KR20120020601A - 발광 소자 및 조명 시스템 - Google Patents

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Abstract

실시예에 따른 발광 소자는 상부가 개방되도록 형성된 캐비티를 포함하며, 상기 캐비티의 측벽이 상기 캐비티의 바닥면에 대해 제1 각도로 경사진 몸체; 상기 캐비티의 바닥면에 배치된 제1프레임; 상기 몸체의 하면에 상기 제1프레임과 이격되게 배치되며, 적어도 일부분이 상기 캐비티의 측벽을 따라 형성된 제2프레임; 상기 제1 프레임 위에 탑재된 발광 칩; 상기 캐비티의 측벽에 형성된 상기 제2 프레임의 일부에 연결된 적어도 하나의 와이어; 및 상기 캐비티 내에 형성되어 상기 발광 칩을 덮는 수지층을 포함한다.

Description

발광 소자 및 조명 시스템{LIGHT EMITTING DEVICE AND LIGHTING SYSTEM}
실시예는 발광 소자 및 조명 시스템에 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 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.
실시 예는 새로운 구조를 갖는 발광 소자 및 조명 시스템을 제공한다.
실시예는 와이어 본딩 불량을 방지하기 위한 발광 소자 및 조명 시스템을 제공한다.
실시 예는 색 편차가 적은 발광 소자 및 조명 시스템을 제공한다.
실시예에 따른 발광 소자는, 상부가 개방되도록 형성된 캐비티를 포함하며, 상기 캐비티의 측벽이 상기 캐비티의 바닥면에 대해 제1 각도로 경사진 몸체; 상기 캐비티의 바닥면에 배치된 제1프레임; 상기 몸체의 하면에 상기 제1프레임과 이격되게 배치되며, 적어도 일부분이 상기 캐비티의 측벽을 따라 형성된 제2프레임; 상기 제1 프레임 위에 탑재된 발광 칩; 상기 캐비티의 측벽에 형성된 상기 제2 프레임의 일부에 연결된 적어도 하나의 와이어; 및 상기 캐비티 내에 형성되어 상기 발광칩을 덮는 수지층을 포함한다.
실시 예에 따른 조명 시스템은, 상기의 발광 소자 및 상기 발광 소자가 어레이된 보드를 포함한다.
실시예는 새로운 구조를 갖는 발광 소자를 제공할 수 있다.
실시 예는 와이어 불량을 줄일 수 있다.
실시 예는 광 추출 효율을 개선시켜 줄 수 있다.
실시예는 색편차가 적은 발광 소자를 제공할 수 있다.
실시 예는 발광 소자 및 백라이트 유닛의 신뢰성을 개선시켜 줄 수 있다.
도 1은 실시예에 따른 발광 소자의 측단면도이다.
도 2는 실시예에 따른 도 1의 발광 소자의 캐비티 구조를 나타낸 사시도이다.
도 3 및 도 4는 도 1의 발광 칩에 와이어를 본딩하는 예를 나타낸 도면이다.
도 5는 와이어 본딩 위치에 따른 거리 변화를 나타낸 도면이다.
도 6은 복수의 발광 소자를 도광판 입광부에 배열한 예를 나타낸 도면이다.
도 7은 도 1의 발광 소자의 다른 예를 나타낸 측 단면도이다.
도 8은 도 1의 발광 칩의 일 예를 나타낸 도면이다.
도 9 내지 도 11은 도 1의 발광 소자를 사용한 조명 시스템을 나타낸 도면이다.
실시예들의 설명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴들의 "위(on)"에 또는 "아래(under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "위(on)"와 "아래(under)"는 "직접(directly)" 또는 "다른 층을 개재하여 (indirectly)" 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 각 층의 위 또는 아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다.
도면에서 각층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예에 따른 발광 소자 및 그 제조방법에 대해 설명한다.
도 1은 실시예에 따른 발광 소자의 측단면도이며, 도 2는 도 1의 몸체의 캐비티 구조를 나타낸 사시도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 발광 소자(100)는 몸체(110), 제1프레임(121) 및 제2프레임(123), 제3프레임(125), 발광칩(145), 적어도 하나의 와이어(146) 및 복수의 수지층(151,153,155)을 포함할 수 있다.
상기 몸체(110)는 폴리프탈아미드(PPA:Polyphthalamide)와 같은 수지 재질, 실리콘(Si), 세라믹 재질, 금속 재질, PSG(photo sensitive glass), 사파이어(Al2O3), 인쇄회로기판(PCB) 중 적어도 하나로 형성될 수 있다.
상기 몸체(110)가 전기 전도성을 갖는 재질로 형성된 경우, 상기 몸체(110)의 표면에는 절연막(미도시)이 더 형성되어 상기 몸체(110)가 상기 복수의 프레임(31,32)과 전기적으로 쇼트(short) 되는 것을 방지할 수 있다. 상기 몸체(110) 내에는 복수의 프레임이 배치될 수 있으며, 상기 복수의 프레임은 물리적으로 서로 이격되며, 리드 프레임과 같은 소정 두께를 갖는 금속 플레이트로 구현될 수 있다.
상기 몸체(110)의 상면의 형상은 상기 발광 소자(100)의 용도 및 설계에 따라 사각형, 다각형, 원형 등 다양한 형상을 가질 수 있다.
상기 몸체(110)에는 상부가 개방되도록 캐비티(cavity)(115)가 형성될 수 있다. 상기 캐비티(115)는 컵 형상, 오목한 용기 형상 등의 오목부 또는 리세스로 형성될 수 있으며, 상기 캐비티(115)를 위에서 바라본 형상은 원형, 사각형, 다각형, 타원형 등의 형상일 수 있다.
상기 몸체(110)의 하면에는 제1프레임(121)이 배치되고, 상기 제1프레임(121)의 상면은 상기 캐비티(115)의 바닥면을 형성하게 된다.
상기 제1프레임(121) 위에는 발광 칩(145)이 탑재되며, 상기 발광 칩(145)은 제1프레임(121)에 다이 본딩되고, 제2프레임(125)에 와이어(146)로 연결된다.
상기 몸체(110)의 양측에는 제2프레임(125) 및 제3프레임(123)이 배치된다. 상기 제2프레임(125)은 상기 캐비티(115)의 측벽으로부터 상기 몸체 하면에 연장되어 배치된다.
제2프레임(125)의 내측부(126)는 상기 캐비티(115)의 측벽 상부를 형성하며, 상기 캐비티(115)의 측벽 중 적어도 70% 이상 형성될 수 있다. 이에 따라 캐비티 내에서의 광 반사 효율을 개선시켜 줄 수 있다.
또한 상기 제2프레임(125)은 상기 내측부(126)의 상단을 통해 하측으로 절곡된 연장부(127) 및 상기 연장부(127)로부터 상기 몸체(110)의 하면에 연장된 본딩부(128)를 포함한다. 상기 제2프레임(125)의 연장부(127)는 상기 몸체(110)의 측벽에 노출되지 않는 형태로 배치될 수 있다. 이에 따라 습기 침투 경로를 다른 패키지 구조에 비해 길게 배치할 수 있으며, 또한 몸체 내에 제2프레임(125)의 연장부(127)를 배치함으로써, 습기 침투 경로를 차단할 수 있다.
상기 제1 및 제2프레임(121,125)은 전기적으로 분리되어, 제1 및 제2전극으로 기능하며, 상기 발광칩(145)과 전기적으로 연결되어 상기 발광칩(145)에 전원을 제공할 수 있다.
상기 제3리드 프레임(123)은 상기 몸체(110) 내에 배치된 제1프레임(121)을 기준으로 상기 제2프레임(125)의 본딩부(128)의 반대측 방향에 형성되며, 더미 패턴으로 형성될 수 있다. 이러한 더미 패턴은 열 방열시 균일한 열 방출을 유도하고, 열 팽창에 따라 몸체 내부를 지지해 주게 된다.
상기 제2프레임(125)의 내측부(126)는 상기 캐비티(115)의 바닥면에 대해 제1 각도(θ1) 경사질 수 있다. 상기 제1 각도(θ1)는 예를 들어, 30° 내지 60° 일 수 있다. 다만, 상기 제1 각도(θ1)는 상기 캐비티(115)의 깊이, 상기 발광칩(145)의 두께 및 배광 특성 등을 고려하여 결정될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 제2프레임(125)의 내측부(126)는 하단이 제1프레임(121)과 소정 간격(G3) 만큼 이격되어, 전기적인 쇼트를 방지할 수 있다.
또한 상기 제1프레임(121)의 두께(T2)는 상기 제3프레임(123)의 두께(T1) 보다 두껍게 형성될 수 있으며, 이러한 두께는 방열 표면적을 증가시켜 주어, 방열 효율을 개선시켜 줄 수 있다.
상기 제2프레임(125)의 내측부(126)는 하단이 상기 발광 칩(145)의 하면보다 소정 거리(G1)만큼 이격되어 있으며, 상기 G1은 발광 칩(145) 내의 반사 전극층의 위치를 고려하여 형성될 수 있다. 이는 도 8을 참조하여 설명하기로 한다.
상기 제1 내지 제3 프레임(121,125,123)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) 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 또한 단층 또는 다층 구조를 가지도록 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
한편, 상기 제2 프레임(125)은 적어도 일부분이 상기 몸체(110)의 캐비티(115)의 측벽을 따라 형성될 수 있다. 실시예처럼, 상기 캐비티(115)의 바닥면의 너비가 상기 발광칩(145)의 너비의 1배 내지 2배를 가지는 경우, 상기 와이어(146)를 상기 캐비티(115)의 바닥면 상에 형성된 상기 제1 프레임(121)에 본딩할 수 없기 때문에, 상기 캐비티(115)의 측벽에 형성된 상기 제2 프레임(125)의 내측부(126)에 와이어 본딩을 실시해야 하기 때문이다.
상기 발광칩(145)은 예를 들어, 적어도 하나의 발광 다이오드(LED : Light Emitting Diode)를 포함할 수 있으며, 상기 발광 다이오드는 적색, 녹색, 청색, 백색 등의 빛을 방출하는 유색 발광 다이오드 또는 자외선을 방출하는 UV(Ultra Violet) 발광 다이오드일 수 있으나, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 적어도 하나의 와이어(146)는 상기 발광칩(145)과 상기 제2 프레임(125)와 전기적으로 연결할 수 있다. 상기 적어도 하나의 와이어(146)는 접합력이 좋은 Au, Sn, Ni, Cu, Ti 중 적어도 하나를 포함하는 금속 재질로 형성될 수 있으나, 이에 대해 한정하지는 않는다.
이때, 상기 적어도 하나의 와이어(146)의 일단은 상기 발광칩(145)의 상면에 본딩되고, 타단은 캐비티 측벽에 형성된 상기 제2프레임(125)의 내측부(126)에 본딩될 수 있다.
그런데, 앞에서 설명한 것과 같이, 상기 캐비티(115)의 측벽은 상기 제1 각도(θ1)의 경사를 가지므로, 일반적인 본딩 방법에 의해서 상기 적어도 하나의 와이어(146)를 본딩하는 경우, 불량이 발생할 위험이 크다.
따라서, 실시예에서는 상기 몸체(110)를 상기 제1 각도(θ1)만큼 기울인 후에 상기 적어도 하나의 와이어(146)를 상기 캐비티(115)의 측벽에 형성된 상기 제2 프레임(125)의 내측부(126)에 본딩하는 방법을 사용하여 와이어 본딩 공정의 신뢰성을 확보한다.
상기 와이어(146)의 양단 간의 높이 차(G2)와 그 거리(D1)는 캐비티 바닥면에 본딩하는 높이 차 및 거리보다 가깝기 때문에, 수지층 내의 열 팽창에 따라 와이어(146)에 가해지는 힘으로 인해 와이어의 본딩 불량을 방지할 수 있다.
상기 몸체(110)의 캐비티(115) 내에는 상기 발광칩(145)을 밀봉함으로써 보호하도록 상기 수지층(151,153,155)이 형성될 수 있다.
상기 수지층 중 제1수지층(151)은 투명한 실리콘 또는 에폭시 재료로 형성되며, 제2수지층(153)은 상기 제1수지층(151) 위에 형광체가 첨가될 수 있다. 상기 제3수지층(153)은 상기 제2수지층(153) 위에 형광체를 첨가하거나 첨가하지 않을 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 제3수지층(155)은 상기 제1수지층(151)의 상면 폭보다 넓은 폭을 갖고 형성될 수 있다.
상기 제2수지층(153)을 와이어 본딩 부분으로부터 이격시켜 줌으로써, 발광 칩(145)로부터 방출된 열에 의한 변색을 방지할 수 있다.
또한, 상기 제2수지층(153)은 형광체를 포함할 수 있는데, 이 경우, 상기 발광칩(145)에서 방출되는 빛은 상기 형광체의 여기광에 의해 파장이 변화되게 된다. 예를 들어, 상기 발광칩(145)이 청색 LED이고 상기 형광체가 황색 여기광을 발생시키는 황색 형광체인 경우, 상기 발광칩(145)에서 방출되는 청색 빛과 상기 황색 형광체에서 방출되는 황색 빛이 혼색되어 백색 빛이 생성되게 된다.
한편, 일반적으로 몰딩부재에 형광체가 포함된 경우, 발광칩에서 방출되는 빛이 다양한 경로를 가지고 반사, 굴절, 산란 등이 과정을 거쳐 출사되게 되므로 발광 소자의 출사광(들)은 광 경로차에 따른 색편차를 갖게 되며, 이에 따라 출사광의 품질이 저하되게 된다.
하지만, 실시예에서는, 상기 몸체(110)의 캐비티(115)의 바닥면의 너비가 상기 발광칩(145)의 너비의 1배 내지 2배로 형성되게 되므로, 상기 발광칩(145) 상에 형성된 상기 수지층(151)의 두께가 비교적 일정하게 된다. 따라서, 상기 발광 소자(100)의 출사광(들)이 갖는 광 경로차가 줄어들게 되어, 색 편차가 적은 고 품위의 빛을 제공될 수 있게 된다.
다만, 상기와 같이 상기 캐비티(115)의 바닥면의 너비를 제한하는 경우, 상기 캐비티(115)의 바닥면에 형성된 상기 제2프레임(125)에 와이어 본딩을 실시할 수 있는 충분한 면적이 확보하지 않아도 되므로, 상기 캐비티(115)의 측벽에 형성된 상기 제2프레임(125)에 와이어 본딩을 실시하게 된다.
이 경우, 상기 발광 소자(100)는 발광 칩(145)의 중심부터 몸체(110)의 외벽까지의 거리(D2)가 캐비티 바닥면에 배치된 리드 프레임 상에 본딩하는 거리보다는 짧아질 수 있어, 발광 소자 크기를 줄일 수 있다.
또한 상기 몸체(110)의 외측 상부에는 돌출부(112)가 형성되며, 상기 돌출부(112)는 캐비티 상단으로부터 소정 거리(D2) 만큼 이격되며, 상기 돌출부(112) 내에 오목한 홈(112A)이 형성된다. 상기 오목한 홈(112A)은 상기 캐비티(115)의 상단으로부터 연장되도록 하여, 상기 캐비티(115)에 채워지는 수지물이 넘치더라도 홈(112A) 내에 위치하도록 할 수 있다. 상기 홈(112A)의 형상은 단차 구조를 갖거나, 오목부 형상으로 형성될 수 있으며, 이러한 형상에 대해 한정하지는 않는다.
도 3 및 도 4를 참조하여, 와이어 본딩 과정을 설명하기로 한다.
도 3을 참조하면, 몸체(110)의 캐비티(115) 내에 배치된 제1 프레임(121) 위에 발광 칩(145)이 탑재된다. 상기 발광칩(145) 아래에는 접착층(미도시)이 형성될 수 있다. 상기 접착층은 접착성이 좋은 에폭시 수지 등과 같은 수지 재질, 접착성이 좋은 AuSn과 같은 금속 재질 또는 도전성 필러가 첨가된 수지 재질로 형성될 수 있으나, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 발광칩(145) 위로 상기 와이어(146)가 삽입된 캐필러리(105)를 이동시킨 후, 상기 와이어(146)의 일단을 상기 발광칩(145) 상에 본딩시킬 수 있다.
상기 와이어(146)를 본딩시키기 위해, 상기 발광칩(145) 상에는 Au, Ti, Sn, Cu, 또는 Ni 중 적어도 하나를 포함하는 접합성이 높은 금속 재질로 이루어진 프레임 패드(미도시)가 형성될 수 있으며, 상기 전극 패드(미도시)에 볼 범프가 형성되면서 상기 와이어(146)가 상기 발광칩(145)에 본딩될 수 있으나, 이에 대해 한정하지는 않는다.
도 4를 참조하면, 상기 지지프레임(101)을 상기 제1 각도(θ1) 기울인 후, 상기 캐필러리(105)를 상기 캐비티(115)의 측벽 상에 형성된 상기 제2 프레임(125)의 내측부(126)로 이동시켜 상기 와이어(146)의 타단을 상기 제2 프레임(125)의 내측부(126)에 본딩시킬 수 있다.
상기 캐필러리(105)에 의해 와이어 본딩을 실시하는 경우, 수평면이 아닌 경사진 면에 와이어 본딩을 하게 되면 와이어의 접속 불량이 발생하거나, 와이어가 끊어지는 현상이 빈번히 발생하여 발광 소자의 신뢰성이 저하될 수 있다.
따라서, 실시예에 따른 발광 소자 제조방법에서는, 상기 지지프레임(101)을 상기 제1 각도(θ1) 기울인 후에 상기 캐필러리(105)에 의한 와이어 본딩을 실시함으로써, 경사면에 형성된 제2프레임(125) 상에 상기 와이어(146)를 안정적으로 본딩할 수 있다.
상기 와이어(146)의 타단을 본딩한 후에는, 상기 캐필러리(105)를 상승시키면서 상기 캐필러리(105)와 상기 와이어(146) 사이를 절단함으로써 와이어 본딩 공정을 완료할 수 있다.
그리고, 상기 지지프레임(101)을 다시 수평면으로 대응시킨 후, 상기 캐비티(115) 내에 상기 발광칩(145)을 밀봉하여 보호하도록 상기 수지층(151,153,155)를 형성할 수 있으며, 상기 수지층(151,153,155)에는 적어도 한 종류의 형광체가 포함될 수 있다.
도 5를 참조하면, 와이어(146)는 발광 칩(145)과 제2프레임의 내측부(126)에 본딩되는 거리(D1) 보다 발광 칩(145)과 캐비티 바닥면의 프레임(126A)과의 거리 보다(D3)보다 짧게 되며, 이에 따라 와이어(146)가 수지층으로부터 받는 충격을 줄일 수 있고, 와이어 양단의 높이 차에 의한 문제를 줄일 수 있다. 이에 따라 와이어의 양단에서의 본딩 불량이나, 와이어가 끓어지는 문제를 방지할 수 있다.
도 6은 복수의 발광 소자와 도광판의 배열을 나타낸 도면이다.
도 6을 참조하면, 복수의 발광 소자(100)는 기판(1033) 위에 탑재되며, 상기 발광소자(100)의 돌출부(112)는 상기 도광판(1041)의 입광부(S1)에 접촉될 수 있다. 이에 따라 상기 도광판(1041)이 팽창하거나, 상기 수지층(151,152,153)이 팽창하더라도, 상기 도광판(1041)의 입광부(S1)은 최상층인 수지층(153)의 표면에 접촉되지 않게 된다. 이에 따라 색 좌표 상에서의 색 분포가 변화는 문제를 방지할 수 있다.
도 7은 발광 소자의 다른 예이다.
도 7을 참조하면, 발광 소자는 발광 칩(145)에 복수의 와이어(146,147)를 연결하는 경우, 캐비티(115)의 측벽에 배치된 제2프레임(125,125A)의 내측부(126)에 각각 본딩할 수 있다.
또한 제2프레임(125)를 캐비티 측벽에 대칭되도록 배치함으로써, 제2프레임(125,125A)를 통해 방열을 효율적으로 수행할 수 있으며, 복수의 와이어를 본딩하더라도, 발광 소자의 크기를 증가시키지 않을 수 있다.
또한 제2프레임(125,125A)은 1개가 아닌 2개의 프레임으로 분리하여 배치할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
또한, 비록 도시되지는 않았지만, 상기 수지층(155) 상에는 배광을 조절하기 위한 렌즈가 더 형성될 수도 있다.
도 8은 발광 칩의 일 예를 나타낸 도면이다.
도 8을 참조하면, 발광 칩(145)은, 발광 구조물(210) 아래에 오믹층(221)이 형성되며, 상기 오믹층(221) 아래에 반사층(224)이 형성되며, 상기 반사층(224) 아래에 전도성 지지부재(225)가 형성되며, 상기 반사층(224)과 상기 발광 구조물(210)의 측벽에 보호층(223)이 형성될 수 있다.
이러한 발광 칩(145)은 상기 와이어의 일단이 본딩되는 전극 또는 전극 패드가 배치되며, 상기 전극 아래에 제1도전형 반도체층(213), 활성층(215) 및 제2도전형 반도체층(217)을 포함한다.
상기 제1도전형 반도체층(213)은 제1도전형 도펀트가 도핑된 3족-5족 원소의 화합물 반도체 예컨대, GaN, AlN, AlGaN, InGaN, InN, InAlGaN, AlInN, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP, AlGaInP 등에서 선택될 수 있다. 상기 제1도전형이 N형 반도체인 경우, 상기 제1도전형 도펀트는 Si, Ge, Sn, Se, Te 등과 같은 N형 도펀트를 포함한다. 상기 제1도전형 반도체층(214)은 단층 또는 다층으로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 활성층(214)은 단일 양자 우물 구조, 다중 양자 우물 구조, 양자 선 구조, 양자 점 구조로 형성될 수 있다. 상기 활성층(214)은 3족-5족 원소의 화합물 반도체 재료를 이용하여 우물층과 장벽층의 주기, 예를 들면 InGaN 우물층/GaN 장벽층 또는 InGaN 우물층/AlGaN 장벽층의 주기로 형성될 수 있다.
상기 활성층(214)의 위 또는/및 아래에는 도전형 클래드층이 형성될 수 있으며, 상기 도전형 클래드층은 AlGaN계 반도체로 형성될 수 있다.
상기 활성층(214) 아래에는 상기 제2도전형 반도체층(215)이 형성되며, 상기 제 2도전형 반도체층(215)은 제2도전형 도펀트가 도핑된 3족-5족 원소의 화합물 반도체 예컨대, GaN, AlN, AlGaN, InGaN, InN, InAlGaN, AlInN, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP, AlGaInP 등에서 선택될 수 있다. 상기 제2도전형이 P형 반도체인 경우, 상기 제2도전형 도펀트는 Mg, Ze 등과 같은 P형 도펀트를 포함한다. 상기 제2도전형 반도체층(215)은 단층 또는 다층으로 형성될 수 있고, 이에 대해 한정하지는 않는다.
또한 상기 제2도전형 반도체층(215) 아래에는 제3도전형 반도체층 예컨대, N형 반도체층이 형성될 수 있다. 상기 발광 구조물(210)은 N-P 접합, P-N 접합, N-P-N 접합, P-N-P 접합 구조 중 적어도 하나가 형성될 수 있다.
상기 제2도전형 반도체층(215) 아래에는 오믹층(221) 및 채널층(223), 그리고 반사층(225) 및 전도성 지지부재(225)가 형성될 수 있다.
상기 오믹층(221)은 발광 구조물(210)의 하층 예컨대 제2도전형 반도체층(215)에 오믹 접촉되며, 그 재료는 ITO(indium tin oxide), IZO(indium zinc oxide), IZTO(indium zinc tin oxide), IAZO(indium aluminum zinc oxide), IGZO(indium gallium zinc oxide), IGTO(indium gallium tin oxide), AZO(aluminum zinc oxide), ATO(antimony tin oxide), GZO(gallium zinc oxide), Ag, Ni, Al, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au, Hf 및 이들의 선택적인 조합으로 구성된 물질 중에서 형성될 수 있다. 또한 상기 금속 물질과 IZO, IZTO, IAZO, IGZO, IGTO, AZO, ATO 등의 투광성 전도성 물질을 이용하여 다층으로 형성할 수 있으며, 예컨대, IZO/Ni, AZO/Ag, IZO/Ag/Ni, AZO/Ag/Ni 등으로 적층할 수 있다. 상기 오믹층(221) 내부는 전극(216)과 대응되도록 전류를 블록킹하는 층이 더 형성될 수 있다.
상기 보호층(223)은 ITO(indium tin oxide), IZO(indium zinc oxide), IZTO(indium zinc tin oxide), IAZO(indium aluminum zinc oxide), IGZO(indium gallium zinc oxide), IGTO(indium gallium tin oxide), AZO(aluminum zinc oxide), ATO(antimony tin oxide), GZO(gallium zinc oxide), SiO2, SiOx, SiOxNy, Si3N4, Al2O3, TiO2 등에서 선택적으로 형성될 수 있다. 상기 보호층(223)은 스퍼터링 방법 또는 증착 방법 등을 이용하여 형성할 수 있으며, 반사층(224)와 같은 금속이 발광 구조물(210)의 층들을 쇼트시키는 것을 방지할 수 있다.
상기 반사층(224)은 Ag, Ni, Al, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au, Hf 및 이들의 선택적인 조합으로 구성된 물질로 형성될 수 있다. 상기 반사층(224)은 상기 발광 구조물(210)의 폭보다 크게 형성될 수 있으며, 이는 광 반사 효율을 개선시켜 줄 수 있다.
상기 전도성 지지부재(225)는 베이스 기판으로서, 구리(Cu), 금(Au), 니켈(Ni), 몰리브데늄(Mo), 구리-텅스텐(Cu-W), 캐리어 웨이퍼(예: Si, Ge, GaAs, ZnO, Sic 등) 등으로 구현될 수 있다. 상기 전도성 지지부재(225)와 상기 반사층(224) 사이에는 접합층이 더 형성될 수 있으며, 상기 접합층은 두 층을 서로 접합시켜 줄 수 있다.
여기서, 상기 반사층(224)는 상기 발광 칩(145)의 하면부터 100㎛ 이상 이격되는 거리(G11)로 형성되며, 거리(G11)는 도 1의 G1보다는 높게 형성될 수 있다. 이는 도 1의 구조에서 제2프레임(125)의 내측부(126) 하단이 반사를 위해, 상기 발광 칩(145)의 반사층(221)의 위치보다 더 낮은 위치에 형성되도록 할 수 있다.
상기에 개시된 실시 예(들)의 발광 소자는 발광 칩을 패키징한 구조로서, 보드 상에 복수개 배치하여 발광 모듈이나 라이트 유닛 등과 같은 조명 시스템에 제공될 수 있다. 상기의 실시 예 중 선택된 발광 소자를 조명 시스템에 적용될 수 있다.
실시예에 따른 발광 소자는 라이트 유닛에 적용될 수 있다. 상기 라이트 유닛은 복수의 발광 소자가 어레이된 구조를 포함하며, 도 9 및 도 10에 도시된 표시 장치, 도 11에 도시된 조명 장치를 포함하고, 조명등, 신호등, 차량 전조등, 전광판 등이 포함될 수 있다.
도 9는 실시 예에 따른 표시 장치의 분해 사시도이다.
도 9를 참조하면, 실시예에 따른 표시 장치(1000)는 도광판(1041)과, 상기 도광판(1041)에 빛을 제공하는 발광 모듈(1031)와, 상기 도광판(1041) 아래에 반사부재(1022)와, 상기 도광판(1041) 위에 광학 시트(1051)와, 상기 광학 시트(1051) 위에 표시 패널(1061)과, 상기 도광판(1041), 발광 모듈(1031) 및 반사부재(1022)를 수납하는 바텀 커버(1011)를 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
상기 바텀 커버(1011), 반사시트(1022), 도광판(1041), 광학 시트(1051)는 라이트 유닛(1050)으로 정의될 수 있다.
상기 도광판(1041)은 빛을 확산시켜 면광원화 시키는 역할을 한다. 상기 도광판(1041)은 투명한 재질로 이루어지며, 예를 들어, PMMA(polymethyl metaacrylate)와 같은 아크릴 수지 계열, PET(polyethylene terephthlate), PC(poly carbonate), COC(cycloolefin copolymer) 및 PEN(polyethylene naphthalate) 수지 중 하나를 포함할 수 있다.
상기 발광모듈(1031)은 상기 도광판(1041)의 적어도 일 측면에 빛을 제공하며, 궁극적으로는 표시 장치의 광원으로써 작용하게 된다.
상기 발광모듈(1031)은 적어도 하나를 포함하며, 상기 도광판(1041)의 일 측면에서 직접 또는 간접적으로 광을 제공할 수 있다. 상기 발광 모듈(1031)은 기판(1033)과 상기에 개시된 실시 예에 따른 발광 소자(100)를 포함하며, 상기 발광 소자(100)는 상기 기판(1033) 상에 소정 간격으로 어레이될 수 있다.
상기 기판(1033)은 회로패턴(미도시)을 포함하는 인쇄회로기판(PCB, Printed Circuit Board)일 수 있다. 다만, 상기 기판(1033)은 일반 PCB 뿐 아니라, 메탈 코어 PCB(MCPCB, Metal Core PCB), 연성 PCB(FPCB, Flexible PCB) 등을 포함할 수도 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 발광 소자(100)는 상기 바텀 커버(1011)의 측면 또는 방열 플레이트 상에 탑재될 경우, 상기 기판(1033)은 제거될 수 있다. 여기서, 상기 방열 플레이트의 일부는 상기 바텀 커버(1011)의 상면에 접촉될 수 있다.
그리고, 상기 다수의 발광 소자(100)는 상기 기판(1033) 상에 빛이 방출되는 출사면이 상기 도광판(1041)과 소정 거리 이격되도록 탑재될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 발광 소자(100)는 상기 도광판(1041)의 일측면인 입광부에 광을 직접 또는 간접적으로 제공할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 도광판(1041) 아래에는 상기 반사부재(1022)가 배치될 수 있다. 상기 반사부재(1022)는 상기 도광판(1041)의 하면으로 입사된 빛을 반사시켜 위로 향하게 함으로써, 상기 라이트 유닛(1050)의 휘도를 향상시킬 수 있다. 상기 반사부재(1022)는 예를 들어, PET, PC, PVC 레진 등으로 형성될 수 있으나, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 반사부재(1022)는 상기 바텀 커버(1011)의 상면일 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 바텀 커버(1011)는 상기 도광판(1041), 발광모듈(1031) 및 반사부재(1022) 등을 수납할 수 있다. 이를 위해, 상기 바텀 커버(1011)는 상면이 개구된 박스(box) 형상을 갖는 수납부(1012)가 구비될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 바텀 커버(1011)는 탑 커버와 결합될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 바텀 커버(1011)는 금속 재질 또는 수지 재질로 형성될 수 있으며, 프레스 성형 또는 압출 성형 등의 공정을 이용하여 제조될 수 있다. 또한 상기 바텀 커버(1011)는 열 전도성이 좋은 금속 또는 비 금속 재료를 포함할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 표시 패널(1061)은 예컨대, LCD 패널로서, 서로 대향되는 투명한 재질의 제 1 및 제 2기판, 그리고 제 1 및 제 2기판 사이에 개재된 액정층을 포함한다. 상기 표시 패널(1061)의 적어도 일면에는 편광판이 부착될 수 있으며, 이러한 편광판의 부착 구조로 한정하지는 않는다. 상기 표시 패널(1061)은 광학 시트(1051)를 통과한 광에 의해 정보를 표시하게 된다. 이러한 표시 장치(1000)는 각 종 휴대 단말기, 노트북 컴퓨터의 모니터, 랩탑 컴퓨터의 모니터, 텔레비젼 등에 적용될 수 있다.
상기 광학 시트(1051)는 상기 표시 패널(1061)과 상기 도광판(1041) 사이에 배치되며, 적어도 한 장의 투광성 시트를 포함한다. 상기 광학 시트(1051)는 예컨대 확산 시트, 수평 및 수직 프리즘 시트, 및 휘도 강화 시트 등과 같은 시트 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 확산 시트는 입사되는 광을 확산시켜 주고, 상기 수평 또는/및 수직 프리즘 시트는 입사되는 광을 표시 영역으로 집광시켜 주며, 상기 휘도 강화 시트는 손실되는 광을 재사용하여 휘도를 향상시켜 준다. 또한 상기 표시 패널(1061) 위에는 보호 시트가 배치될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
여기서, 상기 발광 모듈(1031)의 광 경로 상에는 광학 부재로서, 상기 도광판(1041), 및 광학 시트(1051)를 포함할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
도 10은 실시 예에 따른 표시 장치를 나타낸 도면이다.
도 10을 참조하면, 표시 장치(1100)는 바텀 커버(1152), 상기에 개시된 발광 소자(100)가 어레이된 기판(1120), 광학 부재(1154), 및 표시 패널(1155)을 포함한다.
상기 기판(1120)과 상기 발광 소자(100)는 발광 모듈(1060)로 정의될 수 있다. 상기 바텀 커버(1152), 적어도 하나의 발광 모듈(1060), 광학 부재(1154)는 라이트 유닛으로 정의될 수 있다.
상기 바텀 커버(1152)에는 수납부(1153)를 구비할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
여기서, 상기 광학 부재(1154)는 렌즈, 도광판, 확산 시트, 수평 및 수직 프리즘 시트, 및 휘도 강화 시트 등에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 도광판은 PC 재질 또는 PMMA(Poly methy methacrylate) 재질로 이루어질 수 있으며, 이러한 도광판은 제거될 수 있다. 상기 확산 시트는 입사되는 광을 확산시켜 주고, 상기 수평 및 수직 프리즘 시트는 입사되는 광을 표시 영역으로 집광시켜 주며, 상기 휘도 강화 시트는 손실되는 광을 재사용하여 휘도를 향상시켜 준다.
상기 광학 부재(1154)는 상기 발광 모듈(1060) 위에 배치되며, 상기 발광 모듈(1060)로부터 방출된 광을 면 광원하거나, 확산, 집광 등을 수행하게 된다.
도 11은 실시 예에 따른 조명 장치의 사시도이다.
도 11을 참조하면, 조명 장치(1500)는 케이스(1510)와, 상기 케이스(1510)에 설치된 발광모듈(1530)과, 상기 케이스(1510)에 설치되며 외부 전원으로부터 전원을 제공받는 연결 단자(1520)를 포함할 수 있다.
상기 케이스(1510)는 방열 특성이 양호한 재질로 형성되는 것이 바람직하며, 예를 들어 금속 재질 또는 수지 재질로 형성될 수 있다.
상기 발광 모듈(1530)은 기판(1532)과, 상기 기판(1532)에 탑재되는 실시 예에 따른 발광 소자(100)를 포함할 수 있다. 상기 발광 소자(100)는 복수개가 매트릭스 형태 또는 소정 간격으로 이격되어 어레이될 수 있다.
상기 기판(1532)은 절연체에 회로 패턴이 인쇄된 것일 수 있으며, 예를 들어, 일반 인쇄회로기판(PCB: Printed Circuit Board), 메탈 코아(Metal Core) PCB, 연성(Flexible) PCB, 세라믹 PCB, FR-4 기판 등을 포함할 수 있다.
또한, 상기 기판(1532)은 빛을 효율적으로 반사하는 재질로 형성되거나, 표면이 빛이 효율적으로 반사되는 컬러, 예를 들어 백색, 은색 등의 코팅층될 수 있다.
상기 기판(1532) 상에는 적어도 하나의 발광 소자(100)가 탑재될 수 있다. 상기 발광 소자(100) 각각은 적어도 하나의 LED(LED: Light Emitting Diode) 칩을 포함할 수 있다. 상기 LED 칩은 적색, 녹색, 청색 또는 백색의 유색 빛을 각각 발광하는 유색 발광 다이오드 및 자외선(UV, UltraViolet)을 발광하는 UV 발광 다이오드를 포함할 수 있다.
상기 발광모듈(1530)은 색감 및 휘도를 얻기 위해 다양한 발광 소자(100)의 조합을 가지도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 고 연색성(CRI)을 확보하기 위해 백색 발광 다이오드, 적색 발광 다이오드 및 녹색 발광 다이오드를 조합하여 배치할 수 있다.
상기 연결 단자(1520)는 상기 발광모듈(1530)과 전기적으로 연결되어 전원을 공급할 수 있다. 상기 연결 단자(1520)는 소켓 방식으로 외부 전원에 돌려 끼워져 결합되지만, 이에 대해 한정하지는 않는다. 예를 들어, 상기 연결 단자(1520)는 핀(pin) 형태로 형성되어 외부 전원에 삽입되거나, 배선에 의해 외부 전원에 연결될 수도 있는 것이다.
이상에서 실시예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
또한, 이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100 : 발광 소자 110 : 몸체
115 : 캐비티 145 : 발광칩
121,123,125 : 프레임 146 : 와이어
151,152,153 : 수지층

Claims (13)

  1. 상부가 개방되도록 형성된 캐비티를 포함하며, 상기 캐비티의 측벽이 상기 캐비티의 바닥면에 대해 제1 각도로 경사진 몸체;
    상기 캐비티의 바닥면에 배치된 제1프레임;
    상기 몸체의 하면에 상기 제1프레임과 이격되게 배치되며, 적어도 일부분이 상기 캐비티의 측벽을 따라 형성된 제2프레임;
    상기 제1 프레임 위에 탑재된 발광 칩;
    상기 캐비티의 측벽에 형성된 상기 제2 프레임의 일부에 연결된 적어도 하나의 와이어; 및
    상기 캐비티 내에 형성되어 상기 발광 칩을 덮는 수지층을 포함하는 발광 소자.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 각도는 30° 내지 60° 인 발광 소자.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 캐비티의 바닥면의 너비는 상기 발광칩의 너비의 1배 내지 2배인 발광 소자.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 제2프레임은 상기 캐비티 측벽 중 적어도 70% 이상을 커버하는 내측부; 상기 내측부로부터 상기 몸체의 하면까지 상기 몸체 내부를 통해 상기 몸체 하부까지 연장된 연장부; 및 상기 연장부로부터 연장되어 상기 몸체의 하면에 배치된 본딩부를 포함하는 발광 소자.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 수지층은 상기 발광 칩 및 상기 와이어를 몰딩하는 제1수지층; 상기 제1수지층 위에 형광체를 첨가한 제2수지층을 포함하는 발광 소자.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 수지층은 상기 제2수지층 위에 상기 제1수지층의 상면 폭보다 넓은 폭을 갖는 제3수지층을 포함하는 발광 소자.
  7. 제 4항에 있어서
    상기 발광칩은 상기 와이어의 일단이 본딩되는 전극; 상기 전극 아래에 복수의 화합물 반도체층을 포함하는 발광 구조물; 상기 발광 구조물의 아래에 반사층; 상기 발광 구조물의 아래 둘레에 보호층; 및 상기 반사층 아래에 전도성 지지부재를 포함하는 발광 소자.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 캐비티의 측벽에 배치되어 있는 상기 제2프레임의 내측부 하단은 상기 발광 칩 내의 반사층보다 높게 형성되는 발광 소자.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 몸체의 상부에는 상기 수지층의 표면보다 더 돌출된 돌출부를 포함하며,
    상기 돌출부의 내측은 상기 캐비티 상단으로부터 단차진 구조로 형성되는 발광 소자.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2프레임은 상기 몸체의 외 측벽으로부터 이격되어 배치되는 발광 소자.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 몸체 내에 배치된 제1 프레임을 기준으로 상기 제2 프레임의 본딩부의 반대측 방향에 형성되는 제3프레임을 더 포함하는 발광소자.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제3프레임은 더미 패턴인 발광 소자.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항의 발광 소자;
    상기 발광 소자가 어레이된 보드를 포함하는 조명 시스템.
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