KR102201186B1 - 발광 장치 - Google Patents

발광 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR102201186B1
KR102201186B1 KR1020140080689A KR20140080689A KR102201186B1 KR 102201186 B1 KR102201186 B1 KR 102201186B1 KR 1020140080689 A KR1020140080689 A KR 1020140080689A KR 20140080689 A KR20140080689 A KR 20140080689A KR 102201186 B1 KR102201186 B1 KR 102201186B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
light
wavelength conversion
conversion layer
emitting device
disposed
Prior art date
Application number
KR1020140080689A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20160002020A (ko
Inventor
토모히로 삼페이
슈헤이 마츠다
Original Assignee
엘지이노텍 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 엘지이노텍 주식회사 filed Critical 엘지이노텍 주식회사
Priority to KR1020140080689A priority Critical patent/KR102201186B1/ko
Publication of KR20160002020A publication Critical patent/KR20160002020A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102201186B1 publication Critical patent/KR102201186B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/48—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor body packages
    • H01L33/50—Wavelength conversion elements
    • H01L33/501—Wavelength conversion elements characterised by the materials, e.g. binder
    • H01L33/502—Wavelength conversion materials
    • H01L33/504—Elements with two or more wavelength conversion materials
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L25/00—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof
    • H01L25/03—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes
    • H01L25/04—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers
    • H01L25/075—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers the devices being of a type provided for in group H01L33/00
    • H01L25/0753—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers the devices being of a type provided for in group H01L33/00 the devices being arranged next to each other
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/48—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor body packages
    • H01L33/50—Wavelength conversion elements
    • H01L33/505—Wavelength conversion elements characterised by the shape, e.g. plate or foil
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/4805—Shape
    • H01L2224/4809—Loop shape
    • H01L2224/48091—Arched
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/49—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of a plurality of wire connectors
    • H01L2224/491—Disposition
    • H01L2224/4911—Disposition the connectors being bonded to at least one common bonding area, e.g. daisy chain
    • H01L2224/49113—Disposition the connectors being bonded to at least one common bonding area, e.g. daisy chain the connectors connecting different bonding areas on the semiconductor or solid-state body to a common bonding area outside the body, e.g. converging wires
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/73—Means for bonding being of different types provided for in two or more of groups H01L2224/10, H01L2224/18, H01L2224/26, H01L2224/34, H01L2224/42, H01L2224/50, H01L2224/63, H01L2224/71
    • H01L2224/732—Location after the connecting process
    • H01L2224/73251—Location after the connecting process on different surfaces
    • H01L2224/73265—Layer and wire connectors

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Led Device Packages (AREA)

Abstract

실시 형태는 발광 장치에 관한 것이다.
실시 형태에 따른 발광 장치는, 서로 이격 배치되는 제1 전극층과 제2 전극층을 포함하는 기판; 상기 제1 전극층 상에 배치되고, 주 광(main light)을 방출하는 발광면을 포함하는 발광 소자; 상기 발광 소자 상에 배치되고, 상기 주 광의 일부를 상기 주 광의 파장과 서로 다른 파장을 갖는 제1 광으로 변환하고, 상기 주 광에서 상기 제1 광으로 변환되지 않은 비 변환 주 광과 상기 제1 광을 방출하는 제1 파장 변환층; 및 상기 제1 파장 변환층 상에 배치되고, 상기 제1 파장 변환층에서 방출된 상기 비 변환 주 광의 일부를 상기 주 광의 파장 및 상기 제1 광의 파장과 서로 다른 파장을 갖는 제2 광으로 변환하고, 상기 비 변환 주광에서 상기 제2 광으로 변환되지 않은 나머지, 상기 제1 광 및 상기 제2 광을 함께 방출하는 제2 파장 변환층;을 포함하고, 상기 제1 파장 변환층은, 상면과 상기 발광 소자의 발광면에 배치된 하면을 포함하고, 상기 제2 파장 변환층은, 상면과 상기 제1 파장 변환층의 상면에 배치된 하면을 포함하고, 상기 제1 파장 변환층의 하면의 면적은, 상기 발광 소자의 발광면의 면적보다 크고, 상기 발광 소자의 상면의 면적보다 작고, 상기 제2 파장 변환층의 하면의 면적은, 상기 제1 파장 변환층의 상면의 면적보다 크고, 상기 발광 소자는, 하면에 배치되어 상기 제1 전극층과 전기적으로 연결되는 제1 전극과, 상면에 배치되어 와이어를 통해 상기 제2 전극층과 전기적으로 연결되는 복수의 제2 전극을 포함한다. 이러한 실시 형태에 따른 발광 장치를 사용하면, 색온도 구현이 용이하고, 색온도의 범위를 확장시킬 수 있으며, 발광면에서의 얼룩을 제거할 수 있다.

Description

발광 장치{LIGHTING DEVICE}
실시 형태는 발광 장치에 관한 것이다.
발광 다이오드(LED)는 전기 에너지를 빛으로 변환하는 반도체 소자의 일종이다. 발광 다이오드는 형광등, 백열등 등 기존의 광원에 비해 저소비전력, 반영구적인 수명, 빠른 응답속도, 안전성, 환경친화성의 장점을 가진다. 이에 기존의 재래식 광원을 발광 다이오드로 대체하기 위한 많은 연구가 진행되고 있으며, 발광 다이오드는 실내외에서 사용되는 각종 램프, 액정표시장치, 전광판, 가로등 등의 조명 장치의 광원으로서 사용이 증가되고 있는 추세이다.
종래에 발광 다이오드를 이용한 발광 장치 중에 발광 다이오드의 발광면 위에 하나의 파장 변환층을 사용한 발광 장치가 있다.
이러한 종래의 발광 장치에 있어서, 하나의 파장 변환층을 사용해서는 설계자가 원하는 색온도를 구현하기에는 다소 어렵고 번거로운 문제가 있다.
실시 형태는 색온도 구현이 용이하고, 색온도의 범위를 확장시킬 수 있는 발광 장치를 제공한다.
또한, 실시 형태는 발광면에서의 얼룩을 제거할 수 있는 발광 장치를 제공한다.
또한, 실시 형태는 광 추출 효율을 향상시킬 수 있는 발광 장치를 제공한다.
실시 형태에 따른 발광 장치는, 서로 이격 배치되는 제1 전극층과 제2 전극층을 포함하는 기판; 상기 기판 상에 배치되고, 주 광(main light)을 방출하는 발광면을 포함하는 발광 소자; 상기 발광 소자 상에 배치되고, 상기 주 광의 일부를 상기 주 광의 파장과 서로 다른 파장을 갖는 제1 광으로 변환하고, 상기 주 광에서 상기 제1 광으로 변환되지 않은 비 변환 주 광과 상기 제1 광을 방출하는 제1 파장 변환층; 및 상기 제1 파장 변환층 상에 배치되고, 상기 제1 파장 변환층에서 방출된 상기 비 변환 주 광의 일부를 상기 주 광의 파장 및 상기 제1 광의 파장과 서로 다른 파장을 갖는 제2 광으로 변환하고, 상기 비 변환 주광에서 상기 제2 광으로 변환되지 않은 나머지, 상기 제1 광 및 상기 제2 광을 함께 방출하는 제2 파장 변환층;을 포함하고, 상기 제1 파장 변환층은, 상면과 상기 발광 소자의 발광면에 배치된 하면을 포함하고, 상기 제1 파장 변환층의 하면의 면적은, 상기 발광 소자의 발광면의 면적보다 크고, 상기 발광 소자의 상면의 면적보다 작고, 상기 제2 파장 변환층은, 상면과 상기 제1 파장 변환층의 상면에 배치된 하면을 포함하고, 상기 제2 파장 변환층의 하면의 면적은, 상기 제1 파장 변환층의 상면의 면적보다 크고,상기 발광 소자는, 하면에 배치되어 상기 제1 전극층과 전기적으로 연결되는 제1 전극과, 상면에 배치되어 와이어를 통해 상기 제2 전극층과 전기적으로 연결되는 복수의 제2 전극을 포함한다. 이러한 실시 형태에 따른 발광 장치를 사용하면, 색온도 구현이 용이하고, 색온도의 범위를 확장시킬 수 있으며, 발광면에서의 얼룩을 제거할 수 있다.
실시 형태에 따른 발광 장치를 사용하면, 색온도 구현이 용이하고, 색온도의 범위를 확장할 수 있는 이점이 있다.
또한, 발광면에서의 얼룩을 제거할 수 있는 이점이 있다.
또한, 광 추출 효율을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.
도 1은 제1 실시 형태에 따른 발광 장치의 사시도.
도 2는 도 1에 도시된 발광 장치의 측단면도.
도 3은 도 1에 도시된 발광 장치의 효과를 설명하기 위한 색좌표.
도 4 내지 도 5는 제1 파장 변환층(150)과 제2 파장 변환층(160)의 투광성 물질 중 적어도 하나 이상이 세라믹인 경우의 효과를 설명하기 위한 도면.
도 6은 제2 실시 형태에 따른 발광 장치의 사시도.
도 7은 도 6에 도시된 발광 장치의 측단면도.
도면에서 각층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다.
본 발명에 따른 실시 형태의 설명에 있어서, 어느 한 element가 다른 element의 " 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 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 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 형태에 따른 발광 장치를 설명한다.
<제1 실시 형태>
도 1은 제1 실시 형태에 따른 발광 장치의 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 발광 장치의 단면도이다.
도 1 내지 도 2를 참조하면, 제1 실시 형태에 따른 발광 장치는, 기판(110), 제1 전극층(120), 제2 전극층(130), 발광 소자(140), 제1 파장 변환층(150) 및 제2 파장 변환층(160)을 포함할 수 있다.
기판(110) 상에는 제1 전극층(120)과 제2 전극층(130), 발광 소자(140), 제1 파장 변환층(150) 및 제2 파장 변환층(160)이 배치될 수 있다.
기판(110)은 몸체 역할을 하는 것으로서 PCB (Printed Circuit Board), 실리콘 웨이퍼, 수지, 서브 마운트(sub-mount)와 같은 다양한 것이 될 수 있다. 또한, 기판(110)으로 사용된 소재에 따라 플라스틱 패키지, 세라믹 패키지, 금속 패키지 등으로 분류되기도 한다.
기판(110)에는 절연층(미도시)이 배치될 수 있다. 절연층(미도시)은 기판(110)과 다른 구성요소 사이의 전기적 연결을 차단하는 역할을 한다. 다만, 기판(110)가 비전도성 물질로 이루어져 있는 경우에는 절연층(미도시)을 배치하지 않아도 무방하다.
제1 전극층(120)과 제2 전극층(130)은, 기판(110)의 상면에 배치된다. 제1 전극층(120)과 제2 전극층(130)은 기판(110)의 상면에서 서로 이격되도록 배치된다. 따라서, 제1 전극층(120)과 제2 전극층(130)은 전기적으로 분리된다.
제1 전극층(120)과 제2 전극층(130)은 전도성 물질로서, 발광 소자(140)와 전기적으로 연결된다.
제1 전극층(120) 상에 발광 소자(140)가 배치된다. 제1 전극층(120)은 발광 소자(140)의 두 개의 전극 중 어느 하나의 전극과 전기적으로 연결된다.
발광 소자(140)는, 기판(110) 상에 배치되고, 제1 전극층(120)의 상면에 배치될 수 있다.
발광 소자(140)는 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하는 발광 구조물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 발광 구조물은 제1 도전형 반도체층과 제2 도전형 반도체층 사이에 활성층이 배치된 형태로 구비될 수 있다.
제1 도전형 반도체층은 n형 반도체층을 포함할 수 있고 GaN, AlN, AlGaN, InGaN, InN, InAlGaN, AlInN, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP, AlGaInP 등에서 선택될 수 있으며 Si, Ge, Sn, Se, Te 등의 n형 도펀트가 도핑될 수 있다.
활성층은 상기 제1 도전형 반도체층을 통해서 주입되는 전자(또는 정공)와 제2 도전형 반도체층을 통해서 주입되는 정공(또는 전자)이 서로 만나서, 활성층의 형성 물질에 따른 에너지 밴드(Energy Band)의 밴드갭(Band Gap) 차이에 의해서 빛을 방출하는 층이다. 활성층은 단일 우물 구조, 다중 우물 구조, 양자점 구조 또는 양자선 구조 중 어느 하나로 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
제2 도전형 반도체층은 p형 반도체층으로 구현될 수 있고 GaN, AlN, AlGaN, InGaN, InN, InAlGaN, AlInN, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP, AlGaInP 등에서 선택될 수 있으며 Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등의 p형 도펀트가 도핑될 수 있다.
한편 제1 도전형 반도체층이 p형 반도체층을 포함하고 제2 도전형 반도체층이 n형 반도체층을 포함할 수도있다. 또한 제2 도전형 반도체층 아래에는 n형 또는 p형 반도체층을 포함하는 반도체층이 더 형성될 수 있다. 이에 따라, 발광 구조물은 n-p 접합 구조, p-n 접합 구조, n-p-n 접합 구조, 및 p-n-p 접합 구조 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 발광 소자(120)은 가시광선 대역부터 자외선 대역의 범위 중에서 선택적으로 발광할 수 있고, 반도체 재질 고유의 색을 갖는 빛을 방출할 수 있다.
발광 소자(140)는 하나 또는 복수로 제1 전극층(120)의 상면에 배치될 수 있다. 발광 소자(140)는 적색, 녹색, 청색 등의 가시광을 방출하는 발광 다이오드(Lighting Emitting Diode) 칩(chip)이거나 자외선 광(Ultraviolet light)를 방출하는 발광 다이오드 칩일 수 있다.
발광 소자(140)는 제1 전극(미도시)과 제2 전극(147)을 가질 수 있다. 발광 소자(140)의 제1 전극(미도시)은 발광 소자(140)의 하면에 형성되어 제1 전극층(120)과 전기적으로 직접 연결되고, 제2 전극(147)은 제2 전극층(130)과 와이어(wire, W)를 통해 전기적으로 연결될 수 있다.
여기서, 도면에 도시된 바와 같이, 발광 소자(140)의 제2 전극(147)은 복수일 수 있다. 예를 들어, 제2 전극(147)은 두 개일 수 있다. 두 개의 제2 전극(147)은 두 개의 와이어를 통해 제2 전극층(130)과 각각 연결될 수 있다. 발광 소자(140)의 제2 전극(147)과 제2 전극층(130)의 복수의 와이어를 통해 연결되면, 하나의 와이어를 사용하는 발광 소자 또는 플립형 발광 소자보다 발광면의 휘도분포가 발광면 전체에 고르게 분포되는 장점이 있으며, 색편차가 줄어드는 장점도 있다. 이로써, 발광 소자의 신뢰성이 향상되고 발광에 의한 얼룩짐을 저감시킬 수 있는 장점도 있다.
발광 소자(140) 상에는 제1 파장 변환층(150)이 배치된다. 발광 소자(140)는 제1 파장 변환층(150)이 배치되는 상면(141)을 포함할 수 있다.
발광 소자(140)의 상면(141)은 실제로 광이 방출되는 발광면(145)을 포함하고, 와이어(W)와 연결되는 제2 전극(147)이 배치되는 부분을 포함할 수 있다. 여기서, 발광면(145)의 면적은 상면(141)의 면적보다 작다.
제1 파장 변환층(150)은 발광 소자(140) 상에 배치된다. 제1 파장 변환층(150)은 발광 소자(140)의 상면(141)에 배치될 수 있다.
제1 파장 변환층(150)의 하면(153)의 면적은, 발광 소자(140)의 상면(141)의 면적보다는 작을 수 있다. 이는, 발광 소자(140)의 제2 전극(147)이 발광 소자(140)의 상면(141)에 배치될 수 있기 때문이다.
제1 파장 변환층(150)의 하면(153)의 면적은, 발광 소자(140)의 발광면(145)의 면적보다는 클 수 있다. 이는, 발광면(145)에서 방출되는 모든 광이 제1 파장 변환층(150)을 통과하게 하기 위함이다.
제1 파장 변환층(150)의 하면(153)은 발광 소자(140)의 발광면(145) 전체를 덮을 수 있다. 이는, 발광면(145)에서 방출되는 모든 광이 제1 파장 변환층(150)을 통과하게 하기 위함이다.
제1 파장 변환층(150)의 두께는, 50um 이상 200um 이하일 수 있다. 제1 파장 변환층(150)의 두께는 발광 장치가 목표로 하는 색온도에 따라 달라진다.
제1 파장 변환층(150)은 발광 소자(140)에서 방출되는 주 광(main light)의 일부를 주 광의 파장과 서로 다른 파장을 갖는 제1 광으로 변환하고, 주 광에서 제1 광으로 변환되지 않은 비 변환 주 광과 제1 광을 방출한다.
제1 파장 변환층(150)은 발광 소자(140)에서 방출되는 주 광을 제1 광으로 변환할 수 있는 형광 물질을 포함할 수 있다. 형광 물질은 제2 파장 변환층(160)의 형광 물질과 함께 추후 설명하도록 한다.
제2 파장 변환층(160)은 제1 파장 변환층(150) 상에 배치된다. 제2 파장 변환층(160)의 하면(163)은 제1 파장 변환층(150)의 상면(151)에 배치된다.
여기서, 제2 파장 변환층(160)의 폭은 제1 파장 변환층(150)의 폭보다 크다. 제2 파장 변환층(160)의 하면(163)은 제1 파장 변환층(150)의 상면(151)에 배치되고, 제2 파장 변환층(160)의 폭이 제1 파장 변환층(150)의 폭보다 더 크면, 제1 파장 변환층(150)에서 방출되는 모든 광이 제2 파장 변환층(160)으로 입사하기 때문에, 발광하는 발광 장치를 외부에서 보았을 때 발광 장치의 발광면에 얼룩이 발생되지 않는다. 하지만, 제2 파장 변환층(160)의 폭이 제1 파장 변환층(150)의 폭보다 작으면, 제1 파장 변환층(150)에서 제2 파장 변환층(160)과 겹쳐지지 않는 부분에서 방출되는 광이 제2 파장 변환층(160)으로 입사되지 못하고 그대로 밖으로 방출되기 때문에, 발광하는 발광 장치를 외부에서 보았을 때 발광 장치의 발광면에 얼룩이 발생할 수 있다.
또한, 제2 파장 변환층(160)의 하면(163)의 면적은, 제1 파장 변환층(150)의 상면(151)의 면적보다 더 크다. 제2 파장 변환층(160)의 하면(163)은 제1 파장 변환층(150)의 상면(151)에 배치되고, 제2 파장 변환층(160)의 하면(163)의 면적이, 제1 파장 변환층(150)의 상면(151)의 면적보다 더 크면, 제1 파장 변환층(150)에서 방출되는 모든 광이 제2 파장 변환층(160)으로 입사하기 때문에, 발광하는 발광 장치를 외부에서 보았을 때 발광 장치의 발광면에 얼룩이 발생되지 않는다. 하지만, 제2 파장 변환층(160)의 하면(163)의 면적이, 제1 파장 변환층(150)의 상면(151)의 면적보다 더 작으면, 제1 파장 변환층(150)에서 제2 파장 변환층(160)과 겹쳐지지 않는 부분에서 방출되는 광이 제2 파장 변환층(160)으로 입사되지 못하고 그대로 밖으로 방출되기 때문에, 발광하는 발광 장치를 외부에서 보았을 때 발광 장치의 발광면에 얼룩이 발생할 수 있다.
제2 파장 변환층(160)의 두께는, 50um 이상 200um 이하일 수 있다. 제2 파장 변환층(160)의 두께는 발광 장치가 타켓으로 하는 색온도에 따라 달라진다.
제2 파장 변환층(160)은 발광 소자(140)에서 방출되어 제1 파장 변환층(150)에서 제1 광으로 변환되지 않은 비 변환 주 광의 일부를 주 광의 파장 및 제1 광의 파장과 서로 다른 파장을 갖는 제2 광으로 변환하고, 비 변환 주 광에서 제2 광으로 변환되지 않은 나머지를 그대로 방출한다. 또한, 제2 파장 변환층(160)은 제1 파장 변환층(150)에서 방출된 제1 광을 그대로 방출한다. 따라서, 제2 파장 변환층(160)에서는 제2 광을 비롯하여 발광 소자(140)의 주 광과 제1 파장 변환층(150)의 제1 광이 혼합되어 방출될 수 있다.
제2 파장 변환층(160)은 발광 소자(140)에서 방출되는 주 광을 제2 광으로 변환할 수 있는 형광 물질을 포함할 수 있다. 형광 물질은 제1 파장 변환층(150)의 형광 물질과 함께 추후 설명하도록 한다.
제1 파장 변환층(150)과 제2 파장 변환층(160)에 대해서 이하에서 구체적으로 설명하도록 한다.
제1 실시 형태에 따른 발광 장치는, 제1 파장 변환층(150)과 제2 파장 변환층(160)을 포함하기 때문에, 색온도 조절이 용이하여 설계자 원하는 색온도를 용이하게 구현할 수 있으며, 색온도 범위를 확장시킬 수 있다. 구체적으로, 도 3을 참조하여 설명하도록 한다.
도 3은 도 1에 도시된 발광 장치의 효과를 설명하기 위한 색좌표이다.
도 3에서, A 직선은 제1 파장 변환층(150)에 의한 색좌표 직선이고, B 직선은 제2 파장 변환층(160)에 의한 색좌표 직선이다.
도 3을 참조하면, 파장 변환층이 한 개이면, 해당 색좌표 직선 위에서만 색온도가 변하기 때문에, 색온도 조절이 매우 제한된다. 하지만, 제1 실시 형태와 같이 파장 변환층이 두 개 이상이면, A 직선과 B 직선 이외의 범위에서 설계자가 원하는 색온도 조절이 용이하며, A 직선과 B 직선 사이의 범위에서 설계자는 원하는 색온도를 결정할 수 있어 색온도 범위가 확장되는 이점이 있다.
다시, 도 1 내지 도 2를 참조하면, 제1 파장 변환층(150)과 제2 파장 변환층(160) 각각은 형광 물질과 투광성 물질을 포함할 수 있다. 여기서, 형광 물질은, 형광체일 수 있다.
형광체는 가넷(Garnet)계(YAG, TAG), 실리케이드(Silicate)계, 나이트라이드(Nitride)계 및 옥시나이트라이드(Oxynitride)계 중 적어도 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.
형광체는 황색 형광체, 녹색 형광체 및 적색 형광체를 포함할 수 있다.
황색 형광체는 500nm 이하의 광에 의해 여기되어 530nm부터 580nm 사이에서 주(peak) 파장을 갖는 광을 방출한다. 황색 형광체는 실리케이트계, 가넷계의 야그(YAG), 옥시나이트라이드계 형광체일 수 있다. 황색 형광체는 Y3Al5O12:Ce3+(Ce:YAG), CaAlSiN3:Ce3+, Eu2+-SiAlON 계열 중에서 선택된 형광체, 및/또는 BOSE 계열 중에서 선택된 것일 수 있다. 황색 형광체는 또한 원하는 파장의 광 출력을 제공하기 위해 임의의 적합한 레벨로 도핑될 수 있다. Ce 및/또는 Eu가 약 0.1% 내지 약 20% 범위의 도펀트 농도로 형광체에 도핑될 수 있다. 적당한 형광체로는 Mitsubishi Chemical Company(Japan, Tokyo 소재), Leuchtstoffwerk Breitungen GmbH(Germany, Breitungen 소재) 및 Intermatix Company (California, Fremont 소재)의 제품을 이용할 수 있다.
녹색 형광체는 400nm 이하의 광에 의해 여기되어 450nm부터 530nm 사이에서 주 파장을 갖는 광을 방출한다. 녹색 형광체는 실리케이트계, 나이트라이드계, 옥시나이트라이드계 형광체일 수 있다.
적색 형광체는 580nm 이하의 광에 의해 여기되어 600nm부터 650nm 사이에서 주 파장을 갖는 광을 방출한다. 적색 형광체는 나이트라이드계, 설파이드계 형광체일 수 있다. 적색 형광체는 CaAlSiN3:Eu2+및 Sr2Si5N8:Eu2+를 포함할 수 있다. 이 형광체는 양자 효율을 150℃ 이상의 온도에서 80% 이상으로 유지할 수 있다. 이용될 수 있는 다른 적색 형광체는 CaSiN2:Ce3+, CaSiN2:Eu2+는 물론 Eu2+-SiAlON 형광체 계열 중에서 선택된 형광체, 및/또는 (Ca,Si,Ba)SiO4:Eu2+(BOSE) 계열 중에서 선택된 형광체를 포함한다.
제1 파장 변환층(150)은 적색 형광체를 포함하고, 제2 파장 변환층(160)은 황색 형광체를 포함할 수 있다. 제1 파장 변환층(150)이 적색 형광체를 포함하고, 제2 파장 변환층(160)이 황색 형광체를 포함하면, 반대의 경우보다 광 추출 효율이 향상될 수 있다. 만약, 제1 파장 변환층(150)이 황색 형광체를 포함하고, 제2 파장 변환층(160)이 적색 형광체를 포함하면, 제1 파장 변환층(150)의 황색 형광체에서 방출된 광(530nm ~ 580nm)이 제2 파장 변환층(160)의 적색 형광체를 여기시켜 제2 파장 변환층(160)을 통과하지 못하고 적색 형광체에 의해 흡수될 수 있기 때문이다.
제1 파장 변환층(150)과 제2 파장 변환층(160) 각각의 투광성 물질은, 유리(glass), 및 세라믹(ceramic) 중 어느 하나일 수 있다. 투광성 물질이 유리이면, 2개 이상의 서로 다른 형광체들을 혼합할 수 있는 이점이 있다.
여기서, 제1 파장 변환층(150)과 제2 파장 변환층(160)의 투광성 물질 중 적어도 하나 이상은 세라믹일 수 있다. 제1 파장 변환층(150)과 제2 파장 변환층(160)의 투광성 물질 중 적어도 하나 이상이 세라믹이면, 발광 장치의 발광면에서 균일한 색온도 분포를 얻을 수 있다. 도 4 내지 도 5를 참조하여 설명하도록 한다.
도 4 내지 도 5는 제1 파장 변환층(150)과 제2 파장 변환층(160)의 투광성 물질 중 적어도 하나 이상이 세라믹인 경우의 효과를 설명하기 위한 도면이다.
구체적으로, 도 4는 도 1에 도시된 발광 소자(140) 위에 유리와 형광체를 포함하는 제1 파장 변환층(150)만을 구성한 경우(제2 파장 변환층(160)은 제거함)에 제1 파장 변환층(150)에서 광이 방출되는 발광면의 모습을 보여주는 사진이다. 도 4를 참조하면, 제1 파장 변환층(150)의 상면, 즉 발광면의 색온도 분포가 다소 분균일함을 확인할 수 있다.
도 5의 (a)는 도 4의 제1 파장 변환층(150)의 발광면에서 임의로 복수 개의 지점(point)들을 선택한 후, 각 지점에서의 색온도 x 좌표와 색온도 y 좌표를 계산하고, 해당 좌표(x축) 별 개수(y축)를 그래프화 한 것이다. 여기서, △x는 목표로 하는 x 좌표에서 계산된 x 좌표를 뺀 것이고, △y는 목표로 하는 y 좌표에서 계산된 y 좌표를 뺀 것이다.
도 5의 (b)는 도 4의 제1 파장 변환층(150)의 유리를 세라믹으로 대체한 경우의 그래프이다.
도 5의 (a)와 도 5의 (b)를 참조하면, 유리는 색온도 분포가 다소 넓게 퍼져있기 때문에 색온도 분포가 불균일한 것을 확인할 수 있고, 세라믹은 색온도 분포가 좁게 형성되어 있기 때문에 색온도 분포가 균일함을 확인할 수 있다.
도 4 내지 도 5를 종합해 보면, 제1 파장 변환부(150)와 제2 파장 변환부(160) 중 어느 하나의 투광성 물질이 세라믹이면, 제2 파장 변환부(160)의 발광면에서의 색온도 분포가 균일해짐을 예상할 수 있다. 가장 좋은 것은 제1 파장 변환부(150)와 제2 파장 변환부(160)의 모든 투광성 물질이 세라믹인 경우이다.
다시, 도 1 내지 도 2를 참조하면, 제1 파장 변환부(150)의 두께는, 제2 파장 변환부(160)의 두께와 같을 수도 있고, 서로 다를 수도 있다. 제1 파장 변환부(150)의 두께와 제2 파장 변환부(160)의 두께가 서로 다른 경우 서로 다른 효과를 발휘할 수 있다. 구체적으로, 제2 파장 변환부(160)의 두께가 제1 파장 변환부(150)의 두께보다 더 두꺼우면, 제1 실시 형태에 따른 발광 장치는 백색의 광을 방출하는 형광등용으로 사용할 수 있다. 반대로 제1 파장 변환부(150)의 두께가 제2 파장 변환부(160)의 두께보다 더 두꺼우면, 제1 실시 형태에 따른 발광 장치는 주황색의 광을 방출하는 백열등용으로 사용할 수 있다.
발광 소자(140)와 제1 파장 변환층(150) 및 제1 파장 변환층(150)과 제2 파장 변환층(160)은 접착재(미도시)를 통해 접착될 수 있다. 접착재(미도시)는 제1 파장 변환층(150)와 발광 소자(140) 사이 및 제2 파장 변환층(160)과 제1 파장 변환층(150) 사이의 틈으로 빛이 새는 것을 방지할 수 있다. 제1 파장 변환층(150)이 발광 소자(140)에 접착되는 것과 제2 파장 변환층(160)이 제1 파장 변환층(150)에 접착되는 것에 의하여, 제1 및 제2 파장 변환층(150, 160)는 발광 소자(140)의 광을 안정적으로 도광할 수 있다.
접착재(미도시)는 내열, 내광성의 재료를 사용할 수 있다. 예를 들면, 실리콘(silicon), 불소 수지, 무기(유리) 페이스트(paste) 일 수 있다. 접착재(미도시)가 내열, 내광성이 높아지면 발광 장치의 신뢰성이 향상되므로, 광속 유지율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
와이어(W)는 제품의 신뢰성, 생산성, 원가, 성능 등을 고려하여 선택될 수 있다. 와이어(W)의 소재로는 금(Au), 은(Ag), 구리(Cu), 알루미늄(Al) 등의 금속이 사용될 수 있다.
<제2 실시 형태>
도 6은 제2 실시 형태에 따른 발광 장치의 사시도이고, 도 7은 도 6에 도시된 발광 장치의 측단면도이다.
도 6 내지 도 7을 참조하면, 제2 실시 형태에 따른 발광 장치는, 기판(110), 제1 전극층(120), 제2 전극층(130), 발광 소자(140), 제1 파장 변환층(250) 및 제2 파장 변환층(160)을 포함할 수 있다.
제1 파장 변환층(250)을 제외한 나머지 구성들은 도 1 내지 도 2에 도시된 제1 실시 형태에 따른 발광 장치와 동일하므로, 이에 대한 설명은 앞서 설명한 것으로 대체하고, 이하에서는 제1 파장 변환층(250)에 대해서 구체적으로 살펴보도록 한다.
제1 파장 변환층(250)은 상면(251), 하면(253) 및 측면(255)를 포함한다.
상면(251)에는 제2 파장 변환층(160)이 배치되고, 하면(253)에는 발광 소자(140)가 배치된다. 측면(255)은 상면(251)과 하면(253) 사이에 배치되며, 상면(251)의 변의 개수에 따르며, 하나 또는 복수일 수 있다.
상면(251)의 폭은 하면(253)의 폭보다 더 크고, 상면(251)의 면적은 하면(253)의 면적보다 더 크다.
측면(255)은 상면(251)과 하면(253)의 폭 또는 면적의 차이에 의해서, 상면(251) 또는 하면(253)에 대하여 기울어진 경사면일 수 있다. 측면(255)이 경사면이면, 제1 파장 변환층(250)의 광 입사면인 하면(253)보다 광 출사면인 상면(251)의 면적이 더 커지고, 제2 파장 변환층(250)의 가장자리부분도 이용할 수 있기 때문에, 제1 실시 형태에 따른 발광 장치보다 광 추출 효율이 더 향상되는 이점이 있다.
하면(253)의 면적은 발광 소자(140)의 상면(141)의 면적보다 작다.
하면(253)의 면적은 발광 소자(140)의 발광면(145)의 면적과 같거나 보다 더 클 수 있다. 이는 발광면(145)로부터 방출되는 모든 광을 입사받기 위함이다.
상면(251)의 면적은 제2 파장 변환층(160)의 하면(163)의 면적과 같거나 보다 작을 수 있다. 상면(251)의 면적이 제2 파장 변환층(160)의 하면(163)의 면적과 같으면, 제1 파장 변환층(250)의 상면(251)에서 방출되는 모든 광이 제2 파장 변환층(160)의 하면(163)으로 입사될 수 있기 때문에, 제2 파장 변환층(160)에서 추출되는 광의 효율이 향상되는 이점이 있다. 하지만, 상면(251)의 면적이 제2 파장 변환층(160)의 하면(163)의 면적과 같은 경우는 이상적인 경우로서, 실제로 제조 공정상의 오차와 상면(251)과 제2 파장 변환층(160)의 하면(160)을 정확하게 일치시키기가 어렵기 때문에, 상면(251)의 면적은 제2 파장 변환층(160)의 하면(163)의 면적보다 소정의 오차만큼 작을 수 있다. 여기서, 상기 오차는, 대략 20um일 수 있다.
이상에서 실시 형태를 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, 실시 형태에 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.
110: 기판
120: 제1 전극층
130: 제2 전극층
140: 발광 소자
150, 250: 제1 파장 변환층
160: 제2 파장 변환층

Claims (9)

  1. 서로 이격 배치되는 제1 전극층과 제2 전극층을 포함하는 기판;
    상기 제1 전극층 상에 배치되고, 주 광(main light)을 방출하는 발광면을 포함하는 발광 소자;
    상기 발광 소자 상에 배치되고, 상기 주 광의 일부를 상기 주 광의 파장과 서로 다른 파장을 갖는 제1 광으로 변환하고, 상기 주 광에서 상기 제1 광으로 변환되지 않은 비 변환 주 광과 상기 제1 광을 방출하는 제1 파장 변환층; 및
    상기 제1 파장 변환층 상에 배치되고, 상기 제1 파장 변환층에서 방출된 상기 비 변환 주 광의 일부를 상기 주 광의 파장 및 상기 제1 광의 파장과 서로 다른 파장을 갖는 제2 광으로 변환하고, 상기 비 변환 주광에서 상기 제2 광으로 변환되지 않은 나머지, 상기 제1 광 및 상기 제2 광을 함께 방출하는 제2 파장 변환층;을 포함하고,
    상기 제1 파장 변환층은, 상면과 상기 발광 소자의 발광면에 배치된 하면을 포함하고, 상기 제2 파장 변환층은, 상면과 상기 제1 파장 변환층의 상면에 배치된 하면을 포함하고,
    상기 제1 파장 변환층의 하면의 면적은, 상기 발광 소자의 발광면의 면적보다 크고, 상기 발광 소자의 상면의 면적보다 작고,
    상기 제2 파장 변환층의 하면의 면적은, 상기 제1 파장 변환층의 상면의 면적보다 크고,
    상기 발광 소자는, 하면에 배치되어 상기 제1 전극층과 전기적으로 연결되는 제1 전극과, 상면에 배치되어 와이어를 통해 상기 제2 전극층과 전기적으로 연결되는 복수의 제2 전극을 포함하는, 발광 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 파장 변환층은, 상기 제1 파장 변환층의 상면과 상기 제1 파장 변환층의 하면 사이에 배치된 측면을 포함하고,
    상기 제1 파장 변환층의 측면은, 상기 제1 파장 변환층의 상면 또는 상기 제1 파장 변환층의 하면에 대해서 기울어진 경사면인, 발광 장치.
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 파장 변환층은, 제1 투광성 물질과 제1 형광체를 포함하고,
    상기 제2 파장 변환층은, 제2 투광성 물질과 상기 제1 형광체와 서로 다른 제2 형광체를 포함하고,
    상기 제1 형광체는 적색 형광체이고, 상기 제2 형광체는 황색 형광체인, 발광 장치.
  5. 삭제
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 제1 투광성 물질과 상기 제2 투광성 물질 중 적어도 하나는 세라믹 또는 유리인, 발광 장치.
  7. 삭제
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 파장 변환층의 두께는, 상기 제2 파장 변환층의 두께와 다른, 발광 장치.
  9. 삭제
KR1020140080689A 2014-06-30 2014-06-30 발광 장치 KR102201186B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140080689A KR102201186B1 (ko) 2014-06-30 2014-06-30 발광 장치

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140080689A KR102201186B1 (ko) 2014-06-30 2014-06-30 발광 장치

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20160002020A KR20160002020A (ko) 2016-01-07
KR102201186B1 true KR102201186B1 (ko) 2021-01-11

Family

ID=55168745

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020140080689A KR102201186B1 (ko) 2014-06-30 2014-06-30 발광 장치

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102201186B1 (ko)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008135707A (ja) * 2006-10-31 2008-06-12 Toshiba Lighting & Technology Corp 発光装置

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013038187A (ja) * 2011-08-05 2013-02-21 Stanley Electric Co Ltd 発光装置およびその製造方法

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008135707A (ja) * 2006-10-31 2008-06-12 Toshiba Lighting & Technology Corp 発光装置

Also Published As

Publication number Publication date
KR20160002020A (ko) 2016-01-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20190165226A1 (en) Semiconductor element package
KR102007405B1 (ko) 발광 모듈
US7875473B2 (en) Method of manufacturing light emitting diode device
US9893246B2 (en) Lighting device
US20120086043A1 (en) Light emitting device and lighting system
US10541351B2 (en) Light emitting diode having a current blocking layer
KR102401828B1 (ko) 발광소자 패키지
US10199540B2 (en) Light emitting diode, light emitting diode package including same, and lighting system including same
US10385266B2 (en) Phosphor composition, light emitting element package comprising same, and lighting system
KR20160037471A (ko) 발광 소자 패키지
KR102523240B1 (ko) 발광소자 패키지
US10510925B2 (en) Light-emitting device and lighting system comprising same
KR102201186B1 (ko) 발광 장치
KR20170123153A (ko) 발광 소자 패키지 및 이를 포함하는 조명 장치
KR102507444B1 (ko) 발광소자 및 이를 포함하는 디스플레이 장치
TW201616687A (zh) 覆晶式led封裝體
KR102515609B1 (ko) 발광소자 패키지
KR101607400B1 (ko) 발광 장치
KR102470302B1 (ko) 반도체 소자 패키지
KR20160009832A (ko) 발광 장치
KR102282944B1 (ko) 발광 장치
KR102464317B1 (ko) 발광 소자 패키지
KR102598476B1 (ko) 발광소자 패키지
KR102305837B1 (ko) 발광 장치
KR102365835B1 (ko) 발광 장치

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant