역(ws2)이 배치되고, 제1 투명영역(ws1) 상에 제2 형광영역(hs2)이 배치되게 할 수 있다.
이와 같이, 도 3(a)에 나타낸 광학시트(170) 및 제1, 2 형광시트(182, 184)의 배치구조는 제1, 2 형광영역(hs1, hs2)의 두께를 최소화할 수 있도록 함으로써, 제1, 2 형광영역(hs1, hs2)에 포함된 형광체에 의해 흡수되는 광을 최소화할 수 있는 이점이 있다.
도 3(b)에 나타낸 광학시트(170)와 제1, 2 형광시트(182, 184)의 배치구조는 광학시트(170)와 제1 형광시트(182) 사이 및 제1 형광시트(182)와 제2 형광시트(184) 사이에 접착시트(190)를 포함할 수 있다.
광학시트(170) 및 제1, 2 형광시트(182, 184)에 대한 설명은 상술한 바 자세한 설명을 생략한다.
즉, 접착시트(190)는 광학시트(170)와 제1 형광시트(182) 사이 및 제1 형광시트(182)와 제2 형광시트(184) 사이에 배치되며, 투명한 재질로 형성될 수 있다.
실시 예에서, 접착시트(190)는 필름 타입인 것으로 나타내고 설명하지만, 접착제로 형성될 수 있으며, 이에 한정을 두지 않는다.
즉, 접착시트(190)는 광학시트(170) 및 제1, 2 형광시트(182, 184)가 서로 결합력을 증대시킬 수 있도록 할 수 있다.
또한, 접착시트(190)의 두께(미도시)는 제1, 2 형광영역(hs1, hs2)의 중첩 도를 결정지을 수 있는 변수로 작용되며, 접착시트(190)의 두께에 따라 제1, 2 형광영역(hs1, hs2) 중 적어도 하나의 폭을 도2에서 상술한 바와 같이 가변시킬 수 있으며, 이에 한정을 두지 않는다.
즉, 상술한 바와 같이 제1, 2 형광시트(182, 184)는 제1, 2 두께(d1, d2)가 두꺼워질수록, 수직적으로 서로 격자지게 배치된 제1, 2 형광영역(hs1, hs2)의 경계면 사이로 활성층(130)에서 방출된 광이 제1, 2 투광영역(ws1, ws2)으로 통과할 수 있으므로, 제1, 2 형광영역(hs1, hs2) 각각의 제1, 2 폭(w1, w2)은 제1, 2 두께(d1, d2)가 두꺼워질수록 넓게 함으로써, 수직적으로 중첩되는 부분을 확대할 수 있다.
따라서, 접착시트(190)의 두께는 제1, 2 형광시트(182, 184)의 제1, 2 두께(d1, d2)에 따라 수직적으로 제1, 2 형광영역(ws1, ws2) 사이에 중첩되는 부분에 대한 변수로 작용될 수 있으며, 접착시트(190)의 두께가 두꺼워질수록 수직적으로 제1, 2 형광영역(ws1, ws2) 사이에 중첩되는 부분이 커질 수 있다.
도 3(c)에 나타낸 광학시트(170)와 제1, 2 형광시트(182, 184)의 적층구조는 광학시트(170)와 제1 형광시트(182) 사이 및 제1 형광시트(182)와 제2 형광시트(184) 사이에 접착시트(190)를 포함할 수 있다.
광학시트(170), 제1, 2 형광시트(182, 184) 및 접착시트(190)에 대한 설명은 상술한 바 자세한 설명을 생략한다.
여기서, 제2 형광시트(184)의 상면에는 요철패턴(pp)이 형성되어 광추출 효과 및 광확산효과를 높일 수 있으며, 실시 예에서는 2개의 형광시트를 배치하는 것으로 설명하였으나 이에 한정을 두지 않으며, 2개 이상의 형광시트를 배치하는 것도 가능하다.
도 4는 실시 예에 따른 발광소자를 포함하는 발광소자 패키지를 나타낸 사시도이다.
도 4를 참조하면, 발광소자 패키지(200)는 발광소자(212) 및 발광소자(212)가 배치된 몸체(220)를 포함할 수 있다.
몸체(220)는 제1 방향(x)으로 연장된 제1 격벽(222) 및 제1 방향(x)과 교차하는 제2 방향(y)으로 연장된 제2 격벽(224)을 포함할 수 있으며, 제1, 2 격벽(222, 224)은 서로 일체형으로 형성될 수 있으며, 사출 성형, 에칭 공정 등에 의해 형성될 수 있으며, 이에 대하여 한정을 두지 않는다.
즉, 제1, 2 격벽(222, 224)은 폴리프탈아미드(PPA:Polyphthalamide)와 같은 수지 재질, 실리콘(Si), 알루미늄(Al), 알루미늄 나이트라이드(AlN), AlOx, 액정폴리머(PSG, photo sensitive glass), 폴리아미드9T(PA9T), 신지오택틱폴리스티렌(SPS), 금속 재질, 사파이어(Al2O3), 베릴륨 옥사이드(BeO), 세라믹, 및 인쇄회로기판(PCB, Printed Circuit Board) 중 적어도 하나로 형성될 수 있다.
그리고, 제1, 2 격벽(222, 224)의 상면 형상은 발광소자(212)의 용도 및 설계에 따라 삼각형, 사각형, 다각형 및 원형 등 다양한 형상을 가질 수 있으며, 이에 한정을 두지 않는다.
또한, 제1, 2 격벽(222, 224)은 발광소자(212)가 배치되는 캐비티(s)를 형성할 수 있으며, 캐비티(s)의 단면 형상은 컵 형상, 오목한 용기 형상 등으로 형성될 수 있으며, 캐비티(s)를 이루는 제1, 2 격벽(222, 224)은 하부 방향으로 경사지게 형성될 수 있다.
그리고, 캐비티(s)의 평면 형상은 삼각형, 사각형, 다각형 및 원형 등 다양한 형상을 가질 수 있으며, 이에 한정을 두지 않는다.
몸체(220)는 캐비티(s)의 하부면을 형성하는 제1, 2 리드프레임(232, 234)을 포함할 수 있으며, 제1, 2 리드프레임(232, 234)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), 알루미늄(Al), 인듐(In), 팔라듐(Pd), 코발트(Co), 실리콘(Si), 게르마늄(Ge), 하프늄(Hf), 루테늄(Ru) 및 철(Fe) 중에서 하나 이상의 물질 또는 합금을 포함할 수 있다.
그리고, 제1, 2 리드프레임(232, 234)은 단층 또는 다층 구조를 가지도록 형성될 수 있으며, 이에 한정을 두지 않는다.
또한, 몸체(220)는 제1, 2 리드프레임(232, 234)을 전기적으로 절연하는 절연댐(226)을 포함할 수 있으며, 이에 한정을 두지 않는다.
여기서, 절연댐(226)의 단면 형상은 다각형, 원형 또는 타원형 등과 같은 형상을 가질 수 있으며, 이에 한정을 두지 않는다.
제1, 2 격벽(222, 224)의 내측면은 제1, 2 리드프레임(232, 234) 중 어느 하나의 상부면을 기준으로 소정의 경사각을 가지고 경사지게 형성될 수 있으며, 상기 경사각에 따라 발광소자(212)에서 방출되는 광의 반사각이 달라질 수 있으며, 이에 따라 외부로 방출되는 광의 지향각을 조절할 수 있다. 여기서, 광의 지향각이 줄어들도록 발광소자(212)에서 방출되는 광의 집중성은 증가하는 반면, 광의 지향각이 클수록 발광소자(212)에서 외부로 방출되는 광의 집중성이 감소될 수 있다.
제1, 2 격벽(222, 224)의 내측면에는 별도의 반사부재가 더 배치되어 광 반사 효율을 높일 수 있으며, 이에 한정을 두지 않는다.
제1, 2 격벽(222, 224)의 내측면은 복수의 경사각을 가질 수 있으며, 이에 따라 복수의 캐비티(미도시)를 형성할 수 있으며, 이에 한정을 두지 않는다.
제1, 2 리드프레임(232, 234)은 발광소자(212)에 전기적으로 연결되며, 외부 전원(미도시)의 양(+)극 및 음(-)극에 각각 연결되어, 발광소자(212)로 전원을 공급할 수 있다.
실시 예에서, 제1 리드프레임(232) 상에는 발광소자(212)가 배치되며, 제2 리드프레임(234)은 제1 리드프레임(232)과 이격된 것으로 설명하며, 이에 한정을 두지 않는다.
또한, 실시 예에서 발광소자(212)는 제1, 2 리드프레임(232, 234)과 와이어 본딩되는 것으로 나타내었으나, 이에 한정을 두지 않다.
발광소자(212)는 서로 동일한 광 또는 서로 다른 광을 방출할 수 있으며, 이에 한정을 두지 않는다.
몸체(220)에 형성된 캐비티(s) 내에는 발광소자(212)를 덮을 수 있는 봉지재(240)가 충진될 수 있다.
봉지재(240)는 투광성 재질, 예를 들면 실리콘, 에폭시 및 기타 수지 재질을 포함할 수 있으며, 자외선 또는 열 경화 방식에 따라 경화시킬 수 있다.
또한, 봉지재(240)는 형광체 및 광확산재 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 발광소자(212)에서 방출되는 광의 종류에 따라 형광체를 선택할 수 있다.
실시 예에서, 발광소자(212)는 적색, 녹색, 청색, 백색 등의 빛을 방출하는 유색 발광 다이오드 또는 자외선을 방출하는 UV(Ultra Violet) 발광 다이오드일 수 있으며, 이에 한정을 두지 않는다.
실시예에 따른 발광소자 패키지는 상기한 바와 같이 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.
사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥 상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다.
이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재될 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.
이상에서는 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.
Claims (8)
- 제1 반도체층, 제2 반도체층 및 상기 제1, 2 반도체층 사이에 활성층을 포함하며, 제1 파장을 갖는 제1 광을 방출하는 발광구조물;
상기 발광구조물 상에 배치되어 상기 제1 광의 진행 방향이 변경되게, 제1 굴절률을 갖는 제1 영역 및 상기 제1 영역의 둘레를 감싸며 상기 제1 굴절률과 다른 제2 굴절률을 갖는 제2 영역을 포함하는 광학시트; 및
상기 광학시트 상에 배치되거나, 또는 상기 발광구조물과 상기 광학시트 사이에 배치되며, 상기 제1 광을 흡수하여 상기 제1 파장과 다른 제2 파장을 갖는 제2 광으로 여기하는 형광시트;를 포함하고,
상기 광학시트는 단일 필름 형태를 가지고,
상기 제1 영역은 상기 광학시트의 중심 영역 상에 배치되고,
상기 형광시트는,
상기 제1 광을 통과시키는 제1 투명영역; 및 상기 제1 투명영역과 제1 격자 구조를 가지며 상기 제1 광을 상기 제2 광으로 여기하는 형광체를 포함하는 제1 형광영역;을 포함하는 제1 형광시트; 및
상기 제1 형광시트 상에 배치되며, 상기 제1 형광영역에서 방출된 상기 제2 광을 통과시키는 제2 투명영역; 및 상기 제2 투명영역과 제2 격자 구조를 가지며 상기 제1 투명영역을 통과한 상기 제1 광을 상기 제2 광으로 여기하는 상기 형광체를 포함하는 제2 형광영역을 포함하는 제2 형광시트를 포함하고,
상기 제1 영역은 제1 방향 폭으로 정의되는 제1 폭을 가지고,
상기 제2 영역은 상기 제1 영역의 일끝단에서 상기 제1 영역의 일끝단과 마주하는 상기 제2 영역의 일끝단 사이의 상기 제1 방향 폭으로 정의되는 제2 폭을 가지고,
상기 제1 폭은 상기 제2 폭 대비 1배 내지 2배이고,
상기 제1 영역의 굴절률은 상기 제2 영역의 굴절률보다 크고,
상기 제1, 2 형광시트 중 적어도 하나의 두께는 40 ㎛ 내지 50 ㎛인 발광소자. - 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 제1, 2 격자 구조는,
상기 제1, 2 형광영역을 기준으로 서로 교차하는 구조를 갖는 발광소자. - 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 제1 형광영역의 상기 제1 방향 폭은,
상기 제2 형광영역의 상기 제1 방향 폭 대비 0.9배 내지 1.1배인 발광소자. - 제 1 항에 있어서,
상기 제1 및 제2 형광시트 사이에 배치되며, 투명한 재질의 접착시트;를 포함하는 발광소자. - 삭제
- 제1 반도체층, 제2 반도체층 및 상기 제1, 2 반도체층 사이에 활성층을 포함하며, 제1 파장을 갖는 제1 광을 방출하는 발광구조물;
상기 발광구조물 상에 배치되어 상기 제1 광의 진행 방향이 변경되게, 제1 굴절률을 갖는 제1 영역 및 상기 제1 영역의 둘레를 감싸며 상기 제1 굴절률과 다른 제2 굴절률을 갖는 제2 영역을 포함하는 광학시트; 및
상기 광학시트 상에 배치되거나, 또는 상기 발광구조물과 상기 광학시트 사이에 배치되며, 상기 제1 광을 흡수하여 상기 제1 파장과 다른 제2 파장을 갖는 제2 광으로 여기하는 형광시트;를 포함하고,
상기 광학시트는 단일 필름 형태를 가지고,
상기 제1 영역은 상기 광학시트의 중심 영역 상에 배치되고,
상기 형광시트는,
상기 제1 광을 통과시키는 제1 투명영역; 및 상기 제1 투명영역과 제1 격자 구조를 가지며 상기 제1 광을 상기 제2 광으로 여기하는 형광체를 포함하는 제1 형광영역;을 포함하는 제1 형광시트; 및
상기 제1 형광시트 상에 배치되며, 상기 제1 형광영역에서 방출된 상기 제2 광을 통과시키는 제2 투명영역; 및 상기 제2 투명영역과 제2 격자 구조를 가지며 상기 제1 투명영역을 통과한 상기 제1 광을 상기 제2 광으로 여기하는 상기 형광체를 포함하는 제2 형광영역을 포함하는 제2 형광시트를 포함하고,
상기 제1 영역은 제1 방향 폭으로 정의되는 제1 폭을 가지고,
상기 제2 영역은 상기 제1 영역의 일끝단에서 상기 제1 영역의 일끝단과 마주하는 상기 제2 영역의 일끝단 사이의 상기 제1 방향 폭으로 정의되는 제2 폭을 가지고,
상기 제1 폭은 상기 제2 폭 대비 1배 내지 2배이고,
상기 제1 영역의 굴절률은 상기 제2 영역의 굴절률보다 작고,
상기 제1, 2 형광시트 중 적어도 하나의 두께는 40 ㎛ 내지 50 ㎛인 발광소자.
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