KR102534245B1 - 칩 스케일 렌즈를 포함한 발광장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 기술적 사상에 의한 발광 장치는 제1 도전형 반도체 층, 활성 층 및 제2 도전 형 반도체 층이 적층된 발광적층체에 상기 제1 도전형 반도체 층과 전기적으로 연결된 제1 전극층 및 상기 제2 도전형 반도체 층과 전기적으로 연결된 제2 전극층 구비하는 발광구조, 상기 발광구조 상에 배치된 렌즈, 및, 상기 렌즈상에 배치된 반사막을 포함하는 포함 하는 것을 특징으로 한다

Description

칩 스케일 렌즈를 포함한 발광장치{light emitting device comprising a chip-scale lens}
본 발명의 기술적 사상은 발광 소자(light emitting device(LED))에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 칩 스케일 렌즈를 포함하는 발광 장치에 관한 것이다.
LED 광원을 이용하여 조명 및 전자 제품에 사용하기 위해서 응용 제품에 맞는 배광(광지향) 특성을 가져야 한다. 이를 위해서는 LED 칩 위에, 칩보다 훨씬 큰 볼륨의 렌즈를 형성하게 되어 과도한 렌즈생산 비용이 요구되고 집적화에 불리한 단점이 있었다.
본 발명의 기술적 사상이 해결하고자 하는 과제는 칩 스케일의 렌즈 및 또는 렌즈상에 배치된 반사막을 적용함으로 소형화 및 배광(광지향) 기능을 구현함에 있다.
본 발명의 기술적 사상이 해결하고자 하는 또 다른 과제는 렌즈의 증착 및 성형을 공정과정에 포함시켜 제조공정을 간소화하며 제조 원가를 절감함에 있다.
본 발명의 기술적 사상이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상술한 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 기술적 사상의 실시예들은 발광장치를 제공한다. 발광장치는 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층이 적층된 구조에 상기 제1 도전형 반도체층과 전기적으로 연결된 제 1 전극층 및 상기 제2 도전형 반도체층과 전기적으로 연결된 제2 전극층을 구비하는 발광구조 및 상기 발광구조 상에 배치된 렌즈를 포함하되, 상기 렌즈는 상기 발광구조에서 발생된 빛의 적어도 일부를 상기 렌즈가 상기 발광구조상에 배치되는 방향축에 대해 기울어지되 서로 다른 빛이 진행에 따라 멀어지도록 지향하게 하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 기술적 사상의 일 실시예들 중 하나로서, 상기 렌즈에 의해 상기 빛을 상기 렌즈의 중심부로부터 멀어지는 방향을 지향하게 되는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 기술적 사상의 일 실시예들 중 하나로서, 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층이 적층된 발광적층체에 상기 제1 도전형 반도체 층과 전기적으로 연결된 제 1 전극층 및 상기 제2 도전형 반도체 층과 전기적으로 연결된 제 2 전극층을 구비하는 발광구조, 상기 발광구조 상에 배치된 렌즈, 상기 렌즈상에 배치된 반사막을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 기술적 사상의 일 실시예들 중 하나로서, 상기 반사막은 상기 렌즈를 기준으로 상기 발광구조와 타측 표면에 배치된 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 기술적 사상의 일 실시예들 중 하나로서, 상기 렌즈 및/또는 상기 반사막은 상기 발광구조에서 발생된 빛의 적어도 일부를 상기 렌즈가 상기 발광구조상에 배치되는 방향축에 대해 기울어지되 경로가 서로 다른 빛이 진행에 따라 멀어지도록 지향하게 하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 기술적 사상의 일 실시예들 중 하나로서, 상기 반사막은 상기 렌즈상에 상기 반사막이 배치되는 면의 전체를 가리지는 않는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 기술적 사상의 일 실시예들 중 하나로서, 상기 발광구조 하에 반사판을 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 기술적 사상의 일 실시예들 중 하나로서, 상기 렌즈와 상기 발광구조 사이에 배치된 성장 기판을 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 기술적 사상의 일 실시예들 중 하나로서, 상기 성장기판의 노출된 측방향 표면 상에 배치된 차단층을 더 포함 할 수 있다.
본 발명의 기술적 사상의 일 실시예들 중 하나로서, 상기 차단층은 상기 발광구조의 노출부의 적어도 일부 상에 배치될 수 있는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 기술적 사상의 일 실시예들 중 하나로서, 상기 렌즈는 SiC로 이루어진 것을 특징으로 할 수 있다.
기타 실시 예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 기술적 사상에 의한 발광 장치는 제품 특성에 적합한 배광(광지향)을 갖는 칩스케일 렌즈 및 반사막을 적용하여 집적화에 유리하며 생산단가를 줄일 수 있다.
도 1은 본 발명의 기술적 사상의 일부 실시예들에 따른 발광 장치를 나타내는 사시도면이다.
도 2 내지 도 3은 본 발명의 기술적 사상의 일부 실시예들에 따른 발광 장치를 설명하기 위하여 도 1의 절단선 I-I' 및 II-II'에 따라 취해진 단면도 들이다.
도 4는 도 1의 렌즈간 위치관계를 설명하기 위해 가상 구형선을 추가하여 그림상 xy평면에 정사영 하여 본 사시도이다.
도 5는 본 발명에 채용될 수 있는 반도체 발광장치의 일 예를 나타내는 평면도이다.
도 6은 도 5에 도시된 반도체 발광장치를 절단선 I-I'선에 따라 취해진 측단면도이다.
도 7은 본 발명의 기술적 사상의 일부 실시예들에 따른 발광 장치를 나타내는 사시도다.
도 8은 본 발명의 기술적 사상의 일부 실시예들에 따른 발광 장치를 설명하기 위하여 도 7의 절단선 I-I'에 따라 취해진 단면도이다.
도 9 내지 도 11은 본 발명의 기술적 사상의 일부 실시예들에 따른 발광 장치를 나타내는 사시도다
도 12는 본 발명의 기술적 사상의 일부 실시예들에 따른 발광 장치를 나타내는 사시도다.
도 13 및 도 14는 본 발명의 기술적 사상의 일부 실시예들에 따른 발광 장치를 설명하기 위하여 도 12의 절단선 I-I' 및 II-II'에 따라 취해진 단면도 들이다.
도 15 내지 18은 본 발명의 기술적 사상의 일부 실시예들에 따른 발광 장치를 나타내는 사시도다.
도 19 내지 24는 본 발명의 기술적 사상의 일부 실시예들에 따른 발광 장치를 나타내는 단면도이다.
도 25는 본 발명의 기술적 사상의 일부 실시예들에 따른 발광 장치를 나타내는 사시도다.
도 26은 본 발명의 기술적 사상의 일부 실시예들에 따른 발광 장치를 설명하기 위하여 도 25의 절단선 I-I'에 따라 취해진 단면도이다.
도 27 및 28은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 장치를 포함하는 백색 광원 모듈의 개략적인 단면도이다.
도 29는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자 제조 방법으로 제작된 발광 소자로써 조명 장치에 채용 가능한 백색 광원 모듈의 개략적인 단면도이다.
도 30은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자 제조 방법으로 제작된 발광 소자에 이용될 수 있는 완전 복사체 스펙트럼을 나타내는 CIE 색도도이다.
도 31은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자 제조 방법으로 제작된 발광 소자에 이용될 수 있는 파장 변환 물질로써 양자점(quantum dot, QD)의 단면 구조를 나타내는 개략도이다.
도 32는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 장치를 포함하는 백라이트 유닛의 개략적인 사시도이다.
도 33은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 장치를 포함하는 직하형 백라이트 유닛을 나타내는 도면이다.
도 34는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 장치를 포함하는 백라이트 유닛을 나타내는 도면이다.
도 35는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 장치를 포함하는 직하형 백라이트 유닛을 설명하기 위한 도면이다.
도 36은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 장치를 포함하는 직하형 백라이트 유닛을 설명하기 위한 도면이다.
도 37 내지 도 39는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 장치를 포함하는 백라이트 유닛을 설명하기 위한 도면이다.
도 40은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 장치를 포함하는 디스플레이 장치의 개략적인 분해 사시도이다.
도 41은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 장치를 포함하는 평판 조명 장치를 간략하게 나타내는 사시도이다.
도 42는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 장치를 포함하는 조명 장치를 간략하게 나타내는 분해 사시도이다.
도 43은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 장치를 포함하는 바(bar) 타입의 조명 장치를 개략적으로 나타내는 분해 사시도이다.
도 44는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자 제조 방법으로 제작된 발광 소자를 구비하는 조명 장치를 개략적으로 나타내는 분해 사시도이다.
도 45는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자 제조 방법으로 제작된 발광 소자를 구비하는 실내용 조명 제어 네트워크 시스템을 설명하기 위한 개략도이다.
도 46은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자 제조 방법으로 제작된 발광 소자를 구비하는 네트워크 시스템을 설명하기 위한 개략도이다.
도 47은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자 제조 방법으로 제작된 발광 소자를 구비하는 조명 기구의 스마트 엔진과 모바일 기기의 통신 동작을 설명하기 위한 블록도이다.
도 48은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자 제조 방법으로 제작된 발광 소자를 구비하는 스마트 조명 시스템을 모식적으로 나타낸 개념도이다.
도 49는 본 발명의 기술적 사상의 일부 실시예들에 따른 발광 장치를 형성하는 방법의 개략적인 순서도이다.
도 50 내지 도 54은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 장치의 형성을 설명하는 도면들이다.
도 55 내지 도 61은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 장치의 형성을 설명하는 도면들이다.
도 62 및 도 63은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 장치의 형성을 설명하는 도면들이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려 이들 실시예들은 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다. 또한, 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이다.
명세서 전체에 걸쳐서, 막, 영역 또는 웨이퍼(기판) 등과 같은 하나의 구성요소가 다른 구성요소 "상에", "연결되어", 또는 "커플링되어" 위치한다고 언급할 때는, 상술한 하나의 구성요소가 직접적으로 다른 구성요소 "상에", "연결되어", 또는 "커플링되어" 접촉하거나, 그 사이에 개재되는 또 다른 구성요소들이 존재할 수 있다고 해석될 수 있다. 반면에, 하나의 구성요소가 다른 구성요소 "직접적으로 상에", "직접 연결되어", 또는 "직접 커플링되어" 위치한다고 언급할 때는, 그 사이에 개재되는 다른 구성요소들이 존재하지 않는다고 해석된다. 동일한 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들은 이들 용어에 의해 한정되어서는 안됨은 자명하다. 이들 용어는 하나의 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 다른 영역, 층 또는 부분과 구별하기 위하여만 사용된다. 따라서, 이하 상술할 제1부재, 부품, 영역, 층 또는 부분은 본 발명의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제2부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 지칭할 수 있다.
또한, "상의" 또는 "위의" 및 "하의" 또는 "아래의"와 같은 상대적인 용어들은 도면들에서 도해되는 것처럼 다른 요소들에 대한 어떤 요소들의 관계를 기술하기 위해 여기에서 사용될 수 있다. 상대적 용어들은 도면들에서 묘사되는 방향에 추가하여 소자의 다른 방향들을 포함하는 것을 의도한다고 이해될 수 있다. 예를 들어, 도면들에서 소자가 뒤집어 진다면(turned over), 다른 요소들의 상부의 면 상에 존재하는 것으로 묘사되는 요소들은 상술한 다른 요소들의 하부의 면 상에 방향을 가지게 된다. 그러므로, 예로써 든 "상의"라는 용어는, 도면의 특정한 방향에 의존하여 "하의" 및 "상의" 방향 모두를 포함할 수 있다. 구성 요소가 다른 방향으로 향한다면(다른 방향에 대하여 90도 회전), 본 명세서에 사용되는 상대적인 설명들은 이에 따라 해석될 수 있다. 마찬가지로 도면상에 표시된 x,y,z등의 방향 축 또한 상대적인 방향을 나타내기 위한 것으로 해석될 수 있다.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및/또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.
이하, 본 발명의 실시예들은 본 발명의 이상적인 실시예들을 개략적으로 도시하는 도면들을 참조하여 설명한다. 도면들에 있어서, 예를 들면, 제조 기술 및/또는 공차(tolerance)에 따라, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 발명 사상의 실시예는 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니 되며, 예를 들면 제조상 초래되는 형상의 변화를 포함하여야 한다. 이하 실시예들은 하나 또는 복수개를 조합하여 구성할 수도 있다.
이하에서 설명하는 발광장치는 다양한 구성을 가질 수 있고 여기서는 필요한 구성만을 예시적으로 제시하며, 본 발명 내용이 이에 한정되는 것은 아님을 밝혀둔다.
도 1은 본 발명의 기술적 사상의 일부 실시예들에 따른 발광 장치(100)를 설명하기 위한 사시도다. 도 2 및 도 3은 본 발명의 기술적 사상의 일부 실시예들에 따른 발광 장치(100)를 설명하기 위하여 도 1의 절단선 I-I' 및 II-II'에 따라 취해진 단면도 들이다. 도 4는 도 1의 렌즈간 위치관계를 설명하기 위해 가상 구형선을 추가하여 도면상 xy평면에 정사영 하여 본 사시도이다.
도 1 내지 4를 참조하면 본 실시 형태에 따른 발광 장치(100)에 있어서 발광구조(110)가 있고, 그 하에 반사판이(150) 배치될 수 있다. 또한 상기 발광구조(110) 상에 성장기판(120)이 배치될 수 있다. 상기 성장기판(120) 상에 렌즈(130)가 배치될 수 있다. 상기 렌즈(130) 상에 반사막(140)이 배치될 수 있다.
상기 발광구조(110), 상기 성장기판(120), 및 상기 반사판(150)은 직육면체 형태로 도시 되었으나, 본 발명의 기술적 사상이 이에 제한되는 것은 아니며 응용 제품에 대한 적응성 등 기타 필요에 따라 다양한 형태를 가질 수 있다.
도 1을 참조하면 상기 성장기판(120)상에는 4개의 사등분된 구 형태의 상기 렌즈(130)가 배치될 수 있는데, 상기 렌즈(130) 바닥을 이루는 평면(131)은 상기 성장 기판(120)과 접할 수 있다. 상기 렌즈(130)의 측 방향의 평면(132)은 각각 도면에서 표시된 ±x와 ±y의 4가지 방향을 지향하되, 각 상기 렌즈(130)의 둥근 부분이 서로 등지는 형태로 배치될 수 있다. 여기서 하나의 평면이 특정 방향을 지향함은 상기 하나의 평면에 대한 법선이 상기 특정방향과 평행함을 의미한다. 또한 상기 렌즈(130)의 둥근 부분상에 상기 반사막(140)이 배치될 수 있다.
필요에 따라 상기 렌즈(130) 및/또는 상기 반사막(140)은 상기 발광구조(110)에서 발생된 빛의 경로들 중 적어도 일부를 상기 렌즈(130)가 상기 발광구조상(110)에 배치되는 방향축에 대해 기울어지도록 구성될 수 있다. 상기 방향축이라 함은, 상기 발광 구조(110)가 상기 렌즈(130)와 접하는 면에 대해 실질적으로 수직한(즉, z방향) 축을 의미한다.
일부 실시예들에 있어서 상기 발생된 빛의 경로 중 적어도 일부에 대해 서로 다른 상기 경로는 상기 빛의 진행에 따라 서로 멀어지도록 지향하게 할 수 있다. 필요에 따라 상기 렌즈(130) 및 또는 상기 반사막(140)은 상기 발광구조(110)에서 발생된 빛의 경로들 중 적어도 일부를 상기 발광구조(110)의 상기 렌즈(130)와 가장 가까운 면의 법선에 대해 기울어지되 상기 경로 중 적어도 일부에 대해 서로 다른 상기 경로는 상기 빛의 진행에 따라 서로 멀어지도록 지향하게 할 수 있다.
상기 성장기판(120)은 사파이어(sapphire), SiC, GaN 등의 물질 중 어느 하나 이상으로 이루어질 수 있다. 특히 성장기판이 SiC로 이루어진 경우, 성형이 용이하여 성장기판을 직접 렌즈로 성형하기에 적합하다. 상기 렌즈(130)는 유리(glass), SiC, SiO2, Al2O3, 석영(quartz), 다이아몬드(diamond), PMMA, SOG 등의 소재 중 어느 하나 이상으로 이루어질 수 있다. 이 경우 상기 반사막(140) 및/또는 상기 반사판(150)은 금속, 제1 굴절률을 갖는 제1 절연막과 제2 굴절률을 갖는 제2 절연막이 교대로 적층된 분산 브래그 반사기(DBR: Distributed Bragg Reflector), 백색 실리콘(white silicone, TiO2 silicone),및 복합유기물 등의 물질 중에서 어느 하나 이상으로 이루어질 수 있다.
도 5는 본 발명에 채용될 수 있는 반도체 발광장치의 일 예를 나타내는 평면도로서 도 5는 도 6을 B방향으로 바라본 평면도이고, 도 6은 도 5에 도시된 반도체 발광장치를 I-I'선으로 절취한 측단면도이다.
도 5 및 도 6을 참조하면 상기 반도체 발광 구조(110)는 발광적층체(S)와, 제1 전극층(115), 절연층(118), 제2 전극층(116)을 포함한다. 상기 발광적층체(S)는 순차적으로 적층된 제1 도전형 반도체층(111), 활성층(112), 제2 도전형 반도체층(113)을 포함할 수 있고 예를 들면 화학적 기상 증착법(chemical vapor deposition,CVD), 물리적 기상 증착법(physical vapor deposition,PVD), 원자층 증착법(atomic layer deposition,ALD)등을 이용하여 제조될 수 있다.
상기 제1 전극층(115)은 제1 도전형 반도체층(111)에 전기적으로 접속하기 위하여 제2 도전형 반도체층(113) 및 활성층(112)과는 전기적으로 절연되어 상기 제1 도전형 반도체층(111)의 적어도 일부 영역까지 연장된 하나 이상의 컨택홀(119)을 포함할 수 있다. 상기 컨택홀(119)은 제1 전극층(115)의 계면에서부터 제2 전극층(116), 제2 도전형 반도체층(113) 및 활성층(112)을 통과하여 제1 도전형 반도체층(111) 내부까지 연장될 수 있다. 이러한 컨택홀(119)은 식각 공정, 예컨대 ICP-RIE 등을 이용하여 형성될 수 있다.
상기 제1 전극층(115) 상에는 상기 제1 전극층(115)을 상기 성장기판(120) 및 제1 도전형 반도체층(111)을 제외한 다른 영역으로부터 전기적으로 절연시키기 위한 절연층(118)이 제공된다. 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 절연층(118)은 상기 제1 전극층(115)과 제2 전극층(116)의 사이뿐만 아니라 상기 컨택홀(119)의 측면에도 형성된다.
이로써, 상기 컨택홀(119)의 측면에 노출되는 상기 제2 전극층(116), 제2 도전형 반도체층(113) 및 활성층(112)과 상기 제1 전극층(115)을 절연시킬 수 있다. 절연층(118)은 SiO2, SiOxNy, SixNy과 같은 절연 물질을 증착시켜 형성될 수 있다.
상기 컨택홀(119)에 의해 제1 도전형 반도체층(111)의 컨택영역(C)이 노출되며, 상기 제1 전극층(115)의 일부 영역은 상기 컨택홀(119)을 통해 상기 컨택영역(C)에 접하도록 형성될 수 있다. 이로써, 상기 제1 전극층(115)은 상기 제1 도전형 반도체층(111)에 접속될 수 있다.
상기 컨택홀(119)은 접촉 저항이 낮아지도록 개수, 형상, 피치, 제1 및 제2 도전형 반도체층(111, 113)과의 접촉 직경(또는 접촉 면적) 등이 적절히 조절될 수 있으며(도 5 참조), 행과 열을 따라 다양한 형태로 배열됨으로써 전류 흐름이 개선될 수 있다. 컨택영역(C) 면적은 발광 적층체(S)의 평면 면적의 0.1% 내지 20%의 범위가 되도록 도전성 비아의 개수 및 접촉 면적이 조절될 수 있다. 예를 들어 0.5% 내지 15%이며, 나아가, 1% 내지 10%일 수 있다. 상기 면적이 0.1%보다 작으면 전류 분산이 균일하지 않아 발광 특성이 떨어지며 또한 20% 이상으로 전극 면적이 증가하면 상대적으로 발광 면적의 감소로 발광 특성 및 휘도가 감소하는 문제가 발생할 수 있다.
상기 제1 도전형 반도체층(111)과 접촉하는 영역의 도전성 비아의 반경은 예를 들어, 1㎛ 내지 50㎛의 범위일 수 있으며, 도전성 비아의 개수는 발광 적층체 영역의 넓이에 따라, 발광 적층체 영역 당 1개 내지 48000개일 수 있다. 도전성 비아는 발광 적층체 영역의 넓이에 따라 다르지만, 예를 들어 2개 내지 45000개이며, 나아가 5개 내지 40000개이며, 더 나아가 10개 내지 35000개일 수 있다. 각 도전성 비아 간의 거리는 10㎛ 내지 1000㎛ 범위의 행과 열을 가지는 매트릭스 구조일 수 있으며, 예를 들어 50㎛ 내지 700㎛ 범위일 수 있으며, 나아가 100㎛ 내지 500㎛범위일 수 있고, 더 나아가 150㎛ 내지 400㎛범위 일 수 있다.
각 도전성 비아 간의 거리가 10㎛보다 작으면 비아의 개수가 증가하게 되고 상대적으로 발광면적이 줄어들어 발광 효율이 떨어지며, 거리가 1000㎛보다 커지면 전류 확산이 어려워 발광 효율이 떨어지는 문제점이 있을 수 있다. 도전성 비아의 깊이는 제2 도전형 반도체층(113) 및 활성층(112)의 두께에 따라 다르게 형성될 수 있고, 예컨대, 0.1㎛ 내지 5.0㎛의 범위일 수 있다.
상기 제1 전극층(115)은 도 5에서 도시된 바와 같이 상기 질화물 적층체(S) 외부로 연장되어 노출된 전극형성영역(E)을 제공한다. 상기 전극형성영역(E)은 외부 전원을 상기 제2 전극층(116)에 연결하기 위한 전극패드부(117)를 구비할 수 있다. 이러한 전극형성영역(E)을 1개로 예시되어 있으나, 필요에 따라 복수개로 구비할 수 있다. 상기 전극형성영역(E)은 도 5에 도시된 바와 같이 발광면적을 최대화하기 위해서 상기 질화물 반도체 발광 소자(300)의 일측 모서리에 형성할 수 있다.
본 실시예와 같이, 상기 전극패드부(117) 주위에는 에칭스톱용 절연층(114)에 배치될 수 있다. 상기 에칭스톱용 절연층(114)은 발광적층체(S) 형성 후 그리고 제2 전극층(116) 형성 전에 전극형성영역(E)에 형성될 수 있으며, 전극형성영역(E)를 위한 에칭 공정시에 에칭스톱으로 작용할 수 있다.
도 7은 본 발명의 기술적 사상의 일부 실시예들에 따른 발광 장치(100A)를 설명하기 위한 사시도다. 도 8은 본 발명의 기술적 사상의 일부 실시예들에 따른 발광 장치를 설명하기 위하여 도 7의 절단선 I-I '에 따라 취해진 단면도 이다.
도 7 및 도 8을 참조하면 본 실시 형태에 따른 발광 장치(100A)에 있어서 발광구조(110)가 있고, 상기 발광구조 (120)상에 렌즈(130A)가 배치될 수 있으며 상기 렌즈(130A) 상에 반사막(140A)이 배치될 수 있다. 도 7 및 도 8에 도시되지 않았으나, 상기 렌즈(130A)와 상기 발광구조(110) 사이에 성장기판(120)이 배치될 수 있고 상기 발광 구조(110)의 하부에 반사판(150, 도 1 내지 도 4 참조)이 더 제공될 수 있다. 상기 발광구조(110)는 직육면체 형태로 도시 되었으나 본 발명의 기술적 사상이 이에 제한되는 것은 아니며 응용 제품에 대한 적응성 등 기타 필요에 따라 다양한 형태를 가질 수 있다.
도 7을 참조하면 상기 발광구조(110)상에 2개의 사등분된 구 형태의 상기 렌즈(130A)가 배치될 수 있는데, 상기 렌즈(130A)의 하나의 평면(131A)은 상기 발광구조(120)와 접하고, 다른 하나의 평면(132A)은 2개의 상기 렌즈(130A)간에 서로 타 방향을 지향하여 상기 렌즈(130A)의 둥근 부분이 서로 등지게 되도록 배치될 수 있다.
도 8은 본 발명의 기술적 사상의 일부 실시예들에 따른 발광 장치(100B)를 설명하기 위한 사시도다.
도 9를 참조하면 본 실시 형태에 따른 발광 장치(100B)에 있어서 발광구조(110)가 있고 상기 발광구조(110) 상에 렌즈(130B)가 배치될 수 있으며 상기 렌즈(130B) 상에 반사막(140B)이 배치될 수 있다. 상기 발광구조(110)상에 배치된 상기 렌즈(130B)는 사분구의 형태일 수 있는데, 상기 렌즈(130B)의 하나의 평면(131B)이 상기 발광구조(110)와 접하는 형태로 배치될 수 있다. 도 9에 도시되어 있지 않지만 상기 렌즈(130B)와 상기 발광구조(110) 사이에 성장기판(120, 도 1 내지 도 4 참조)이 배치될 수 있고 상기 발광 구조(110)의 하부에 반사판(150, 도 1 내지 도 4 참조)이 더 제공될 수 있다. 상기 발광구조(110)는 직육면체 형태로 도시 되었으나, 본 발명의 기술적 사상이 이에 제한되는 것은 아니며 응용 제품에 대한 적응성 등 기타 필요에 따라 다양한 형태를 가질 수 있다.
도 10은 본 발명의 기술적 사상의 일부 실시예들에 따른 발광 장치(100C)를 설명하기 위한 사시도다.
도 10을 참조하면 본 실시 형태에 따른 발광 장치(100C)에 있어서 발광구조(110)가 있고, 상기 발광구조(110) 상에 렌즈(130C)가 배치될 수 있으며 상기 렌즈(130C) 상에 반사막(140C)이 배치될 수 있다. 상기 렌즈(130C)는 팔등분된 구 형태 일수 있는데, 하나의 평면(131C)이 상기 발광구조에 접할 수 있다. 도 10에 도시되어 있지 않지만 상기 렌즈(130C)와 상기 발광구조(110) 사이에 성장기판(120, 도 1 내지 도 4 참조)이 배치될 수 있고 상기 발광 구조(110)의 하부에 반사판(150, 도 1 내지 도 4 참조)이 더 제공될 수 있다. 상기 발광구조(110)는 직육면체 형태로 도시 되었으나, 본 발명의 기술적 사상이 이에 제한되는 것은 아니며 응용 제품에 대한 적응성 등 기타 필요에 따라 다양한 형태를 가질 수 있다.
도 11은 본 발명의 기술적 사상의 일부 실시예들에 따른 발광 장치(100D)를 설명하기 위한 사시도다.
도 11을 참조하면 본 실시 형태에 따른 발광 장치(100D)에 있어서 발광구조(110)가 있고, 상기 발광구조(110) 상에 렌즈(130D)가 배치될 수 있으며 상기 렌즈(130D) 상에 반사막(140D)이 배치될 수 있다. 상기 렌즈(130D)는 높이 축과 평행한 축에 대해 사분된 타원의 기둥 형태를 할 수 있는데, 상기 렌즈(130D)의 절단면 중 하나의 면(131D)이 성장기판과 접할 수 있다. 상기 사분타원 기둥의 타원의 이심률은 절단 전 0 이상 1 미만의 값을 가질 수 있으며 0의 값을 가질 때 상기 렌즈(130D)는 사분원기둥의 형태를 할 수 있다. 또한 상기 렌즈(130D)의 곡면 상에 상기 반사막(140D)이 배치되고, 일부 실시예들에 있어서 상기 반사막(140D)은 상기 렌즈의 절단면이 아닌 평면으로 상기 렌즈의 측면(133D) 까지 연장될 수 있다. 도 11에 도시되어 있지 않지만 상기 렌즈(130D)와 상기 발광구조(110) 사이에 성장기판(120, 도 1 내지 도 4 참조)이 배치될 수 있고 상기 발광 구조(110)의 하부에 반사판(150, 도 1 내지 도 4 참조)이 더 제공될 수 있다. 상기 발광구조(110)는 직육면체 형태로 도시 되었으나, 본 발명의 기술적 사상이 이에 제한되는 것은 아니며 응용 제품에 대한 적응성 등 기타 필요에 따라 다양한 형태를 가질 수 있다.
도 12는 본 발명의 기술적 사상의 일부 실시예들에 따른 발광 장치(100E)를 설명하기 위한 사시도다. 도 13 내지 도 14는 본 발명의 기술적 사상의 일부 실시예들에 따른 발광 장치를 설명하기 위하여 각각 도 12의 절단선 I-I' 및 II-II'에 따라 취해진 단면도들이다.
도 12를 참조하면 본 실시 형태에 따른 발광 장치(100E)에 있어서 발광구조(110)가 있고, 상기 발광구조(110) 상에 렌즈(130E)가 배치될 수 있으며 상기 렌즈(130E) 상에 반사막(140E)이 배치될 수 있다. 상기 렌즈(130E)는 사각 기둥에서 그 사각 기둥과 높이와 밑면적이 같은 사각뿔(R)이 제거된 형태를 할 수 있고, 상기 렌즈(130E)의 상기 제거된 사각뿔(R)의 꼭지점을 포함하는 면(131E)이 상기 발광구조 (110)상에 접할 수 있다. 도 12 내지 도 14에 도시되어 있지 않지만 상기 렌즈(130E)와 상기 발광구조(110) 사이에 성장기판(120, 도 1 내지 도 4 참조)이 배치될 수 있고 상기 발광 구조(110)의 하부에 반사판(150, 도 1 내지 도 4 참조)이 더 제공될 수 있다. 상기 발광구조(110)는 직육면체 형태로 도시 되었으나, 본 발명의 기술적 사상이 이에 제한되는 것은 아니며 응용 제품에 대한 적응성 등 기타 필요에 따라 다양한 형태를 가질 수 있다.
도 15는 본 발명의 기술적 사상의 일부 실시예들에 따른 발광 장치(100F)를 설명하기 위한 사시도다. 도 15를 참조하면 본 실시 형태에 따른 발광 장치(100F)에 있어서 발광구조(110)가 있고, 상기 발광구조(110) 상에 렌즈(130 F)가 배치될 수 있으며 상기 렌즈(130F) 상에 반사막(140F)이 배치될 수 있다. 상기 렌즈(130F)는 두 개의 사각뿔로 이루어진 형태일 수 있다. 상기 렌즈(130F)의 측면 중 일면(131F)이 상기 발광구조(110)에 접할 수 있다. 필요에 따라 상기 렌즈(130F)의 두 사각뿔의 꼭지점들이 상기 발광구조(110) 위의 한 점에서 만날 수 있다. 필요에 따라 상기 반사막(140F)은 상기 렌즈(130F)의 상기 발광구조(110)와 접하지 는 측면(131F)를 제외한 나머지 세 측면(133F)상 배치될 수 있다. 여기서 측면은 사각뿔의 사각형을 이루는 면을 밑면이라고 할 때 나머지 면을 말한다. 또한 필요에 따라 상기 반사막(140F)은 상기 발광 구조(110)의 상기 렌즈(130F)가 배치되는 면 중 상기 렌즈(130F)가 배치되지 않아 노출되는 면 상에 배치될 수 있다. 도 15에 도시되어 있지 않지만 상기 렌즈(130F)와 상기 발광구조(110) 사이에 성장기판(120, 도 1 내지 도 4 참조)이 배치될 수 있고 상기 발광 구조(110)의 하부에 반사판(150, 도 1 내지 도 4 참조)이 더 제공될 수 있다. 상기 발광구조(110)는 직육면체 형태로 도시 되었으나, 본 발명의 기술적 사상이 이에 제한되는 것은 아니며 응용 제품에 대한 적응성 등 기타 필요에 따라 다양한 형태를 가질 수 있다.
도 16은 본 발명의 기술적 사상의 일부 실시예들에 따른 발광 장치(100G)를 설명하기 위한 사시도다. 도 16을 참조하면 본 실시 형태에 따른 발광 장치(100G)에 있어서 발광구조(110)가 있고, 상기 발광구조(110) 상에 렌즈(130 G)가 배치될 수 있으며 상기 렌즈(130G) 상에 반사막(140G)이 배치될 수 있다. 상기 렌즈(130G)는 삼각기둥 형태일 수 있다. 상기 렌즈(130G)의 측면 중 한 면(131G)이 상기 발광구조(110)에 접할 수 있다. 여기서 측면은 삼각기둥의 삼각형을 이루는 두 면들을 밑면이라고 할 때 나머지 3개의 면들을 말한다. 상기 반사막(140G)은 상기 렌즈(130G)를 이루는 삼각기둥에 대한 두 밑면까지(132G) 연장될 수 있다. 도 16에 도시되어 있지 않지만 상기 렌즈(130F)와 상기 발광구조(110) 사이에 성장기판(120, 도 1 내지 도 4 참조)이 배치될 수 있고 상기 발광 구조(110)의 하부에 반사판(150, 도 1 내지 도 4 참조)이 더 제공될 수 있다. 상기 발광구조(110)는 사각기둥 형태로 도시 되었으나, 본 발명의 기술적 사상이 이에 제한되는 것은 아니며 응용 제품에 대한 적응성 등 기타 필요에 따라 다양한 형태를 가질 수 있다.
도 17은 본 발명의 기술적 사상의 일부 실시예들에 따른 발광 장치(100H)를 설명하기 위한 사시도다. 도 17을 참조하면 본 실시 형태에 따른 발광 장치(100H)에 있어서 발광구조(110)가 있고, 상기 발광구조(110) 상에 렌즈(130 H)가 배치될 수 있으며 상기 렌즈(130H) 상에 반사막(140H)이 배치될 수 있다. 상기 렌즈(130H)는 다각 기둥 형태 일수 있고, 상기 렌즈(130H)의 측면 중 한 면이(131H) 상기 발광구조(110)에 접할 수 있다. 여기서 측면은 다각기둥의 다각형을 이루는 두 면들을 밑면이라고 할 때 나머지 면들을 말한다.이 때 상기 반사막(140H)은 상기 렌즈(130H)중 적어도 하나의 옆면(134H) 및 상기 발광구조(110)와 접하는 면을 제외하고 상기 렌즈의 옆면(133H) 상에 배치될 수 있다. 또한 상기 반사막(140H)은 상기 렌즈(130H) 두 밑면까지(132H) 상기 반사막이 배치될 수 있다. 도 17에 도시되어 있지 않지만 상기 렌즈(130H)와 상기 발광구조(110) 사이에 성장기판(120, 도 1 내지 도 4 참조)이 배치될 수 있고 상기 발광 구조(110)의 하부에 반사판(150, 도 1 내지 도 4 참조)이 더 제공될 수 있다. 상기 발광구조(110)는 사각기둥 형태로 도시 되었으나, 본 발명의 기술적 사상이 이에 제한되는 것은 아니며 응용 제품에 대한 적응성 등 기타 필요에 따라 다양한 형태를 가질 수 있다.
도 18은 본 발명의 기술적 사상의 일부 실시예들에 따른 발광 장치(100I)를 설명하기 위한 사시도다. 도 18을 참조하면 본 실시 형태에 따른 발광 장치(100I)에 있어서 발광구조(110)가 있고, 상기 발광구조(110) 상에 렌즈(130 I)가 배치될 수 있으며 상기 렌즈(130I) 상에 반사막(140I)이 배치될 수 있다. 상기 렌즈(130I)는 임의의 다면체 형태일 수 있고, 그 중 하나의 면(131I)이 상기 발광구조(110)에 접할 수 있다. 상기 반사막(140I)은 상기 렌즈(130I)의 적어도 하나 이상의 면(134I) 및 상기 발광구조와(110) 접하는 면(131I)을 제외하고 상기 반사막(140I)이 배치될 수 있다. 도 18에 도시되어 있지 않지만 상기 렌즈(130I)와 상기 발광구조(110) 사이에 성장기판(120, 도 1 내지 도 4 참조)이 배치될 수 있고 상기 발광 구조(110)의 하부에 반사판(150, 도 1 내지 도 4 참조)이 더 제공될 수 있다. 상기 발광구조(110)는 사각기둥 형태로 도시 되었으나, 본 발명의 기술적 사상이 이에 제한되는 것은 아니며 응용 제품에 대한 적응성 등 기타 필요에 따라 다양한 형태를 가질 수 있다.
도 19는 본 발명의 기술적 사상의 일부 실시예들에 따른 발광 장치(100J)를 설명하기 위한 단면도이다.
도 19를 참조하면 본 실시 형태에 따른 발광 장치(100J)에 있어서 발광구조(110)가 있고, 상기 발광구조(110) 상에 렌즈(130 J)가 배치될 수 있으며 상기 렌즈(130J) 상에 반사막(140J)이 배치될 수 있다. 상기 렌즈(130J)는 반구를 절단하여 만들어진 제 1 렌즈 부분(130J1)과 반구를 절단하여 만들어진 제 2 렌즈 부분(130J2)을 포함할 수 있다. 상기 제1 렌즈부분(130J1) 및 상기 제 2렌즈부분(130J2)은 절단 면(132J1,132J2)이 각 반구의 중앙면(C1, C2)을 지나지 않을 수 있고, 또한 각각의 반지름도 다를 수 있다(r1≠r2). 도 19에 도시되어 있지 않지만 상기 렌즈(130J)와 상기 발광구조(110) 사이에 성장기판(120, 도 1 내지 도 4 참조)이 배치될 수 있고 상기 발광 구조(110)의 하부에 반사판(150, 도 1 내지 도 4 참조)이 더 제공될 수 있다.
도 20은 본 발명의 기술적 사상의 일부 실시예들에 따른 발광 장치(110K)를 설명하기 위한 단면도이다.
도 20을 참조하면 본 실시 형태에 따른 발광 장치(100K)에 있어서 발광구조(110)가 있고, 상기 발광구조(110) 상에 렌즈(130 K)가 배치될 수 있으며 상기 렌즈(130K) 상에 반사막(140K)이 배치될 수 있다. 상기 렌즈(130K)는 반구를 절단하여 만들어진 반구의 일부분의 형태를 갖는 제 1렌즈 부분(130K1)과 반구를 절단하여 만들어진 반구의 일부분의 형태를 갖는 제 2 렌즈 부분(130K2)으로 구분 될 수 있다. 상기 제1 렌즈부분(130K1) 및 상기 제 2 렌즈부분(130K2)은 절단 면(132K1,132K2)이 상기 반구의 평평한 면(131K1,131K2)과 수직 하지 않을 수 있어서 반구의 평평한 면과 절단면이 이루는 각도가 90가 아닐 수 있다. 즉 제 1 렌즈부분(130K1)에 대해 상기 평평한 면(131K1)과 절단면(132K1)이 이루는 각도를 θ1, 제 2렌즈부분 (130K1)에 대해 반구의 평평한 면(131K2)과 절단면(132K2)이 이루는 각도를 θ2라고 할 때 θ1, θ2는 0° 초과 180°미만의 범위를 가질 수 있다. θ1, θ2는 경우에 따라 서로 같을 수도 있고 다를 수 있다. 도 20에 도시되어 있지 않지만 상기 렌즈(130K)와 상기 발광구조(110) 사이에 성장기판(120, 도 1 내지 도 4 참조)이 배치될 수 있고 상기 발광 구조(110)의 하부에 반사판(150, 도 1 내지 도 4 참조)이 더 제공될 수 있다.
도 21은 본 발명의 기술적 사상의 일부 실시예들에 따른 발광 장치(100L)를 설명하기 위한 단면도이다.
도 21을 참조하면 본 실시 형태에 따른 발광 장치(100L)에 있어서 발광구조(110)가 있고, 상기 발광구조(110) 상에 렌즈(130)가 배치될 수 있으며 상기 렌즈(130) 상에 반사막(140L)이 배치될 수 있다. 상기 반사막(140L)은 상기 렌즈의 둥근 면의 적어도 일부를 가린다. 구체적으로 H1, H2와 같이 상기 반사막(140L)은 렌즈상에 상기 반사막이(140L)의 배치되는 면의 일부에 배치되지 않을 수 있다. 필요에 따라 H1 및/또는 H2의 위치와 크기를 조정하여 바람직한 배광을 나타낼 수 있다. 도 21에 도시되어 있지 않지만 상기 렌즈(130)와 상기 발광구조(110) 사이에 성장기판(120, 도 1 내지 도 4 참조)이 배치될 수 있고 상기 발광 구조(110)의 하부에 반사판(150, 도 1 내지 도 4 참조)이 더 제공될 수 있다.
도 22는 본 발명의 기술적 사상의 일부 실시예들에 따른 발광 장치(100M)를 설명하기 위한 단면도이다.
도 22를 참조하면 본 실시 형태에 따른 발광 장치(100M)에 있어서 발광구조(110)가 있고, 상기 발광구조(110) 상에 성장기판(120)이 배치될 수 있다. 상기 성장기판(120) 상에 렌즈(130)가 배치될 수 있다. 상기 렌즈(130) 상에 반사막(140)이 배치될 수 있다. 상기 성장기판(120)의 노출부상에 차단층(160)이 배치될 수 있다. 상기 차단층(160)은 필요에 따라 발광구조(110)까지 연장 될 수 있다. 상기 차단층(160)의 프로파일은 예시적인 것으로서 어떠한 의미로도 본 발명의 범위를 제한하지 않으며 필요에 따라 다른 형태를 할 수 있다. 도 22에 도시되어 있지 않지만 상기 발광 구조(110)하에 반사판(150)이 배치될 수 있다.
도 23 및 도 24는 각각 본 발명의 기술적 사상의 일부 실시예들에 따른 발광 장치(110N, 110O)들을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 23 및 24를 참조하면 본 실시 형태에 따른 발광 장치들(100N, 110O)에 있어서 발광구조(110)가 있고, 상기 발광구조(110) 상에 렌즈(130)가 배치될 수 있으며 상기 렌즈(130) 상에 반사막(140)이 배치될 수 있다. 여기에 상기 발광구조(110), 렌즈(130), 및 반사막(140)으로 이루어진 전체 구조에 대해 상기 전체 구조의 내부 또는 외부의 적어도 일부에 광변환층을(170N, 170O)을 포함할 수 있다. 도 23 및 24에 도시되어 있지 않지만 상기 렌즈(130)와 상기 발광구조(110) 사이에 성장기판(120, 도 1 내지 도 4 참조)이 배치될 수 있고 상기 발광 구조(110)의 하부에 반사판(150, 도 1 내지 도 4 참조)이 더 제공될 수 있다. 상기 광변환층(170)은 상기 발광구조(110)가 백색 광원의 경우 색품질 향상을 위해 사용될 수 있다. 상기 광변환층(170)은 형광체 및 양자점과 같은 다양한 광 변환 물질 중 어느 하나 이상으로 구성 될 수 있다. 광 변환 물질에 대해서는 후술하도록 한다.
도 25는 본 발명의 기술적 사상의 일부 실시예들에 따른 발광 장치를 설명하기 위한 사시도다. 도 26은 본 발명의 기술적 사상의 일부 실시예들에 따른 발광 장치(110P)를 설명하기 위하여 도 1의 절단선 I-I' 및 II-II'에 따라 취해진 단면도 들이다.
도 25 및 도 26을 참조하면 본 실시 형태에 따른 발광 장치(100P)에 있어서 제1 도전형 반도체 층, 활성 층 및 제2 도전 형 반도체 층이 적층된 구조에 상기 제1 도전형 반도체 층과 전기적으로 연결된 제 1 전극 및 상기 제2 도전형 반도체 층과 전기적으로 연결된 제 2 전극 구비하는 발광구조(110)가 주어지고 발광 구조상에 렌즈(130P)가 배치될 수 있다. 도 25 내지 도 27에 도시 되지 않았으나, 상기 렌즈(130P)와 상기 발광구조(110) 사이에 성장기판(120, 도 1 내지 도 4 참조)이 배치될 수 있고 상기 발광 구조(110)의 하부에 반사판(150, 도 1 내지 도 4 참조)이 더 제공될 수 있다. 상기 발광구조(110)는 직육면체 형태로 도시 되었으나, 본 발명의 기술적 사상이 이에 제한되는 것은 아니며 응용 제품에 대한 적응성 등 기타 필요에 따라 다양한 형태를 가질 수 있다.
상기 렌즈(130P)는 상기 발광구조(110)에서 발생된 빛의 경로(186)들 중 적어도 일부를 상기 렌즈(130P)가 상기 발광구조상에 배치되는 방향축(182)에 대해 기울어지되 상기 경로(186)중 적어도 일부에 대해 서로 다른 상기 경로(186)는 상기 빛의 진행에 따라 서로 멀어지도록 지향하게 하는 것을 특징으로 할 수 있다. 상기 방향축(182)이라 함은, 상기 발광 구조(110)가 상기 렌즈(130)와 접하는 면에 대해 실질적으로 수직한(즉, z방향) 축을 의미한다.
또는 상기 렌즈(130P)는 상기 발광구조(110)에서 발생된 빛의 적어도 일부를 상기 발광구조(110)의 상기 렌즈(130P)과 가장 가까운 면의 법선에(184) 대해 기울어지되 상기 경로(186)중 적어도 일부에 대해 서로 다른 상기 경로(186)는 상기 빛의 진행에 따라 서로 멀어지도록 지향하게 하는 것을 특징으로 할 수 있다. 바람직하게는 상기 렌즈는 일면이 평평한 오목 렌즈의 형태를 할 수 있다.
도 27은 및 도 28은 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 장치를 포함하는 백색 광원 모듈(1100, 1200)의 개략적인 단면도이다.
도 27을 참조하면, LCD 백라이트용 광원 모듈(1100)은, 회로 기판(1101) 및 회로 기판(1101) 상에 실장된 복수의 백색광 발광 장치(1100A)의 배열을 포함할 수 있다. 회로 기판(1101) 상면에는 백색광 발광 장치(1100A)와 접속되는 도전 패턴이 형성될 수 있다.
각각의 백색광 발광 장치(1100A)는, 청색광을 방출하는 발광 구조(1110)가 회로 기판(1101)에 COB(Chip On Board) 방식으로 직접 실장되는 구조를 가질 수 있다. 발광 장치(1100A)는 앞서 설명한 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 장치(100A 내지 110O)일 수 있다.
도면에 도시되어 있지는 않으나 백색광 발광 장치(1100A)는 도 23 및 24에 따라 광변환층을 추가로 구비 할 수 있다. 본원 발명에 의한 넓은 지향각은, LCD 디스플레이의 두께 또는 폭을 감소시키는데 기여할 수 있고 방열 특성 또한 향상 시킬 수 있다.
도 28을 참조하면, LCD 백라이트용 광원 모듈(1200)은, 회로 기판(1201) 및 회로 기판(1201) 상에 실장된 복수의 백색광 발광 장치(1200B)의 배열을 포함할 수 있다. 회로 기판(1101) 상면에는 백색광 발광 장치(1100A)와 접속되는 도전 패턴이 형성될 수 있다.
각각의 백색광 발광 장치(1200B)는, 청색광을 방출하는 발광 구조(1210)가 회로 기판(1201)에 COB(Chip On Board) 방식으로 직접 실장되는 구조를 가질 수 있다. 발광 장치(1200B)는 앞서 설명한 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 장치(110P)일 수 있다.
도면에 도시되어 있지는 않으나 백색광 발광 장치(1100A)는 도 23 및 24에 따라 광변환층을 추가로 구비 할 수 있다. 본원 발명에 의한 넓은 지향각은, LCD 디스플레이의 두께 또는 폭을 감소시키는데 기여할 수 있고 방열 특성 또한 향상 시킬 수 있다.
형광체 및/또는 양자점(quantum dot, QD)과 파장 변환 물질에 대한 상세한 설명은 후술하기로 한다.
도 29는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 장치로써 조명 장치에 채용 가능한 백색 광원 모듈의 개략적인 단면도이고, 도 30은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 장치에 이용될 수 있는 완전 복사체 스펙트럼을 나타내는 CIE 색도도이다.
구체적으로, 도 29의 (a) 및 (b)에 도시된 광원 모듈은 각각 회로 기판 상에 탑재된 복수의 발광 장치 패키지(30, 40, 赤, 27, 50)를 포함할 수 있다. 발광 장치 패키지(30, 40, 赤, 27, 50)는 앞서 설명한 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 장치(100 내지 100P)일 수 있다. 하나의 광원 모듈에 탑재된 복수의 발광 장치 패키지는 동일한 파장의 빛을 발생시키는 동종(同種)의 패키지로도 구성될 수 있으나, 본 실시예와 같이, 서로 상이한 파장의 빛을 발생시키는 이종(異種)의 패키지로 구성될 수도 있다.
도 29의 (a)를 참조하면, 백색 광원 모듈은 색온도 4000K 와 3000K인 백색 발광 장치 패키지(40, 30)와 적색 발광 장치 패키지(赤)를 조합하여 구성될 수 있다. 상기 백색 광원 모듈은 색온도 3000K 내지 4000K 범위로 조절 가능하고, 연색성 Ra도 85 내지 100 범위인 백색광을 제공할 수 있다.
다른 실시예에서, 백색 광원 모듈은, 백색 발광 소자 패키지만으로 구성되되, 일부 패키지는 다른 색온도의 백색광을 가질 수 있다. 예를 들어, 도 29의 (a)에 도시된 바와 같이, 색온도 2700K인 백색 발광 소자 패키지(27)와 색온도 5000K인 백색 발광 소자 패키지(50)를 조합하여 색온도 2700K 내지 5000K 범위로 조절 가능하고, 연색성 Ra가 85 내지 99인 백색광을 제공할 수 있다. 여기서, 각 색온도의 발광 소자 패키지 수는 주로 기본 색온도 설정 값에 따라 개수를 달리할 수 있다. 예를 들어, 기본 설정 값이 색온도 4000K 부근의 조명장치라면 4000K에 해당하는 패키지의 개수가 색온도 3000K 또는 적색 발광 소자 패키지 개수보다 많도록 할 수 있다.
이와 같이, 이종의 발광 장치 패키지는 청색 발광 소자에 황색, 녹색, 적색 또는 오렌지색의 형광체를 조합하여 백색광을 발하는 발광 소자와 보라색, 청색, 녹색, 적색 또는 적외선 발광 소자 중 적어도 하나를 포함하도록 구성하여 백색광의 색온도 및 연색성(Color Rendering Index: CRI)을 조절하도록 할 수 있다.
단일 발광 장치 패키지에서는, 발광 소자인 LED 칩의 파장과 형광체의 종류 및 배합비에 따라, 원하는 색의 광을 결정하고, 백색광일 경우에는 색온도와 연색성을 조절할 수 있다.
예를 들어, LED 칩이 청색광을 발광하는 경우, 황색, 녹색, 적색 형광체 중 적어도 하나를 포함한 발광 장치 패키지는 형광체의 배합비에 따라 다양한 색온도의 백색광을 발광하도록 할 수 있다. 이와 달리, 청색 LED 칩에 녹색 또는 적색 형광체를 적용한 발광 장치 패키지는 녹색 또는 적색광을 발광하도록 할 수 있다. 이와 같이, 백색광을 내는 발광 장치 패키지와 녹색 또는 적색광을 내는 패키지를 조합하여 백색광의 색온도 및 연색성을 조절하도록 할 수 있다. 또한, 보라색, 청색, 녹색, 적색 또는 적외선을 발광하는 발광 소자 중 적어도 하나를 포함하도록 구성할 수도 있다.
이 경우, 조명 장치는 연색성을 나트륨(Na)등에서 태양광 수준으로 조절할 수 있으며, 또한 색온도를 1500K에서 20000K 수준으로 다양한 백색광을 발생시킬 수 있으며, 필요에 따라서는 보라색, 청색, 녹색, 적색, 오렌지색의 가시광 또는 적외선을 발생시켜 주위 분위기 또는 기분에 맞게 조명 색을 조절할 수 있다. 또한, 식물 성장을 촉진할 수 있는 특수 파장의 광을 발생시킬 수도 있다.
청색 발광 소자에 황색, 녹색, 적색 형광체 및/또는 녹색, 적색 발광 소자의 조합으로 만들어지는 백색광은 2개 이상의 피크 파장을 가지며, 도 30에 도시된 바와 같이, CIE 1931 좌표계의 (x, y) 좌표가 (0.4476, 0.4074), (0.3484, 0.3516), (0.3101, 0.3162), (0.3128, 0.3292), (0.3333, 0.3333)을 잇는 선분 영역 내에 위치할 수 있다. 또는, 선분과 흑체 복사 스펙트럼으로 둘러싸인 영역에 위치할 수 있다. 백색광의 색온도는 1500K 내지 20000K 사이에 해당한다. 도 30에서 상기 흑체 복사 스펙트럼(플랑키안 궤적) 하부에 있는 점 E(0.3333, 0.3333) 부근의 백색광은 상대적으로 황색계열 성분의 광이 약해진 상태로 사람이 육안으로 느끼기에는 보다 선명한 느낌 또는 신선한 느낌을 가질 수 있는 영역의 조명 광원으로 사용될 수 있다. 따라서 상기 흑체 복사 스펙트럼(플랑키안 궤적) 하부에 있는 점 E(0.3333, 0.3333) 부근의 백색광을 이용한 조명 제품은 식료품, 의류 등을 판매하는 상가용 조명으로 효과가 좋다.
한편, 반도체 발광 소자로부터 방출되는 광의 파장을 변환하기 위한 물질로서, 형광체 및/또는 양자점과 같은 다양한 물질이 사용될 수 있다.
형광체로는 다음과 같은 조성식 및 컬러(color)를 가질 수 있다.
산화물계: 황색 및 녹색 Y3Al5O12:Ce, Tb3Al5O12:Ce, Lu3Al5O12:Ce
실리케이트계: 황색 및 녹색 (Ba,Sr)2SiO4:Eu, 황색 및 등색 (Ba,Sr)3SiO5:Ce
질화물계: 녹색 -SiAlON:Eu, 황색 La3Si6N11:Ce, 등색 -SiAlON:Eu, 적색 CaAlSiN3:Eu, Sr2Si5N8:Eu, SrSiAl4N7:Eu, SrLiAl3N4:Eu, Ln4 - x(EuzM1-z)xSi12 - yAlyO3 +x+ yN18 -x-y (0.5=x=3, 0<z<0.3, 0<y=4) - 식 (1)
단, 식 (1) 중, Ln은 IIIa 족 원소 및 희토류 원소로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 한 종의 원소이고, M은 Ca, Ba, Sr 및 Mg로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 한 종의 원소일 수 있다.
플루오라이트(fluoride)계: KSF계 적색 K2SiF6:Mn4 +, K2TiF6:Mn4 +, NaYF4:Mn4 +, NaGdF4:Mn4+, K3SiF7:Mn4+
형광체 조성은 기본적으로 화학양론에 부합하여야 하며, 각 원소들은 주기율표상 각 족들 내 다른 원소로 치환이 가능하다. 예를 들어 Sr은 알카리토류(II)족의 Ba, Ca, Mg 등으로, Y는 란탄계열의 Tb, Lu, Sc, Gd 등으로 치환이 가능하다. 또한, 활성제인 Eu 등은 원하는 에너지 준위에 따라 Ce, Tb, Pr, Er, Yb 등으로 치환이 가능하며, 활성제 단독 또는 특성 변형을 위해 부활성제 등이 추가로 적용될 수 있다.
특히, 플루오라이트계 적색 형광체는 고온/고습에서의 신뢰성 향상을 위하여 각각 Mn을 함유하지 않는 불화물로 코팅되거나 형광체 표면 또는 Mn을 함유하지 않는 불화물 코팅 표면에 유기물 코팅을 더 포함할 수 있다. 상기와 같은 플루어라이트계 적색 형광체의 경우 기타 형광체와 달리 40nm 이하의 협반치폭을 구현할 수 있기 때문에, UHD TV와 같은 고해상도 TV에 활용될 수 있다.
아래 표 1은 청색 LED 칩(440 내지 460nm) 또는 UV LED 칩(119 내지 440nm)을 사용한 백색 발광 소자의 응용분야별 형광체 종류이다.
Figure 112016043510868-pat00001
또한, 파장 변환부는 형광체를 대체하거나 형광체와 혼합하여 양자점과 같은 파장변환물질들이 사용될 수 있다.
도 31은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 장치에 이용될 수 있는 파장 변환 물질로써 양자점의 단면 구조를 나타내는 개략도이다.
구체적으로, 양자점은 III-V 또는 II-VI화합물 반도체를 이용하여 코어(Core)-쉘(Shell)구조를 가질 수 있다. 예를 들면, CdSe, InP 등과 같은 코어(core)와 ZnS, ZnSe과 같은 쉘(shell)을 가질 수 있다. 또한, 상기 양자점은 코어 및 쉘의 안정화를 위한 리간드(ligand) 를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 코어 직경은 1 내지 30nm, 나아가 3 내지 10nm일 수 있다, 상기 쉘 두께는 0.1 내지 20nm, 나아가 0.5 내지 2nm일 수 있다.
상기 양자점은 사이즈에 따라 다양한 컬러를 구현할 수 있으며, 특히 형광체 대체 물질로 사용되는 경우에는 적색 또는 녹색 형광체로 사용될 수 있다. 양자점을 이용하는 경우, 협반치폭(예를 들어, 약 35nm)을 구현할 수 있다.
상기 파장 변환 물질은 봉지재에 함유된 형태로 구현될 수 있으나, 이와 달리, 필름형상으로 미리 제조되어 LED 칩 또는 도광판과 같은 광학구조의 표면에 부착해서 사용할 수도 있다. 이 경우에, 상기 파장변환물질은 균일한 두께의 구조로 원하는 영역에 용이하게 적용할 수 있다.
도 32는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자를 포함하는 백라이트 유닛의 개략적인 사시도이다.
구체적으로, 백라이트 유닛(2000)은 도광판(2040) 및 도광판(2040) 양측면에 제공되는 광원 모듈(2010)을 포함할 수 있다. 또한, 백라이트 유닛(2000)은 도광판(2040)의 하부에 배치되는 반사판(2020)을 더 포함할 수 있다. 본 실시예의 백라이트 유닛(2000)은 에지형 백라이트 유닛일 수 있다. 실시예에 따라, 광원 모듈(2010)은 도광판(2040)의 일 측면에만 제공되거나, 다른 측면에 추가적으로 제공될 수도 있다. 광원 모듈(2010)은 인쇄회로기판(2001) 및 인쇄회로기판(2001) 상면에 실장된 복수의 광원(2005)을 포함할 수 있다. 광원(2005)은 앞서 설명한 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 장치(100 내지 100P)일 수 있다.
도 33은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자를 포함하는 직하형 백라이트 유닛을 나타내는 도면이다.
구체적으로, 백라이트 유닛(2100)은 광확산판(2140) 및 광확산판(2140) 하부에 배열된 광원 모듈(2110)을 포함할 수 있다. 또한, 백라이트 유닛(2100)은 광확산판(2140) 하부에 배치되며, 광원 모듈(2110)을 수용하는 바텀 케이스(2160)를 더 포함할 수 있다. 본 실시예의 백라이트 유닛(2100)은 직하형 백라이트 유닛일 수 있다.
광원 모듈(2110)은 인쇄회로기판(2101) 및 인쇄회로기판(2101) 상면에 실장된 복수의 광원(2105)을 포함할 수 있다. 광원(2105)은 앞서 설명한 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 장치(100 내지 100P)일 수 있다.
도 34는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자를 포함하는 백라이트 유닛을 나타내는 도면이다.
구체적으로, 도 34는 직하형 백라이트 유닛(2200)에 있어서 광원(2205)의 배치의 일 예를 나타낸다. 광원(2205)은 앞서 설명한 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 장치(100 내지 100P)일 수 있다.
본 실시 형태에 따른 직하형 백라이트 유닛(2200)은 기판(2201)상에 배열된 복수의 광원(2205)을 갖추어 구성된다. 광원(2205)들의 배열 구조는 행과 열로 배열된 매트릭스 구조로서 각각의 행과 열은 지그재그 형태를 갖는다. 이는, 복수의 광원(2205)이 일직선상에 행과 열로 배열된 제1 매트릭스의 내부에 동일한 형태의 제2 매트릭스가 배치된 구조로서 상기 제1 매트릭스에 포함된 인접한 4개의 광원(2205)이 이루는 사각형의 내부에 상기 제2 매트릭스의 각 광원(2205)이 위치하는 것으로 이해될 수 있다.
다만, 상기 직하형 백라이트 유닛에 있어서 휘도의 균일성 및 광효율을 보다 향상시키기 위해 필요에 따라서는, 상기 제1 및 제2 매트릭스는 그 배치 구조 및 간격을 서로 다르게 할 수도 있다. 또한, 이러한 복수의 광원 배치 방법 외에, 휘도 균일도를 확보할 수 있도록 인접한 광원 간의 거리(S1, S2)를 최적화할 수 있다. 이와 같이, 광원(2205)들로 구성된 행과 열을 일직선상에 배치하지 않고, 지그재그로 배치함에 따라, 동일한 발광 면적에 대하여 약 15% 내지 25% 정도 광원(2205)의 수를 줄일 수 있는 장점이 있다.
도 35는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자를 포함하는 직하형 백라이트 유닛을 설명하기 위한 도면이다.
구체적으로, 본 실시예에 따른 백라이트 유닛(2300)은 광학시트(2320) 및 상기 광학시트(2320) 하부에 배열된 광원 모듈(2310)을 포함할 수 있다. 상기 광학시트(2320)는 확산시트(2321), 집광시트(2322), 보호시트(2323) 등을 포함할 수 있다.
광원 모듈(2310)은 회로 기판(2311), 회로 기판(2311) 상에 실장된 복수의 광원(2312) 및 상기 복수의 광원(2312) 상부에 각각 배치되는 복수의 광학 소자(2313)를 포함할 수 있다. 광원(2312)은 앞서 설명한 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 장치(100 내지 100P)일 수 있다.
광학 소자(2313)는, 굴절을 통해 광의 지향각을 조절할 수 있으며, 특히 광원(2312)의 빛을 넓은 영역으로 확산시키는 광지향각 렌즈가 주로 사용될 수 있다. 이러한 광학 소자(2313)가 부착된 광원(2312)은 더 넓은 광 분포를 갖게 되기 때문에 백라이트, 평판 조명 등에 광원 모듈이 사용되는 경우, 동일 면적당 필요한 광원(2312)의 개수를 절약할 수 있다.
도 36은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자를 포함하는 직하형 백라이트 유닛을 설명하기 위한 도면이다.
구체적으로, 백라이트 유닛(2400)은 회로기판(2401) 상에 광원(2405)이 실장되며, 그 상부에 배치된 하나 이상의 광학 시트(2406)를 구비한다. 광원(2405)은 적색 형광체를 함유한 백색 발광 장치일 수 있다. 광원(2405)이 회로기판(2401) 상에 실장된 모듈일 수 있다. 광원(2405)은 앞서 설명한 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 장치(100 내지 100P)일 수 있다.
본 실시예에 채용된 회로기판(2401)은 메인 영역에 해당되는 제1 평면부(2401a)와 그 주위에 배치되어 적어도 일부가 꺾인 경사부(2401b)와, 상기 경사부(2401b)의 외측인 회로기판(2401)의 모서리에 배치된 제2 평면부(2401c)를 가질 수 있다. 제1 평면부(2401a) 상에는 제1 간격(d1)에 따라 광원(2405)이 배열되며, 경사부(2401b) 상에도 제2 간격(d2)으로 하나 이상의 광원(2405)이 배열될 수 있다. 상기 제1 간격(d1)은 상기 제2 간격(d2)과 동일할 수 있다. 상기 경사부(2401b)의 폭(또는 단면에서는 길이)은 제1 평면부(2401a)의 폭보다 작으며 제2 평면부(2401c)의 폭에 비해서는 길게 형성될 수 있다. 또한, 제2 평면부(2401c)에도 필요에 따라 적어도 하나의 광원(2405)이 배열될 수 있다.
상기 경사부(2401b)의 기울기는 제1 평면부(2401a)를 기준으로 0°보다는 크며 90°보다는 작은 범위 안에서 적절하게 조절할 수 있다. 회로기판(2401)은 이러한 구조를 취함으로써 광학 시트(2406)의 가장자리 부근에서도 균일한 밝기를 유지할 수 있다.
도 37 내지 도 39는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자를 포함하는 백라이트 유닛을 설명하기 위한 도면이다.
구체적으로, 백라이트 유닛들(2500, 2600, 2700)은 파장 변환부(2550, 2650, 2750)가 광원(2505, 2605, 2705)에 배치되지 않고, 광원(2505, 2605, 2705)의 외부에서 백라이트 유닛들(2500, 2600, 2700) 내에 배치되어 광을 변환시킬 수 있다. 광원(2505, 2605, 2705)은 앞서 설명한 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 장치(100 내지 100P)일 수 있다.
도 37의 백라이트 유닛(2500)은 직하형 백라이트 유닛으로, 파장 변환부(2550), 상기 파장 변환부(2550)의 하부에 배열된 광원 모듈(2510) 및 상기 광원 모듈(2510)을 수용하는 바텀 케이스(2560)를 포함할 수 있다. 또한, 광원 모듈(2510)은 인쇄회로기판(2501) 및 상기 인쇄회로기판(2501) 상면에 실장된 복수의 광원(2505)을 포함할 수 있다.
백라이트 유닛(2500)에서는, 바텀 케이스(2560) 상부에 파장 변환부(2550)가 배치될 수 있다. 따라서, 광원 모듈(2510)로부터 방출되는 광의 적어도 일부가 파장 변환부(2550)에 의해 파장 변환될 수 있다. 상기 파장 변환부(2550)는 별도의 필름으로 제조되어 적용될 수 있으나, 도시되지 않은 광확산판과 일체로 결합된 형태로 제공될 수 있다.
도 38 및 도 39의 백라이트 유닛(2600, 2700)은 에지형 백라이트 유닛으로, 파장 변환부(2650, 2750), 도광판(2640, 2740), 상기 도광판(2640, 2740)의 일 측에 배치되는 반사부(2620, 2720) 및 광원(2605, 2705)을 포함할 수 있다. 광원(2605, 2705)에서 방출되는 광은 상기 반사부(2620, 2720)에 의해 상기 도광판(2640, 2740)의 내부로 안내될 수 있다. 도 38의 백라이트 유닛(2600)에서, 파장 변환부(2650)는 도광판(2640)과 광원(2605)의 사이에 배치될 수 있다. 도 39의 백라이트 유닛(2700)에서, 파장 변환부(2750)는 도광판(2740)의 광 방출면 상에 배치될 수 있다.
파장 변환부(2550, 2650, 2750)에는 통상적인 형광체가 포함될 수 있다. 특히, 광원으로부터의 열 또는 수분에 취약한 양자점의 특성을 보완하기 위하여 양자점 형광체를 사용할 수 있다.
도 40은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자를 포함하는 디스플레이 장치의 개략적인 분해 사시도이다.
구체적으로, 디스플레이 장치(3000)는, 백라이트 유닛(3100), 광학시트(3200) 및 액정 패널과 같은 화상 표시 패널(3300)을 포함할 수 있다. 백라이트 유닛(3100)은 바텀 케이스(3110), 반사판(3120), 도광판(3140) 및 도광판(3140)의 적어도 일 측면에 제공되는 광원 모듈(3130)을 포함할 수 있다. 광원 모듈(3130)은 인쇄회로기판(3131) 및 광원(3132)을 포함할 수 있다.
특히, 광원(3132)은 광방출면에 인접한 측면으로 실장된 사이드뷰 타입 발광 소자일 수 있다. 광원(3132)은 앞서 설명한 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 장치(100 내지 100P)일 수 있다. 광학시트(3200)는 도광판(3140)과 화상 표시 패널(3300)의 사이에 배치될 수 있으며, 확산시트, 프리즘시트 또는 보호시트와 같은 여러 종류의 시트를 포함할 수 있다.
화상 표시 패널(3300)은 광학시트(3200)를 출사한 광을 이용하여 영상을 표시할 수 있다. 화상 표시 패널(3300)은 어레이 기판(3320), 액정층(3330) 및 컬러 필터 기판(3340)을 포함할 수 있다. 어레이 기판(3320)은 매트릭스 형태로 배치된 화소 전극들, 상기 화소 전극에 구동 전압을 인가하는 박막 트랜지스터들 및 상기 박막 트랜지스터들을 작동시키기 위한 신호 라인들을 포함할 수 있다.
컬러 필터 기판(3340)은 투명기판, 컬러 필터 및 공통 전극을 포함할 수 있다. 상기 컬러 필터는 백라이트 유닛(3100)으로부터 방출되는 백색광 중 특정 파장의 광을 선택적으로 통과시키기 위한 필터들을 포함할 수 있다. 액정층(3330)은 상기 화소 전극 및 상기 공통 전극 사이에 형성된 전기장에 의해 재배열되어 광투과율을 조절할 수 있다. 광투과율이 조절된 광은 컬러 필터 기판(3340)의 상기 컬러 필터를 통과함으로써 영상을 표시할 수 있다. 화상 표시 패널(3300)은 영상 신호를 처리하는 구동회로 유닛 등을 더 포함할 수 있다.
본 실시예의 디스플레이 장치(3000)에 따르면, 상대적으로 작은 반치폭을 가지는 청색광, 녹색광 및 적색광을 방출하는 광원(3132)을 사용하므로, 방출된 광이 컬러 필터 기판(3340)을 통과한 후 높은 색순도의 청색, 녹색 및 적색을 구현할 수 있다.
도 41은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자를 포함하는 평판 조명 장치를 간략하게 나타내는 사시도이다.
구체적으로, 평판 조명 장치(4100)는 광원 모듈(4110), 전원 공급 장치(4120) 및 하우징(4030)을 포함할 수 있다. 광원 모듈(4110)은 발광 장치 어레이를 광원으로 포함할 수 있다. 광원 모듈(4110)은 앞서 설명한 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 장치(100 내지 100P)를 광원으로서 포함할 수 있다. 전원 공급 장치(4120)는 발광 장치 구동부를 포함할 수 있다.
광원 모듈(4110)은 발광 장치 어레이를 포함할 수 있고, 전체적으로 평면 현상을 이루도록 형성될 수 있다. 발광 장치 어레이는 발광 소자 및 발광 소자의 구동정보를 저장하는 컨트롤러를 포함할 수 있다.
전원 공급 장치(4120)는 광원 모듈(4110)에 전원을 공급하도록 구성될 수 있다. 하우징(4130)은 광원 모듈(4110) 및 전원 공급 장치(4120)가 내부에 수용되도록 수용 공간이 형성될 수 있고, 일 측면에 개방된 육면체 형상으로 형성되나 이에 한정되는 것은 아니다. 광원 모듈(4110)은 하우징(4130)의 개방된 일 측면으로 빛을 발광하도록 배치될 수 있다.
도 42는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자를 포함하는 조명 장치를 간략하게 나타내는 분해 사시도이다.
구체적으로, 조명 장치(4200)는 소켓(4210), 전원부(4220), 방열부(4230), 광원 모듈(4240) 및 광학부(4250)를 포함할 수 있다. 광원 모듈(4240)은 발광 장치 어레이를 포함할 수 있고, 전원부(4220)는 발광 장치 구동부를 포함할 수 있다.
소켓(4210)은 기존의 조명 장치와 대체 가능하도록 구성될 수 있다. 조명 장치(4200)에 공급되는 전력은 소켓(4210)을 통해서 인가될 수 있다. 도시된 바와 같이, 전원부(4220)는 제1 전원부(4221) 및 제2 전원부(4222)로 분리되어 조립될 수 있다. 방열부(4230)는 내부 방열부(4231) 및 외부 방열부(4232)를 포함할 수 있고, 내부 방열부(4231)는 광원 모듈(4240) 및/또는 전원부(4220)와 직접 연결될 수 있고, 이를 통해 외부 방열부(4232)로 열이 전달되게 할 수 있다. 광학부(4250)는 내부 광학부(미도시) 및 외부 광학부(미도시)를 포함할 수 있고, 광원 모듈(4240)이 방출하는 빛을 고르게 분산시키도록 구성될 수 있다.
광원 모듈(4240)은 전원부(4220)로부터 전력을 공급받아 광학부(4250)로 빛을 방출할 수 있다. 광원 모듈(4240)은 하나 이상의 발광 장치 패키지(4241), 회로 기판(4242) 및 컨트롤러(4243)를 포함할 수 있고, 컨트롤러(4243)는 발광 장치 패키지(4241)의 구동 정보를 저장할 수 있다. 발광 장치 패키지(4241)는 앞서 설명한 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 장치(100 내지 100P)를 포함할 수 있다.
도 43은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자를 포함하는 바(bar) 타입의 조명 장치를 개략적으로 나타내는 분해 사시도이다.
구체적으로, 조명 장치(4400)는 방열 부재(4401), 커버(4427), 광원 모듈(4421), 제1 소켓(4405) 및 제2 소켓(4423)을 포함한다. 방열 부재(4401)의 내부 및/또는 외부 표면에 다수개의 방열 핀(4409, 4410)이 요철 형태로 형성될 수 있으며, 방열 핀(4409, 4410)은 다양한 형상 및 간격을 갖도록 설계될 수 있다. 방열 부재(4401)의 내측에는 돌출 형태의 지지대(4413)가 형성되어 있다. 지지대(4413)에는 광원 모듈(4421)이 고정될 수 있다. 방열 부재(4401)의 양 끝단에는 걸림 턱(4411)이 형성될 수 있다.
커버(4427)에는 걸림 홈(4429)이 형성되어 있으며, 걸림 홈(4429)에는 방열 부재(4401)의 걸림 턱(4411)이 후크 결합 구조로 결합될 수 있다. 걸림 홈(4429)과 걸림 턱(4411)이 형성되는 위치는 서로 바뀔 수도 있다.
광원 모듈(4421)은 발광 장치 어레이를 포함할 수 있다. 광원 모듈(4421)은 인쇄회로기판(4419), 광원(4417) 및 컨트롤러(4415)를 포함할 수 있다. 컨트롤러(4415)는 광원(4417)의 구동 정보를 저장할 수 있다. 인쇄회로기판(4419)에는 광원(4417)을 동작시키기 위한 회로 배선들이 형성되어 있다. 또한, 광원(4417)을 동작시키기 위한 구성 요소들이 포함될 수도 있다. 광원(4417)은 앞서 설명한 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 장치(100 내지 100P)를 포함할 수 있다.
제1 및 제 2 소켓(4405, 4423)은 한 쌍의 소켓으로서 방열 부재(4401) 및 커버(4427)로 구성된 원통형 커버 유닛의 양단에 결합되는 구조를 갖는다. 예를 들어, 제1 소켓(4405)은 전극 단자(4403) 및 전원 장치(4407)를 포함할 수 있고, 제2 소켓(4423)에는 더미 단자(4425)가 배치될 수 있다. 또한, 제1 소켓(4405) 또는 제2 소켓(4423) 중의 어느 하나의 소켓에 광센서 및/또는 통신 모듈이 내장될 수 있다. 예를 들어, 더미 단자(4425)가 배치된 제2 소켓(4423)에 광센서 및/또는 통신 모듈이 내장될 수 있다. 다른 예로서, 전극 단자(4403)가 배치된 제1 소켓(4405)에 광센서 및/또는 통신 모듈이 내장될 수도 있다.
도 44는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 장치를 구비하는 조명 장치를 개략적으로 나타내는 분해 사시도이다.
구체적으로, 본 실시예에 따른 조명 장치(4500)에서 도 42에서 개시하는 조명 장치(4200)와의 차이점은 광원 모듈(4240)의 상부에 반사판(4310) 및 통신 모듈(4320)이 포함되어 있다. 반사판(4310)은 광원으로부터의 빛을 측면 및 후방으로 고르게 퍼지게 하여 눈부심을 줄일 수 있다.
반사판(4310)의 상부에는 통신 모듈(4320)이 장착될 수 있으며 상기 통신 모듈(4320)을 통하여 홈-네트워크(home-network) 통신을 구현할 수 있다. 예를 들어, 통신 모듈(4320)은 지그비(Zigbee), 와이파이(WiFi) 또는 라이파이(LiFi)를 이용한 무선 통신 모듈일 수 있으며, 스마트폰 또는 무선 컨트롤러를 통하여 조명 장치의 온(on)/오프(off), 밝기 조절 등과 같은 가정 내외에 설치되어 있는 조명을 컨트롤 할 수 있다. 또한, 상기 가정 내외에 설치되어 있는 조명 장치의 가시광 파장을 이용한 라이파이 통신 모듈을 이용하여 TV, 냉장고, 에어컨, 도어락, 자동차 등 가정 내외에 있는 전자 제품 및 자동차 시스템의 컨트롤을 할 수 있다. 상기 반사판(4310)과 통신 모듈(4320)은 커버부(4330)에 의해 커버될 수 있다.
도 45는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 장치를 구비하는 실내용 조명 제어 네트워크 시스템을 설명하기 위한 개략도이다.
구체적으로, 네트워크 시스템(5000)은 LED 등의 발광 소자를 이용하는 조명 기술과 사물인터넷(IoT) 기술, 무선 통신 기술 등이 융합된 복합적인 스마트 조명-네트워크 시스템일 수 있다. 네트워크 시스템(5000)은, 다양한 조명 장치 및 유무선 통신 장치를 이용하여 구현될 수 있으며, 센서, 컨트롤러, 통신수단, 네트워크 제어 및 유지 관리 등을 위한 소프트웨어 등에 의해 구현될 수 있다.
네트워크 시스템(5000)은 가정이나 사무실 같이 건물 내에 정의되는 폐쇄적인 공간은 물론, 공원, 거리 등과 같이 개방된 공간 등에도 적용될 수 있다. 네트워크 시스템(5000)은, 다양한 정보를 수집/가공하여 사용자에게 제공할 수 있도록, 사물인터넷 환경에 기초하여 구현될 수 있다.
네트워크 시스템(5000)에 포함되는 LED 램프(5200)는, 주변 환경에 대한 정보를 게이트웨이(5100)로부터 수신하여 LED 램프(5200) 자체의 조명을 제어하는 것은 물론, LED 램프(5200)의 가시광 통신 등의 기능에 기초하여 사물인터넷 환경에 포함되는 다른 장치(5300 내지 5800)의 동작 상태 확인 및 제어 등과 같은 역할을 수행할 수도 있다. LED 램프(5200)는 앞서 설명한 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 장치(100 내지 100P)를 포함할 수 있다.
네트워크 시스템(5000)은, 서로 다른 통신 프로토콜에 따라 송수신되는 데이터를 처리하기 위한 게이트웨이(5100), 게이트웨이(5100)와 통신 가능하도록 연결되며 LED 발광 소자를 포함하는 LED 램프(5200), 및 다양한 무선 통신 방식에 따라 게이트웨이(5100)와 통신 가능하도록 연결되는 복수의 장치(5300 내지 5800)를 포함할 수 있다. 사물인터넷 환경에 기초하여 네트워크 시스템(5000)을 구현하기 위해, LED 램프(5200)를 비롯한 각 장치(5300 내지 5800)들은 적어도 하나의 통신 모듈을 포함할 수 있다. 일 실시예로, LED 램프(5200)는 와이파이(WiFi), 지그비(Zigbee), 라이파이(LiFi) 등의 무선 통신 프로토콜에 의해 게이트웨이(5100)와 통신 가능하도록 연결될 수 있으며, 이를 위해 적어도 하나의 램프용 통신 모듈(5210)을 가질 수 있다.
네트워크 시스템(5000)은 가정이나 사무실 같이 폐쇄적인 공간은 물론 거리나 공원 같은 개방적인 공간에도 적용될 수 있다. 네트워크 시스템(5000)이 가정에 적용되는 경우, 네트워크 시스템(5000)에 포함되며 사물인터넷 기술에 기초하여 게이트웨이(5100)와 통신 가능하도록 연결되는 복수의 장치(5300 내지 5800)는 가전 제품(5300), 디지털 도어록(5400), 차고 도어록(5500), 벽 등에 설치되는 조명용 스위치(5600), 무선 통신망 중계를 위한 라우터(5700) 및 스마트폰, 태블릿, 랩톱 컴퓨터 등의 모바일 기기(5800) 등을 포함할 수 있다.
네트워크 시스템(5000)에서, LED 램프(5200)는 가정 내에 설치된 무선 통신 네트워크(Zigbee, WiFi, LiFi 등)를 이용하여 다양한 장치(5300 내지 5800)의 동작 상태를 확인하거나, 주위 환경/상황에 따라 LED 램프(5200) 자체의 조도를 자동으로 조절할 수 있다. 또한, LED 램프(5200)에서 방출되는 가시광선을 이용한 라이파이 통신을 이용하여 네트워크 시스템(5000)에 포함되는 장치(5300 내지 5800)를 컨트롤할 수도 있다.
우선, LED 램프(5200)는 램프용 통신 모듈(5210)을 통해 게이트웨이(5100)로부터 전달되는 주변 환경, 또는 LED 램프(5200)에 장착된 센서로부터 수집되는 주변 환경 정보에 기초하여 LED 램프(5200)의 조도를 자동으로 조절할 수 있다. 예를 들면, 텔레비전(5310)에서 방송되고 있는 프로그램의 종류 또는 화면의 밝기에 따라 LED 램프(5200)의 조명 밝기가 자동으로 조절될 수 있다. 이를 위해, LED 램프(5200)는 게이트웨이(5100)와 연결된 램프용 통신 모듈(5210)로부터 텔레비전(5310)의 동작 정보를 수신할 수 있다. 램프용 통신 모듈(5210)은 LED 램프(5200)에 포함되는 센서 및/또는 컨트롤러와 일체형으로 모듈화될 수 있다.
예를 들어, 텔레비전(5310)에서 방영되는 프로그램 값이 휴먼드라마일 경우, 미리 세팅된 설정 값에 따라 조명도 거기에 맞게 12000K 이하의 색 온도, 예를 들면 5000K로 낮아지고 색감이 조절되어 아늑한 분위기를 연출할 수 있다. 반대로 프로그램 값이 개그프로그램인 경우, 조명도 세팅 값에 따라 색 온도가 5000K 이상으로 높아지고 푸른색 계열의 백색조명으로 조절되도록 네트워크 시스템(5000)이 구성될 수 있다.
또한, 가정 내에 사람이 없는 상태에서 디지털 도어록(5400)이 잠긴 후 일정 시간이 경과하면, 턴-온된 LED 램프(5200)를 모두 턴-오프시켜 전기 낭비를 방지할 수 있다. 또는, 모바일 기기(5800) 등을 통해 보안 모드가 설정된 경우, 가정 내에 사람이 없는 상태에서 디지털 도어록(5400)이 잠기면, LED 램프(5200)를 턴-온 상태로 유지시킬 수도 있다.
LED 램프(5200)의 동작은, 네트워크 시스템(5000)과 연결되는 다양한 센서를 통해 수집되는 주변 환경에 따라서 제어될 수도 있다. 예를 들어 네트워크 시스템(5000)이 건물 내에 구현되는 경우, 빌딩 내에서 조명과 위치센서와 통신모듈을 결합, 건물 내 사람들의 위치정보를 수집하여 조명을 턴-온 또는 턴-오프하거나 수집한 정보를 실시간으로 제공하여 시설관리나 유휴공간의 효율적 활용을 가능케 한다. 일반적으로 LED 램프(5200)와 같은 조명 장치는, 건물 내 각 층의 거의 모든 공간에 배치되므로, LED 램프(5200)와 일체로 제공되는 센서를 통해 건물 내의 각종 정보를 수집하고 이를 시설관리, 유휴공간의 활용 등에 이용할 수 있다.
한편, LED 램프(5200)와 이미지센서, 저장장치, 램프용 통신 모듈(5210) 등을 결합함으로써, 건물 보안을 유지하거나 긴급상황을 감지하고 대응할 수 있는 장치로 활용할 수 있다. 예를 들어 LED 램프(5200)에 연기 또는 온도 감지 센서 등이 부착된 경우, 화재 발생 여부 등을 신속하게 감지함으로써 피해를 최소화할 수 있다. 또한, 외부의 날씨나 일조량 등을 고려하여 조명의 밝기를 조절, 에너지를 절약하고 쾌적한 조명환경을 제공할 수도 있다.
앞서 설명한 바와 같이, 네트워크 시스템(5000)은 가정, 오피스 또는 건물 등과 같이 폐쇄적인 공간은 물론, 거리나 공원 등의 개방적인 공간에도 적용될 수 있다. 물리적 한계가 없는 개방적인 공간에 네트워크 시스템(5000)을 적용하고자 하는 경우, 무선 통신의 거리 한계 및 각종 장애물에 따른 통신 간섭 등에 따라 네트워크 시스템(5000)을 구현하기가 상대적으로 어려울 수 있다. 각 조명 기구에 센서와 통신 모듈 등을 장착하고, 각 조명 기구를 정보 수집 수단 및 통신 중개 수단으로 사용함으로써, 상기와 같은 개방적인 환경에서 네트워크 시스템(5000)을 좀 더 효율적으로 구현할 수 있다.
도 46은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 장치를 구비하는 네트워크 시스템을 설명하기 위한 개략도이다.
구체적으로, 도 46은 개방적인 공간에 적용된 네트워크 시스템(6000)의 일 실시예를 나타낸 것이다. 네트워크 시스템(6000)은 통신 연결 장치(6100), 소정의 간격마다 설치되어 통신 연결 장치(6100)와 통신 가능하도록 연결되는 복수의 조명 기구(6120, 6150), 서버(6160), 서버(6160)를 관리하기 위한 컴퓨터(6170), 통신 기지국(6180), 통신 가능한 장비들을 연결하는 통신망(6190), 및 모바일 기기(6200) 등을 포함할 수 있다.
거리 또는 공원 등의 개방적인 외부 공간에 설치되는 복수의 조명 기구(6120, 6150) 각각은 스마트 엔진(6130, 6140)을 포함할 수 있다. 스마트 엔진(6130, 6140)은 빛을 내기 위한 발 광소자, 발광 소자를 구동하기 위한 구동 드라이버 외에 주변 환경의 정보를 수집하는 센서, 및 통신 모듈 등을 포함할 수 있다. 스마트 엔진에 포함된 발광 소자는 앞서 설명한 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 장치(100 내지 100P)를 포함할 수 있다.
상기 통신 모듈에 의해 스마트 엔진(6130, 6140)은 WiFi, Zigbee, LiFi 등의 통신 프로토콜에 따라 주변의 다른 장비들과 통신할 수 있다.
일례로, 하나의 스마트 엔진(6130)은 다른 스마트 엔진(6140)과 통신 가능하도록 연결될 수 있다. 이때, 스마트 엔진(6130, 6140) 상호 간의 통신에는 WiFi 확장 기술(WiFi Mesh)이 적용될 수 있다. 적어도 하나의 스마트 엔진(6130)은 통신망(6190)에 연결되는 통신 연결 장치(6100)와 유/무선 통신에 의해 연결될 수 있다. 통신의 효율을 높이기 위해, 몇 개의 스마트 엔진(6130, 6140)을 하나의 그룹으로 묶어 하나의 통신 연결 장치(6100)와 연결할 수 있다.
통신 연결 장치(6100)는 유/무선 통신이 가능한 액세스 포인트(access point, AP)로서, 통신망(6190)과 다른 장비 사이의 통신을 중개할 수 있다. 통신 연결 장치(6100)는 유/무선 방식 중 적어도 하나에 의해 통신망(6190)과 연결될 수 있으며, 일례로 조명 기구(6120, 6150) 중 어느 하나의 내부에 기구적으로 수납될 수 있다.
통신 연결 장치(6100)는 WiFi 등의 통신 프로토콜을 통해 모바일 기기(6200)와 연결될 수 있다. 모바일 기기(6200)의 사용자는 인접한 주변의 조명 기구(6120)의 스마트 엔진(6130)과 연결된 통신 연결 장치(6100)를 통해, 복수의 스마트 엔진(6130, 6140)이 수집한 주변 환경 정보를 수신할 수 있다. 상기 주변 환경 정보는 주변 교통 정보, 날씨 정보 등을 포함할 수 있다. 모바일 기기(6200)는 통신 기지국(6180)을 통해 3G 또는 4G 등의 무선 셀룰러 통신 방식으로 통신망(6190)에 연결될 수도 있다.
한편, 통신망(6190)에 연결되는 서버(6160)는, 각 조명 기구(6120, 6150)에 장착된 스마트 엔진(6130, 6140)이 수집하는 정보를 수신함과 동시에, 각 조명 기구(6120,6150)의 동작 상태 등을 모니터링할 수 있다. 각 조명 기구(6120, 6150)의 동작 상태의 모니터링 결과에 기초하여 각 조명 기구(6120, 6150)를 관리하기 위해, 서버(6160)는 관리 시스템을 제공하는 컴퓨터(6170)와 연결될 수 있다. 컴퓨터(6170)는 각 조명 기구(6120, 6150), 특히 스마트 엔진(6130, 6140)의 동작 상태를 모니터링하고 관리할 수 있는 소프트웨어 등을 실행할 수 있다.
도 47은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 장치를 구비하는 조명 기구의 스마트 엔진과 모바일 기기의 통신 동작을 설명하기 위한 블록도이다.
구체적으로, 도 47은 가시광 무선통신에 의한 조명 기구(도 46의 6120)의 스마트 엔진(6130)과 모바일 기기(6200)의 통신 동작을 설명하기 위한 블록도이다. 스마트 엔진(6130)이 수집한 정보를 사용자의 모바일 기기(6200)로 전달하기 위해 다양한 통신 방식이 적용될 수 있다.
스마트 엔진(6130)과 연결된 통신 연결 장치(도 46의 6100)를 통해, 스마트 엔진(6130)이 수집한 정보가 모바일 기기(6200)로 전송되거나, 또는 스마트 엔진(6130)과 모바일 기기(6200)가 직접 통신 가능하도록 연결될 수 있다. 스마트 엔진(6130)과 모바일 기기(6200)는 라이파이(LiFi)에 의해 서로 직접 통신할 수 있다.
스마트 엔진(6130)은 신호 처리부(6510), 제어부(6520), LED 드라이버(6530), 광원부(6540), 센서(6550) 등을 포함할 수 있다. 스마트 엔진(6130)과 가시광 무선통신에 의해 연결되는 모바일 기기(6200)는, 제어부(6410), 수광부(6420), 신호 처리부(6430), 메모리(6440), 입출력부(6450) 등을 포함할 수 있다.
라이파이(LiFi) 기술은 인간이 눈으로 인지할 수 있는 가시광 파장 대역의 빛을 이용하여 무선으로 정보를 전달하는 무선통신 기술이다. 이러한 가시광 무선통신 기술은 가시광 파장 대역의 빛, 즉 상술한 실시예에서 설명한 발광 패키지로부터의 특정 가시광 주파수를 이용한다는 측면에서 기존의 유선 광통신기술 및 적외선 무선통신과 구별되며, 통신 환경이 무선이라는 측면에서 유선 광통신 기술과 구별된다. 또한, 가시광 무선통신 기술은 RF 무선통신과 달리 주파수 이용 측면에서 규제 또는 허가를 받지 않고 자유롭게 이용할 수 있다는 편리성과 물리적 보안성이 우수하고 통신 링크를 사용자가 눈으로 확인할 수 있다는 차별성이 있으며, 무엇보다도 광원의 고유 목적과 통신기능을 동시에 얻을 수 있다는 융합 기술로서의 특징이 있다.
스마트 엔진(6130)의 신호 처리부(6510)는, 가시광 무선통신에 의해 송수신하고자 하는 데이터를 처리할 수 있다. 일 실시예로, 신호 처리부(6510)는 센서(6550)에 의해 수집된 정보를 데이터로 가공하여 제어부(6520)에 전송할 수 있다. 제어부(6520)는 신호 처리부(6510)와 LED 드라이버(6530) 등의 동작을 제어할 수 있으며, 특히 신호 처리부(6510)가 전송하는 데이터에 기초하여 LED 드라이버(6530)의 동작을 제어할 수 있다. LED 드라이버(6530)는 제어부(6520)가 전달하는 제어 신호에 따라 광원부(6540)를 발광시킴으로써, 데이터를 모바일 기기(6200)로 전달할 수 있다.
모바일 기기(6200)는 제어부(6410), 데이터를 저장하는 메모리(6440), 디스플레이와 터치스크린, 오디오 출력부 등을 포함하는 입출력부(6450), 신호 처리부(6430) 외에 데이터가 포함된 가시광을 인식하기 위한 수광부(6420)를 포함할 수 있다. 수광부(6420)는 가시광을 감지하여 이를 전기 신호로 변환할 수 있으며, 신호 처리부(6430)는 수광부에 의해 변환된 전기 신호에 포함된 데이터를 디코딩할 수 있다. 제어부(6410)는 신호 처리부(6430)가 디코딩한 데이터를 메모리(6440)에 저장하거나 입출력부(6450) 등을 통해 사용자가 인식할 수 있도록 출력할 수 있다.
도 48은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 장치를 구비하는 스마트 조명 시스템을 모식적으로 나타낸 개념도이다.
구체적으로, 스마트 조명 시스템(7000)은, 조명부(7100), 센서부(7200), 서버(7300), 무선 통신부(7400), 제어부(7500) 및 정보 저장부(7600)를 포함할 수 있다. 조명부(7100)는 건물 내 하나 또는 복수의 조명장치를 포함하며, 조명장치의 종류에는 제한이 없다. 예를 들면, 거실, 방, 발코니, 주방, 욕실, 계단, 현관 등의 기본 조명, 무드 조명, 스탠드 조명, 장식 조명 등을 포함할 수 있다. 조명 장치는 앞서 설명한 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 장치(100 내지 100P)를 포함할 수 있다.
센서부(7200)는 각 조명장치의 점등, 소등, 조명의 세기 등과 관련된 조명상태를 감지하여 이에 따른 신호를 출력하고 이를 서버(7300)에 전달하는 부분이다. 센서부(7200)는 조명장치가 설치된 건물 내에 마련될 수 있으며, 스마트 조명 시스템의 제어를 받는 모든 조명장치의 조명상태를 감지할 수 있는 위치에 하나 또는 복수로 배치될 수 있고, 각 조명장치마다 함께 마련될 수 있다.
상기 조명상태에 대한 정보는 실시간으로 서버(7300)에 전송하거나, 분 단위, 시 단위 등 소정의 시간단위로 구분하여 시간 차를 두고 전송하는 방식으로 할 수 있다. 서버(7300)는 상기 건물 내부 및/또는 외부에 설치될 수 있으며, 센서부(7200)로부터 신호를 수신하여 건물 내 조명부(7100)의 점등 및 소등에 대한 조명상태에 대한 정보를 수집하고, 수집된 정보를 그룹화하고, 이를 토대로 조명패턴을 정의하여 정의된 패턴에 대한 정보를 무선 통신부(7400)에 제공한다. 또한, 무선 통신부(7400)로부터 수신한 명령을 제어부(7500)로 전송하는 매개체 역할을 수행할 수 있다.
상세하게는, 서버(7300)는 센서부(7200)가 건물 내 조명상태를 감지하여 전송한 신호를 수신하고, 조명상태에 대한 정보를 수집하여 이를 분석할 수 있다. 예를 들면, 서버(7300)는 수집된 정보를 시간별, 일별, 요일별, 주중 및 주말, 설정된 특정일, 일주일, 한 달 등 다양한 기간별 그룹으로 나눌 수 있다. 이후, 서버(7300)는 여러 개로 그룹화된 정보를 토대로 평균적인 일 단위, 주 단위, 주중 단위, 주말 단위 및 월 단위의 조명패턴으로 정의한 '정의된 조명패턴'을 프로그래밍한다. 상기 '정의된 조명패턴'은 무선 통신부(7400)로 주기적으로 제공하거나 사용자가 조명패턴에 대한 정보를 요청할 때 서버(7300)로부터 제공받을 수도 있다.
또한, 서버(7300)는 센서부(7200)로부터 제공받은 조명상태에 대한 정보로부터 조명패턴을 정의하는 것과는 별개로, 가정에서 이루어지는 일반적인 조명상태 등을 반영하여 미리 프로그래밍된 '일반 조명패턴'을 무선 통신부(7400)에 제공할 수도 있다. '일반 조명패턴'의 제공방법도 상기 '정의된 조명패턴'의 경우와 동일하게 서버(7300)로부터 주기적으로 제공하거나, 사용자의 요청이 있을 때 제공하는 방식으로 할 수 있다. 도 48에서는 서버(7300)가 하나인 것으로 도시되었지만 필요에 따라 둘 이상의 서버가 제공될 수 있다. 선택적으로(Optionally), 상기 '일반 조명패턴' 및/또는 상기 '정의된 조명패턴'은 정보 저장부(7600)에 저장될 수 있다. 정보 저장부(7600)는 소위 클라우드(Cloud)라고 불리는, 네트워크를 통하여 접근 가능한 저장 장치일 수 있다.
무선 통신부(7400)는 서버(7300) 및/또는 정보 저장부(7600)로부터 제공받은 복수의 조명패턴 중 어느 하나를 선택하고 서버(7300)에 '자동조명모드' 실행 및 중지 명령신호를 전송하는 부분으로, 스마트 조명 시스템을 사용하는 사용자가 휴대할 수 있는 스마트폰, 태블릿 PC, PDA, 노트북, 넷북 등 휴대 가능한 다양한 무선통신 기기를 적용할 수 있다.
상세하게는, 무선 통신부(7400)는 정의된 다양한 조명패턴을 서버(7300) 및/또는 정보 저장부(7600)로부터 제공받고, 이들 조명패턴들 중 필요한 패턴을 선택하여 선택된 조명패턴대로 조명부(7100)를 작동되도록 하는 '자동조명모드'가 실행되도록 서버(7300)에 명령신호를 전송할 수 있다. 상기 명령신호는 실행시간을 정하여 전송하거나, 중지 시간을 정하지 않고 명령신호를 전송한 후, 필요할 때 중지신호를 전송하여 '자동조명모드'의 실행을 중지하도록 할 수도 있다.
또한, 무선 통신부(7400)는 사용자에 의해 서버(7300) 및/또는 정보 저장부(7600)로부터 제공받은 조명패턴에 부분적인 수정을 가하거나, 경우에 따라 새로운 조명패턴을 조작하는 기능을 더 구비할 수 있다. 이와 같이 수정되거나 새롭게 조작된 '사용자 설정 조명패턴'은 무선 통신부(7400)에 저장되었다가 서버(7300) 및/또는 정보 저장부(7600)로 자동으로 전송되거나, 사용자의 필요에 따라 전송되도록 구성할 수 있다. 또한, 무선 통신부(7400)는 서버(7300)에 의해 설정된 '정의된 조명패턴' 및 '일반 조명패턴'을 서버(7300) 및/또는 정보 저장부(7600)로부터 자동으로 제공받거나, 제공 요청신호를 서버(7300)에 전송함으로써 제공받을 수도 있다.
이와 같이 무선 통신부(7400)는 서버(7300) 및/또는 정보 저장부(7600)와 필요한 명령이나 정보 신호를 주고 받고, 서버(7300)는 무선 통신부(7400)와 센서부(7200), 제어부(7500) 간의 매개체 역할을 수행함으로써 스마트 조명 시스템을 가동할 수 있다.
여기서, 무선 통신부(7400)와 서버(7300) 간의 연계는 예를 들어 스마트폰의 응용프로그램인 어플리케이션을 이용하여 수행될 수 있다. 즉, 사용자는 스마트폰에 다운로드 받은 어플리케이션을 통하여 서버에 '자동조명모드' 실행 명령하거나, 사용자가 조작이나 수정을 가한 '사용자 설정 조명패턴'에 대한 정보를 제공할 수 있다.
정보 제공의 방법은 '사용자 설정 조명패턴'의 저장에 의해 자동으로 서버(7300) 및/또는 정보 저장부(7600)로 전송되거나 전송을 위한 조작을 수행함으로써 이루어질 수도 있다. 이는 어플리케이션의 기본설정으로 정해지거나, 옵션에 따라 사용자가 선택할 수 있도록 할 수 있다.
제어부(7500)는 서버(7300)로부터 '자동조명모드'의 실행 및 중지 명령신호를 전송받아 이를 조명부(7100)에 실행시켜, 하나 또는 복수의 조명장치의 제어에 관여하는 부분이다. 즉, 제어부(7500)는 서버(7300)의 명령에 따라 조명부(7100)에 포함되는 각각의 조명장치를 점등, 소등, 기타 제어할 수 있다.
또한, 상기 스마트 조명 시스템(7000)은 건물 내에 경보장치(7700)를 더 배치할 수 있다. 상기 경보장치(7700)는 건물 내 침입자가 있는 경우 이를 경고하기 위한 것이다.
상세하게는, 사용자의 부재 시 건물 내 '자동조명모드'가 실행되고 있는 경우, 건물 내 침입자가 발생해 설정된 조명패턴에서 벗어나는 이상징후가 발생하였을 때, 센서부(7200)가 이를 감지하여 경고신호를 서버(7300)에 전송하고, 서버(7300)는 이를 무선 통신부(7400)에 이를 알리는 동시에, 제어부(7500)에 신호를 전송하여 건물 내 경보장치(7700)를 작동하도록 할 수 있다.
또한, 상기 경고신호가 서버(7300)에 전송되었을 때 서버(7300)가 보안업체에 위급상황을 상기 무선 통신부(7400)를 통하여 또는 TCP/IP 네트워크를 통하여 직접 알리도록 하는 시스템을 더 포함할 수도 있다.
도 49는 본 발명의 기술적 사상의 일부 실시예들에 따른 발광 장치의 제조공정을 나타낸 순서도이다.
도 50 내지 도 54는 본 발명의 기술적 사상의 일부 실시예들에 따른 발광 장치의 제조방법을 설명하기 위한 나타낸 단면도들이다.
도 50을 참조하면 성장기판체(120'), 발광구조체(110') 및 반사판체(150')가 제공될 수 있다 제공될 수 있다. 상기 성장기판체(120')는 사파이어(sapphire), SiC, GaN 등의 투명한 물질들 중 어느 하나 이상으로 구성 될 수 있다.
상기 발광구조체(110')는 제1 도전형 반도체층, 활성층, 제2 도전형 반도체층을 증착하여 제조할수 있다. 예를 들면 화학적 기상 증착법, 물리적 기상 증착법, 원자층 증착법 등 중에서 어느 하나 이상을 이용할 수 있다. 제1 전극층은 상기 제1 도전형 반도체층에 전기적으로 접속하되 상기 제2 도전형 반도체층 및 상기 활성층과는 전기적으로 절연되도록 상기 제1 도전형 반도체층의 적어도 일부 영역까지 연장된 하나 이상의 컨택홀을 형성 할 수 있다. 상기 컨택홀은 상기 제1 전극층의 계면에서부터 상기 제2 전극층, 상기 제2 도전형 반도체층 및 상기 활성층을 통과하여 상기 제1 도전형 반도체층 내부까지 연장되어 형성 될 수도 있는데, 식각 공정, 예컨대 ICP-RIE 등을 이용하여 형성될 수 있다.
상기 반사판체(150')는 금속, 분산 브래그 반사기, 백색 실리콘(white silicone, TiO2 silicone)을 포함하는 복합유기물로 구성될 수 있다. 필요에 따라 화학적 기상 증착법, 물리적 기상 증착법, 원자층 증착법 등을 이용하여 제공할 수 있다. 필요에 따라 상기 반사판체(150')는 제공되지 않을 수 있다.
도 51을 참조하면 상기 발광구조체(110') 및 상기 반사판체(150')를 단위칩으로 분리하여(chip isolation) 발광구조(110) 및 반사판(150)을 형성 할 수 있다. 이때 레이저 가공 또는 플라즈마 엣칭 등의 다양한 공정을 이용할 수 있다.
도 52를 참조하면 상기 성장기판체(120')를 렌즈 어레이(130'')로 성형 할 수 있다. 이 때 레이저, 몰딩, 플라즈마 엣칭(etching)등의 공정이 사용 될 수 있다. 상기 성장기판체(120')를 바람직한 형태(도 1 내지 도 21 참조)의 상기 렌즈 어레이(130'')로 성형하기 위해 감광성(感光性)저항 물질(photoresist)을 사용 할 수 있다. 상기 감광성저항물질을 어닐링(annealing)하여 상기 감광성저항물질의 형태를 곡면을 포함한 여러 가지 형태로 변형 시킬 수 있다. 이후 포토리소그래피(photolithography)등의 공정에서 상기 감광성 저항물질의 형태가 상기 성장기판체(120')의 형태에 전사되어 곡면을 포함한 여러 가지 형태의 렌즈 어레이(130'')를 제공 할 수 있다.
도 53을 참조하면 상기 렌즈 어레이(130'') 상에 반사막(140)이 제공될 수 있다. 도 53에 대응되는 공정을 수행하여 발광구조 어레이(8100a)를 형성할 수 있다. 반사막(140)은 금속, 분산 브래그 반사기, 및 백색 실리콘(white silicone, TiO2 silicone)을 포함하는 복합유기물 등의 물질 중 어느 하나 이상으로 구성될 수 있다. 필요에 따라 리소그래피(lithography)나, 이온 스퍼터링(ion sputtering)을 이용하여 반사막(140)의 일부를 제거할 수 있다. 또는 마스킹 공정을 이용하여 상기 렌즈 어레이(130'')상의 일부 상에 상기 반사막(140)을 증착하지 않을 수 있다.
도 54를 참조하면 상기 발광구조 어레이(8100a)를 단위 발광 장치로 다이싱(dicing) 할 수 있다. 이때 상기 렌즈 어레이(130'')도 함께 다이싱되어 단위 렌즈(130)를 이룰 수 있다.
이상 도 50 내지 도 54에서 기술된 공정은 제조 과정을 설명을 의한 하나의 예시적인 것이며 필요에 따라 다양한 순서로서 구현 가능하다.
도 55 내지 도 61은 본 발명의 기술적 사상의 일부 실시예들에 따른 발광 장치의 제조방법을 설명하기 위한 나타낸 단면도들이다.
이하에서는 앞서 설명한 실시예와 중복된 설명은 생략하고 차이점을 위주로 설명하도록 한다.
도 55를 참조하면 상기 성장기판체(120')가 씨닝(thinning)될 수 있다. 이러한 공정에는 CMP등의 공정이 이용 될 수 있고, 필요에 따라 전체 구조를 뒤집어서(flip, upside down) 실행 될 수 있다.
도 56를 참조하면 상기 성장기판체(120') 상에 광변환층체(170')가 제공될 수 있다. 상기 광변환층체(170')는 형광물질, 양자점을 포함하는 물질들 중 어느 하나 이상으로 구성될 수 있다. 필요에 따라 상기 광변환층체(170')를 제공하는 공정은 생략될 수 있다.
도 57을 참조하면 투명 물질(130', transparent substrate)이 제공 될 수 있다. 상기 투명 물질(130')은 유리(Glass), SiC, SiO2, Al2O3, 석영(Quartz), 다이아몬드(Diamond), PMMA, SOG 등의 소재 중 어느 하나 이상을 증착하여 제조할 수 있다. 예를 들면 화학적 기상 증착법, 물리적 기상 증착법, 원자층 증착법등 등을 이용할 수 있다.
도 58을 참조하면 상기 투명 물질(130')을 렌즈 어레이(130'')로 성형 할 수 있다. 이 때 레이저, 몰딩, 플라즈마 엣칭(etching)등의 공정이 사용 될 수 있다. 상기 투명물질(130')을 바람직한 형태(도 1 내지 도 21 참조)의 상기 렌즈 어레이(130'')로 성형하기 위해 감광성(感光性)저항 물질(photoresist)을 사용 할 수 있다. 상기 감광성저항물질을 어닐링(annealing)하여 상기 감광성저항물질의 형태를 곡면을 포함한 여러 가지 형태로 변형 시킬 수 있다. 이후 포토리소그래피(photolithography)등의 공정에서 상기 감광성 저항물질의 형태가 상기 투명 물질(130')의 형태에 전사되어 곡면을 포함한 여러 가지 형태의 상기 렌즈 어레이(130'')를 제공 할 수 있다.
도 59를 참조하면 상기 렌즈 어레이(130'') 상에 반사막(140)이 제공될 수 있다. 도 59에 대응되는 공정을 수행하여 발광구조 어레이(8100b)를 형성 할 수 있다. 반사막(140)은 금속, 분산 브래그 반사기, 및 백색 실리콘(white silicone, TiO2 silicone)을 포함하는 복합유기물 등의 물질 중 어느 하나 이상으로 구성될 수 있다. 필요에 따라 리소그래피(lithography)나, 이온 스퍼터링(ion sputtering)을 이용하여 상기 반사막(140)의 일부를 제거할 수 있다. 또는 마스킹 공정을 이용하여 상기 렌즈 어레이(130'')상의 일부 상에 상기 반사막(140)을 증착하지 않을 수 있다.
도 60을 참조하면 상기 발광구조 어레이(8100b)를 단위 발광 장치로 다이싱 할 수 있다. 이때 상기 렌즈 어레이(130'')도 함께 다이싱되어 단위 렌즈(130)를 이룰 수 있다.
도 61을 참조하면 차단층(160)이 제공될 수 있다. 상기 차단층(160)은 금속(metal), 분산 브래그 반사기(DBR), 백색 실리콘(white silicone, TiO2 silicone), 및 복합유기물 등의 물질 중 어느 하나 이상으로 구성될 수 있다. 상기 차단층(160)은 상기 성장기판(120) 및 또는 상기 발광구조체(110)의 노출된 측면을 가릴 수 있다. 필요에 따라 상기 차단층(160)은 상기 광변환층(170)까지 연장 될 수 있다. 도시된 상기 차단층(160)의 형태는 예시적인 것으로서 어떠한 의미로도 본 발명의 범위를 제한하지 않으며 필요에 따라 다른 형태를 할 수 있다.
도 62 및 도 63은 본 발명의 다른 몇몇 실시예에 따른 반도체 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도 들이다.
이하에서는 앞서 설명한 실시예들과 중복된 설명은 생략하고 차이점을 위주로 설명하도록 한다.
도 62를 참조하면, 상기 성장기판체(120')가 완전히 제거 될 수 있다. 이 경우 단위 발광구조를 지지하기 위한 지지기판(190)이 제공 될 수 있다.
도 63를 참조하면 투명 물질(130')이 제공될 수 있다. 상기 투명 물질(130')은 유리(Glass), SiC, SiO2, Al2O3, 석영(Quartz), 다이아몬드(Diamond), PMMA, SOG 등의 소재 중 어느 하나 이상을 증착하여 제조할 수 있다. 예를 들면 화학적 기상 증착법, 물리적 기상 증착법, 원자층 증착법등 등을 이용할 수 있다. 이후 공정에서 상기 지지기판(190)은 제거 될 수 있다.
지금까지의 설명은 본 발명의 기술적 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.
따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
110: 발광구조
S: 발광적층체
111: 제1 도전형 반도체층
112: 활성층
113: 제2 도전형 반도체층
114: 에칭스톱용 절연층
115: 제1 전극층
116: 제2 전극층
117: 전극패드부
118: 절연층
119: 컨택홀
C: 컨택영역
120: 성장판
130 내지 130P: 렌즈
140 내지 140L: 반사막
150: 반사판
160: 차단층
170N, 170O: 광변환층
182: 방향축
184: 법선
186: 빛의경로
190: 지지기판

Claims (10)

  1. 제1 도전형 반도체 층, 활성 층 및 제2 도전 형 반도체 층이 적층된 발광적층체에 상기 제1 도전형 반도체 층과 전기적으로 연결된 제 1 전극 및 상기 제2 도전형 반도체 층과 전기적으로 연결된 제 2 전극을 구비하는 발광구조;
    상기 발광구조 상에 배치되고 다각면을 갖는 렌즈로서, 상기 발광구조를 마주보는 상기 렌즈의 바닥면의 면적이 상기 발광구조의 수평 단면적보다 작거나 같은, 렌즈;
    상기 렌즈 상에 배치된 반사막; 및
    상기 렌즈와 상기 발광구조 사이에 배치된 성장 기판을 포함하고,
    상기 렌즈 및 상기 반사막은 상기 발광구조에서 발생된 빛을 상기 렌즈의 중심축에 대하여 기울어지게 지향하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 발광장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 렌즈는 각각이 사등분된 구 형태의 4개의 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광장치.
  3. 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층이 적층된 발광적층체에 상기 제1 도전형 반도체 층과 전기적으로 연결된 제1 전극층 및 상기 제2 도전형 반도체 층과 전기적으로 연결된 제2 전극층을 구비하는 발광구조;
    상기 발광구조 상에 배치된 렌즈로서, 상기 발광구조를 마주보는 상기 렌즈의 바닥면의 면적이 상기 발광구조의 수평 단면적보다 작거나 같은, 렌즈;
    상기 렌즈 상에 배치된 반사막; 및
    상기 렌즈와 상기 발광구조 사이에 배치된 성장 기판을 포함하고,
    상기 렌즈 및 상기 반사막은 상기 발광구조에서 발생된 빛을 상기 렌즈의 중심축에 대하여 기울어지게 지향하도록 구성되고,
    상기 렌즈의 상기 바닥면이 상기 성장 기판과 접하는 것을 특징으로 하는 발광장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 반사막은 상기 렌즈를 기준으로 상기 발광구조와 타측 표면에 배치된 것을 특징으로 하는 발광 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 렌즈 및 상기 반사막은 상기 발광구조에서 발생된 서로 다른 빛의 경로들이 상기 빛이 이동하는 방향으로 서로로부터 멀어지도록 지향하게 하는 것을 특징으로 하는 발광장치.
  6. 제3항에 있어서
    상기 반사막은 상기 렌즈상에 상기 반사막이 배치되는 면의 전체를 가리지는 않는 것을 특징으로 하는 발광장치.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 발광구조 하에 반사판을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광장치.
  8. 제3항에 있어서,
    상기 렌즈는 각각이 사등분된 구 형태의 4개의 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 장치.
  9. 제3항에 있어서, 상기 성장기판의 노출된 측방향 표면 상에 배치된 차단층을 추가로 구비한 것을 특징으로 하는 발광장치.
  10. 제3항에 있어서,
    상기 렌즈는 SiC로 이루어진 것을 특징으로 하는 발광장치.
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