KR20120026343A - 발광소자 패키지 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 발광 효율을 높일 수 있는 발광소자 패키지에 관한 것이다. 실시예의 발광소자 패키지는 기판; 상기 기판에 형성된 전도성의 리드; 상기 기판 상에 위치되고 상기 리드와 전기적으로 연결되는 발광 소자; 상기 발광 소자위에 위치하고 상기 발광소자로부터 발생되는 광을 투과하는 투광층; 을 포함하고, 상기 투광층에는 상기 발광 소자로부터 출사되어 상기 투광층으로 입사되는 광의 입사각을 변화시키기 위한 광입사 변환 구조를 포함한다.
실시예는 발광 효율이 향상된 발광소자 패키지를 제공할 수 있다.
실시예는 발광 효율이 향상된 발광소자 패키지를 제공할 수 있다.
Description
본 발명은 발광 효율을 높일 수 있는 발광소자 패키지에 관한 것이다.
반도체의 3-5족 또는 2-6족 화합물 반도체 물질을 이용한 발광다이오드(Lighit Emitting Diode; LED)나 레이저 다이오드(Laser Diode; LD)와 같은 발광 소자는 박막 성장 기술 및 소자 재료의 개발로 적색, 녹색, 청색 및 자외선 등 다양한 색을 구현할 수 있으며, 형광 물질을 이용하거나 색을 조합함으로써 효율이 좋은 백색 광선도 구현이 가능하다. 또한, 발광 소자는 형광등, 백열등 등 기존의 광원에 비해 저소비전력, 반영구적인 수명, 빠른 응답속도, 안전성, 환경친화성의 장점을 가진다.
따라서, 광 통신 수단의 송신 모듈, LCD(Liquid Crystal Display) 표시 장치의 백라이트를 구성하는 냉음극관(CCFL: Cold Cathode Fluorescence Lamp)을 대체하는 발광 다이오드 백라이트, 형광등이나 백열 전구를 대체할 수 있는 백색 발광 다이오드 조명 장치, 자동차 헤드라이트 및 신호등에까지 응용이 확대되고 있다.
발광 소자가 패키지 몸체에 실장되어 전기적으로 연결된 형태로 된 발광소자 패키지는 표시 장치의 광원으로 많이 사용되고 있다. 이러한 발광소자 패키지의 발광 효율을 향상시키기 위한 여러가지 방안이 고려되고 있다.
실시예는 발광 효율을 향상시킬 수 있는 발광소자 패키지를 제공하고자 함에 목적이 있다.
실시예의 발광소자 패키지는 기판; 상기 기판에 형성된 전도성의 리드; 상기 기판 상에 위치되고 상기 리드와 전기적으로 연결되는 발광 소자; 상기 발광 소자위에 위치하고 상기 발광소자로부터 발생되는 광을 투과하는 투광층; 을 포함하고, 상기 투광층에는 상기 발광 소자로부터 출사되어 상기 투광층으로 입사되는 광의 입사각을 변화시키기 위한 광입사 변환 구조를 포함한다.
또한, 상기 기판의 상면에는 소정의 각도로 기울어진 측면을 갖는 캐비티가 형성되고, 상기 발광 소자는 상기 캐비티의 바닥면에 위치된다.
또한, 상기 광입사 변환 구조는 상기 투광층의 표면에 형성된다
또한, 상기 광입사 변환 구조는 상기 투광층의 표면에 형성되는 오목부 또는 돌출부를 포함한다.
또한, 상기 오목부 또는 돌출부는 상기 투광층의 표면에 직선 또는 곡선의 줄무늬 형태로 형성된다.
또한, 상기 오목부 또는 돌출부는 상기 투광층의 표면에 원형, 타원형 또는 다각형의 형태로 다수 개가 형성된다.
또한, 상기 광입사 변환 구조는 상기 투광층의 중앙부에는 형성되지 않는다.
또한, 상기 투광층은 상기 발광소자로부터 발광되는 광의 파장을 다른 파장으로 변환시키는 형광체를 하나 이상 포함한다.
또한, 상기 형광체는 황색형광물질, 녹색형광물질, 적색형광물질 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 광입사 변환 구조 위 또는 아래에 일정한 형태로 형성된다.
또한, 상기 발광 소자와 상기 투광층 사이에서 상기 발광 소자를 덮도록 형성된 형광체층; 을 더 포함한다.
또한, 상기 투광층은 에폭시 또는 실리콘을 포함한다.
실시예의 발광소자 패키지는 적어도 1회이상 교대로 적층되는 반도체층과 소정의 파장대의 광을 발광하는 활성층 및 AlGaN으로 이루어진 반도체층을 포함하는 발광 소자; 를 포함하고, 상기 발광 소자로부터 출사된 광은 투광층을 통해 대기 중으로 발산되고, 상기 투광층에는 상기 발광 소자로부터 출사되어 상기 투광층으로 입사되는 광의 입사각을 변화시키기 위한 광입사 변환 구조가 형성된다.
또한, 상기 광입사 변환 구조는 상기 투광층의 표면에 형성되는 오목부 또는 돌출부를 포함한다.
실시예는 발광 효율이 향상된 발광소자 패키지를 제공할 수 있다.
도 1은 실시예에 따른 반도체 발광 소자의 단면도로서, 수평구조의 반도체 발광 소자를 예시한 것이다.
도 2는 실시예에 따른 반도체 발광 소자의 단면도로서, 수직구조의 반도체 발광 소자를 예시한 것이다.
도 3은 실시예에 따른 발광소자 패키지의 단면도이다.
도 4는 실시예의 발광소자 패키지의 발광 소자로부터 출사되는 광의 입사각에 따른 진행경로를 도시하는 도면이다.
도 5는 다른 실시예에 따른 발광소자 패키지의 단면도이다.
도 6은 도 5의 실시예에서 발광 소자로부터 출사되는 광의 진행경로를 도시하는 도면이다.
도 7a 및 도 7b는 다른 실시예에 따른 발광소자 패키지의 단면도이다.
도 8a 내지 도 8d는 도 5의 실시예에서 형광체층이 형성되는 실시예를 도시하는 단면도이다.
도 9a 및 도 9b는 도 5의 실시예에서 형광체층이 형성되는 다른 실시예를 도시하는 단면도이다.
도 10은 실시예에 따른 발광소자 패키지의 투광층에 형성될 수 있는 여러가지 형태의 광입사 변환 구조를 도시하는 평면도이다.
도 11은 다른 실시예에 따른 발광소자 패키지의 투광층에 형성될 수 있는 광입사 변환 구조를 도시하는 평면도이다.
도 2는 실시예에 따른 반도체 발광 소자의 단면도로서, 수직구조의 반도체 발광 소자를 예시한 것이다.
도 3은 실시예에 따른 발광소자 패키지의 단면도이다.
도 4는 실시예의 발광소자 패키지의 발광 소자로부터 출사되는 광의 입사각에 따른 진행경로를 도시하는 도면이다.
도 5는 다른 실시예에 따른 발광소자 패키지의 단면도이다.
도 6은 도 5의 실시예에서 발광 소자로부터 출사되는 광의 진행경로를 도시하는 도면이다.
도 7a 및 도 7b는 다른 실시예에 따른 발광소자 패키지의 단면도이다.
도 8a 내지 도 8d는 도 5의 실시예에서 형광체층이 형성되는 실시예를 도시하는 단면도이다.
도 9a 및 도 9b는 도 5의 실시예에서 형광체층이 형성되는 다른 실시예를 도시하는 단면도이다.
도 10은 실시예에 따른 발광소자 패키지의 투광층에 형성될 수 있는 여러가지 형태의 광입사 변환 구조를 도시하는 평면도이다.
도 11은 다른 실시예에 따른 발광소자 패키지의 투광층에 형성될 수 있는 광입사 변환 구조를 도시하는 평면도이다.
이하 상기의 목적을 구체적으로 실현할 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.
상기의 실시예들의 설명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴들의 "상/위(on)"에 또는 "하/아래(under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "상/위(on)"와 "하/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.
도 1은 실시예에 따른 반도체 발광 소자의 단면도로서, 수평구조의 반도체 발광 소자를 예시한 것이다.
반도체 발광 소자는, 기판(10), 버퍼층(20), n형 반도체층, 활성층(40), p형 반도체층 등을 포함한다.
기판(10)은, 투광성을 갖는 재질, 예를 들어, 사파이어(Al203) 기판, 반도체 기판, 전도성 기판이거나 이들의 조합이 가능하다. 기판(10)은 광추출 효율을 높이기 위한 광추출 구조(light extraction structure; 11)를 가질 수 있다.
버퍼층(20)은 기판(10)과 제1 n형 반도체층(30) 사이의 격자 부정합을 해소하기 위한 것으로서, GaN, AlN, AlGaN, InGaN/GaN SLS를 포함할 수 있다.
버퍼층(20) 위에는 제1 n형 반도체층(30)이 형성된다. 제1 n형 반도체층(30)은, GaN, AlGaN, InGaN, InAlGaN, Superlattices(SLS)일 수 있다.
제1 n형 반도체층(30) 위에는 제2 n형 반도체층(35)이 형성된다. 제2 n형 반도체층(35)은 InGaN/GaN, AlGaN/GaN, InGaN/InGaN, AlGaN/InGaN SLS(3~10층)를 포함할 수 있다.
제2 n형 반도체층(35) 상에는 활성층(40)이 형성된다. 활성층(40)은 예를 들어, InxAlyGa1 -x- yN의 조성식(여기서, 0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1임)을 갖는 반도체 재료를 포함하여 형성할 수 있으며, 양자선(Quantum wire) 구조, 양자점(Quantum dot) 구조, 단일 양자 우물 구조 또는 다중 양자 우물 구조(MQW : Multi Quantum Well) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 예를 들어, 활성층(40)은 MQW 구조의 InGaN/GaN층 또는 InGaN/InGaN층으로 이루어질 수 있다.
활성층(40)은 n형 반도체층 및 p형 반도체층으로부터 제공되는 전자 및 정공의 재결합(recombination) 과정에서 발생되는 에너지에 의해 광을 생성한다.
활성층(40) 위에는 제1 p형 반도체층(55)이 형성된다. 제1 p형 반도체층(55)은 AlGaN, AlGaN/GaN SLS (30nm이하)를 포함할 수 있다.
제1 p형 반도체층(55) 위에는 제2 p형 반도체층(50)이 형성된다. 제2 p형 반도체층(50)은 GaN, AlGaN/GaN, SLS를 포함할 수 있다.
한편, 제1 p형 반도체층(55), 제2 p형 반도체층(50), 활성층(40), 제1 n형 반도체층(30), 제2 n형 반도체층(35)의 일부는 식각(etching)으로 제거되어, 저면에 제1 n형 반도체층(30)의 일부를 드러내고 있다. 식각에 의해 드러난 제1 n형 반도체층(30) 상에는 n형 전극(60)이 형성되어 있다.
제2 p형 반도체층(50) 상에는 오믹 접촉층(ohmic contact layer; 65)(또는 투명층)이 형성될 수 있다. 오믹 접촉층(65)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), IrOx, RuOx, RuOx/ITO, Ni, Ag, Ni/IrOx/Au, 또는 Ni/IrOx/Au/ITO 중 하나 이상을 이용하여 단층 또는 다층으로 가능하다.
오믹 접촉층(65) 위에는 p형 전극(70)이 형성된다.
도 2는 실시예에 따른 반도체 발광 소자의 단면도로서, 수직구조의 반도체 발광 소자를 예시한 것이다.
반도체 발광 소자는, 기판(80), n형 반도체층, 활성층(40), p형 반도체층 등을 포함한다.
기판(80)은, 구리, 금, 니켈, 몰리브덴, 구리-텅스텐 합금, 캐리어 웨이퍼(예를 들어, Si, Ge, GaAs, ZnO, SiC 등) 중의 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
제1 n형 반도체층(30)은 InxAlyGa1 -x- yN의 조성식(여기서, 0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1임)을 갖는 반도체 재료, 예를 들어 GaN, AlN, AlGaN, InGaN, InN, InAlGaN 등에서 선택될 수 있으며, Si, Ge, Sn, Se, Te 등의 n형 도펀트가 도핑될 수 있다.
제1 n형 반도체층(30)에는 광추출 구조(light extraction structure; 31)가 형성될 수 있다. 광추출 구조(light extraction structure; 31)는 반구 형상, 다각형 형상, 삼각뿔 형상, 나노 기둥 형상, 광결정 구조(photonic crystal structure) 등으로 이루어질 수 있다. 제1 n형 반도체층(30) 위에는 n형 전극(60)이 형성될 수 있다.
제1 n형 반도체층(30) 위에는 제2 n형 반도체층(35)이 형성된다. 제2 n형 반도체층(35)은 InGaN/GaN, AlGaN/GaN, InGaN/InGaN, AlGaN/InGaN SLS(3~10층)를 포함할 수 있다.
제2 n형 반도체층(35) 위에는 활성층(40)이 형성된다. 활성층(40)은 예를 들어, InxAlyGa1 -x- yN의 조성식(여기서, 0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1임)을 갖는 반도체 재료를 포함하여 형성할 수 있으며, 양자선(Quantum wire) 구조, 양자점(Quantum dot) 구조, 단일 양자 우물 구조 또는 다중 양자 우물 구조(MQW : Multi Quantum Well) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 예를 들어, 활성층(40)은 MQW 구조의 InGaN/GaN층 또는 InGaN/InGaN층으로 이루어질 수 있다.
활성층(40)은 n형 반도체층 및 p형 반도체층으로부터 제공되는 전자 및 정공의 재결합(recombination) 과정에서 발생되는 에너지에 의해 광을 생성한다.
활성층(40) 위에는 제1 p형 반도체층(55)이 형성된다. 제1 p형 반도체층(55)은 AlGaN, AlGaN/GaN SLS (30nm이하)를 포함할 수 있다.
제1 p형 반도체층(55) 위에는 제2 p형 반도체층(50)이 형성된다. 제2 p형 반도체층(50)은 InxAlyGa1 -x- yN의 조성식(여기서, 0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1임)을 갖는 반도체 재료, 예를 들어 GaN, AlN, AlGaN, InGaN, InN, InAlGaN 등에서 선택될 수 있으며, Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등의 p형 도펀트가 도핑될 수 있다.
제2 p형 반도체층(50)과 기판(80) 사이에는 반사층(75)과 접착층(76)이 위치될 수 있다. 반사층(75)(Ag 또는 Al을 포함하는 금속)은 p형 전극의 기능을 할 수 있다. 이와 달리, 반사층(75)과 제2 p형 반도체층(50) 사이에 별도의 p형 전극이 형성될 수도 있다. 반사층(75)과 접착층(76)은 모두 다수의 층으로 형성될 수 있다.
n형 반도체층, 활성층(40), p형 반도체층의 외측 그리고 반사층(75)의 위에는 절연층(32)이 위치할 수 있다.
도 3은 실시예에 따른 발광소자 패키지의 단면도이다.
발광소자 패키지(100)는 기판(110), 리드(120), 발광 소자(130), 투광층(150)을 포함한다.
기판(110)은 발광 소자(130), 예를 들어 LED칩을 고밀도로 실장할 수 있는 것이면 어느 것이나 가능하다. 예를 들어, 이러한 기판(110)으로는 알루미나(alumina), 수정(quartz), 칼슘지르코네이트(calcium zirconate), 감람석(forsterite), SiC, 흑연, 용융실리카(fusedsilica), 뮬라이트(mullite), 근청석(cordierite), 지르코니아(zirconia), 베릴리아(beryllia) 및 질화알루미늄(aluminum nitride), LTCC(low temperature co-firedceramic) 등을 사용할 수 있다. 기판(110)에는 발광 소자(130)가 실장되는 영역에 소정의 경사각으로 된 캐비티(cavity; C)가 형성될 수 있다. 캐비티(C)에 의해 기판(110)의 상면에는 바닥면과 경사면이 형성된다. 캐비티(C)는 건식 식각 또는 습식 식각을 이용하여 다각형, 원형, 타원형 등으로 형성될 수 있다. 이러한 캐비티(C)는 발광 소자로부터 출사되는 광이 출사면으로 집중될 수 있게 한다.
발광 소자(130)가 실장되는 영역에 인접하여 전도성을 갖는 리드(120)가 형성될 수 있다. 리드(120)는 상호 전기적으로 분리된 제1 리드(121)와 제2 리드(122)로 형성될 수 있다. 제1 리드(121)는 캐소드 전극이고, 제2 리드(122)는 애노드 전극일 수 있다. 필요에 따라서는 제1 리드(121)를 애노드 전극으로 하고, 제2 리드(122)를 캐소드 전극으로 할 수도 있는데, 이 경우에는 구동전원 인가방식을 반대로 하면 된다. 제1 리드(121)는 기판(110) 상에서 제2 리드(122)와의 전기적인 절연을 위해 제2 리드(122)와 이격되게 형성된다.
제1 리드(121)는 기판(110)의 저면에도 형성된다. 기판(110)의 저면에 형성된 제1 리드(121)는 기판(110)의 상면에 형성된 제1 리드(121)가 연장되는 형태이어도 되고, 기판(110)의 상면에 형성된 제1 리드(121)와 분리되어 있지만 전기적으로 연결되는 형태이어도 된다.
발광 소자(130)는 기판(110) 상면에 형성된 캐비티(C)의 바닥면에 실장된다. 발광 소자(130)는 리드(120)와 전기적으로 연결되어, 리드(120)로부터 외부 전원을 인가받는다. 발광 소자(130)는 와이어(140)에 의해 리드(120)와 연결될 수 있다. 도면에는 수평 구조의 발광 소자(130)가 도시되지만, 수직 구조의 발광 소자가 기판(110) 상에 실장될 수도 있다.
투광층(150)은 발광 소자(130)를 포위하도록 캐비티(C) 내에 충전된다. 투광층(150)은 투광성 수지로 형성될 수 있다. 투광성 수지는 실리콘 또는 에폭시를 포함할 수 있다. 투광층(150)의 상면은 오목한 형상, 볼록한 형상, 평판 형상 등 다양한 형태로 형성될 수 있으며, 투광층(150)의 형태에 따라 발광 소자(130)에서 방출된 광의 지향각이 변화될 수 있다.
또한, 투광층(150)은 형광체를 포함할 수 있고, 형광체의 종류에 대해서는 한정하지 않는다. 이러한 형광체는 발광 소자(130)에서 방출된 광의 색을 변환시킬 수 있다. 예를 들어, 발광 소자(130)가 청색광을 출력하는 경우, 백색광을 구현하기 위해 형광체는 황색 형광물질을 포함하게 된다. 발광 소자(130)가 출력하는 광의 색상이 청색이 아니라면, 백색광을 구현하기 위해 형광체의 색상 역시 바뀌어야 한다.
도 4는 실시예의 발광소자 패키지의 발광 소자로부터 출사되는 광의 입사각에 따른 진행경로를 도시하는 도면이다.
발광 소자(130)로부터 출사된 광은 투광층(150)을 거쳐 대기 중으로 진행된다. 수지로 된 투광층(150)은 굴절률이 1.4~1.55 정도이고, 대기의 굴절률은 1 정도이다. 이처럼 광이 밀한 매질(굴절률이 큰 물질)에서 소한 매질(굴절률이 작은 물질)로 입사할 때는 두 매질 사이의 경계면에서 굴절이 생기고, 광의 입사각이 특정 각도 이상인 경우 광은 소한 매질 쪽으로 나아가지 못하고 밀한 매질 쪽으로 반사되는 전반사가 일어난다. 전반사가 일어나는 광의 입사각을 임계각이라고 한다.
도 4의 (a)를 참조하면, 발광 소자(130)로부터 출사되는 광이 투광층(150)의 표면에 수직으로 입사되면 그대로 대기 중으로 진행된다. 이 경우 광의 입사각은 0°가 된다.
도 4의 (b)를 참조하면, 발광 소자(130)로부터 출사되는 광이 캐비티(C)의 경사면이 부딪혀 투광층(150)의 표면에 비스듬하게 입사되면 대기 중으로 굴절되어 진행된다. 이 경우 광의 입사각(i)은 임계각보다 작아서, 광은 대기 중으로 진행된다.
도 4의 (c)를 참조하면, 발광 소자(130)로부터 출사되는 광이 투광층(150)의 표면에 임계각보다 큰 각도로 입사되어 대기 중으로 진행되지 못하고 투광층(150) 내에 갇히게 된다. 이와 같이, 대기 중으로 진행되지 못하고 투광층(250) 내에 갖히는 광이 많아질수록 발광소자 패키지의 발광 효율은 저하된다.
도 5는 다른 실시예에 따른 발광소자 패키지의 단면도이다.
발광소자 패키지(200)는 기판(210), 리드(220), 발광 소자(230), 투광층(250)을 포함한다.
기판(210), 리드(220), 발광 소자(230)는 도 1에 도시된 대응 부재와 대략 동일한 구성을 갖는다.
투광층(250)은 발광 소자(230)를 포위하도록 캐비티(C) 내에 충전된다. 투광층(250)은 실리콘 또는 에폭시 등의 투광성 수지로 형성될 수 있다. 투광층(250)의 상면은 오목한 형상, 볼록한 형상, 평판 형상 등 다양한 형태로 형성될 수 있으며, 투광층(250)의 형태에 따라 발광 소자(230)에서 방출된 광의 지향각이 변화될 수 있다.
투광층(250)에는 형광체가 포함될 수 있다. 이와 달리, 투광층(250)과 발광 소자(230) 사이에는 형광체를 포함하는 형광체층이 상기 발광 소자(230)를 덮도록 형성될 수 있다. 이러한 형광체는 발광 소자(230)에서 방출된 광의 색을 변환시킬 수 있는 것으로, 형광체의 종류에 대해서는 한정하지 않는다. 예를 들어, 발광 소자(230)가 청색광을 출력하는 경우, 백색광을 구현하기 위해 형광체는 황색 형광물질을 포함하게 된다.
투광층(250)에는 발광 소자(230)로부터 출사되는 광의 입사각을 변화시키기 위해 일정한 광입사 변환 구조(251)가 형성된다. 이러한 광입사 변환 구조(251)는 투광층(250)의 표면에 형성되는 오목부 또는 돌출부 형태를 포함하여 여러가지 형태가 가능하다. 예를 들어, 광입사 변환 구조(251)는 투광층(250)의 표면에 형성되는 줄무늬 형태의 홈이 될 수 있다. 광입사 변환 구조(251)는 투광층(250)의 표면을 레이저에 의해 제거하여 형성될 수 있다. 이러한 광입사 변환 구조(251)는 발광 소자(230)로부터 출사되어 투광층(250)으로 입사되는 광의 입사각을 변화시켜 전반사를 줄여 발광 효율을 향상시키는 작용을 한다.
도 6은 도 5의 실시예에서 발광 소자로부터 출사되는 광의 진행경로를 도시하는 도면이다.
발광 소자(230)로부터 비스듬하게 출사되는 광은 캐비티(C)의 경사면에 부딪혀 투광층(250)의 경계면[즉, 투광층(250)과 대기 사이의 경계면]으로 입사된다. 투광층(250)의 경계면(또는 표면)에는 예를 들어, 줄무늬 형태의 홈으로 된 광입사 변환 구조(251)가 형성되므로, 광은 이러한 광입사 변환 구조(251)에 부딪히게 된다. 광은 투광층(250)의 경계면에 대해 경사지게 형성된 광입사 변환 구조(251)에 의해 입사각이 줄어들게 된다. 여기서, 입사각은 어떤 평면에 광이 들어올 때, 평면의 법선과 입사되는 광이 이루는 각도를 말한다. 이와 같이, 투광층(250)의 표면에 광입사 변환 구조(251)가 형성됨으로써 투광층(250)의 경계면에 입사되는 광의 입사각이 줄어들므로, 비스듬하게 입사되는 광도 전반사되지 않고 대기 중으로 진행할 수 있게 한다. 따라서, 투광층(250)에 형성된 광입사 변환 구조(251)는 발광 소자에서 출사되는 광 중에서 전반사되는 광의 양을 줄여, 발광소자 패키지의 발광 효율을 향상시킨다.
도 7a 및 도 7b는 다른 실시예에 따른 발광소자 패키지의 단면도이다.
COB(Chip on Board)형 발광소자 패키지는 발광 소자, 예를 들어 LED칩을 직접 기판에 다이 본딩(die bonding)하고, 와이어 본딩에 의해 전기적 연결을 하는 방식을 말한다.
도 7a를 참조하면, 발광소자 패키지(300)는 기판(310)의 상부면에 패턴인쇄되는 전도성을 갖는 리드(320) 중 어느 하나의 리드(320)에 발광 소자(330)를 다이 본딩하여 부착하고, 상기 발광 소자(330)를 다른 리드(320)에 와이어(335)에 의해 와이어 본딩하여 전기적으로 연결한다.
또한, 기판(310)의 상부면에는 발광 소자(330)를 에워싸도록 솔더페이스트 또는 금속재를 소재로 하여 스크린 인쇄방식으로 일정높이의 측벽(340)을 환고리형으로 형성한다. 다음에, 사전에 설정된 주입량으로 투광층(350)을 측벽(340)의 내측으로 도포하여, 투광층(350)이 일정높이를 갖는 돔형상으로 유지하게 된다.
다음에, 투광층(350)의 경계면(또는 표면)에는 예를 들어, 줄무늬 형태의 홈으로 된 광입사 변환 구조(351)를 형성한다. 투광층(350)의 표면에 광입사 변환 구조(351)가 형성됨으로써 투광층(350)의 경계면에 비스듬하게 입사되는 광도 전반사되지 않고 대기 중으로 진행할 수 있게 한다. 따라서, 투광층(350)에 형성된 광입사 변환 구조(351)는 발광 소자에서 출사되는 광 중에서 전반사되는 광의 양을 줄여, 발광소자 패키지의 발광 효율을 향상시킨다.
도 7b는 투광층(360)이 사각형 형태로 발광 소자(330)를 에워싸도록 형성된 실시예를 나타낸다. 투광층(360)의 표면에는 줄무늬 형태의 홈으로 된 광입사 변환 구조(361)가 형성될 수 있다. 이러한 광입사 변환 구조(361)도 발광 소자에서 출사되는 광 중에서 전반사되는 광의 양을 줄여, 발광소자 패키지의 발광 효율을 향상시킨다.
도 8a 내지 도 8d는 도 5의 실시예에서 형광체층이 형성되는 실시예를 도시하는 단면도이다.
도 8a는 발광 소자(230)의 바로 위에 일정한 두께로 형광체층(245)이 형성된 실시예를 나타낸다.
도 8b는 발광 소자(230)를 덮도록 형광체층(245)이 형성된 실시예를 나타낸다.
도 8c는 투광층(250)의 중간에 형광체층(245)이 형성된 실시예를 나타낸다.
도 8d는 투광층(250)의 위에 형광체층(245)이 형성된 실시예를 나타낸다.
이러한 형광체층(245)은 발광소자 패키지에서 백색광을 구현하기 위해 황색형광물질, 녹색형광물질 및 적색형광물질을 적절하게 혼합하여 사용할 수 있다.
형광체층(245)에 포함되는 형광체로는 YAG, TAG, Silicate, Nitride, Oxynitride계 재료, YAG(Y3Al5O12:Ce3+) , TAG(Tb3Al5O12:Ce3+ ) 등의 Garnet계 형광체, (Sr,Ba,Mg,Ca)2SiO4:Eu2+의 Silicate계 형광체, SiN을 포함(예:CaAlSiN3:Eu2+)하는 Nitride계 형광체, SiON을 포함(예:Si6-xAlxOxN8-x:Eu2+ (0＜x＜6) )하는 Oxynitride계 형광체일 수 있다.
상기 형광체층(245)은 단층 또는 복수의 층으로 이루어질 수 있다.
발광소자 패키지에서 백색광을 구현하기 위한 형광체의 첨가량은 황색형광물질 > 녹색형광물질 > 적색형광물질 순으로 된다. 이러한 황색형광물질, 녹색형광물질, 적색형광물질의 조합을 갖는 예로는 YAG, silicate, nitride; silicate, silicate, nitride; YAG, oxynitride, nitride; oxynitride, oxynitride, nitride 가 있을 수 있다. 녹색형광물질은 반치폭이 50~100nm 또는 50~90nm이고, 황색형광물질은 반치폭이 50~100nm 또는 120nm 이상이고, 적색 형광물질은 반치폭이 70~120nm 또는 80~110nm 일 수 있다.
도 9a 및 도 9b는 실시예의 발광소자 패키지에서 형광층이 형성되는 다른 실시예를 도시하는 단면도이다.
도 9a는 형광체층(245)이 패턴(245')을 갖도록 형성된 실시예를 나타낸다. 이러한 패턴(245')은 형광체층(245)의 표면에 오목부 또는 돌출부 형태를 포함하여 여러가지 형태가 가능하다. 이러한 패턴(245')은 형광체층(245)을 투과하는 광의 파장을 다양하게 변화시킬 수 있게 한다.
도 9b는 형광체층(245)의 하면에만 패턴(245')이 형성되고, 상면은 편평하게 형성된 실시예를 나타낸다.
이와 같이, 형광체층(245)은 발광소자 패키지에서 위치 및 형태에 제한되지 않고 여러가지 형태로 실시 가능하다.
도 10은 실시예에 따른 발광소자 패키지의 투광층에 형성될 수 있는 여러가지 형태의 광입사 변환 구조를 도시하는 평면도이다. 도 10은 발광소자 패키지를 위에서 본 평면도로서, 다른 부분은 제외하고 투광층만 나타내었다.
광입사 변환 구조(251)는 투광층(250)의 표면에 형성되는 오목부 또는 돌출부일 수 있다. 이러한 광입사 변환 구조(251)는 줄무늬 형태로 연결될 수도 있고, 개별적으로 형성된 다수의 오목부 또는 돌출부일 수 있다.
도 10의 (a)는 투광층(250)의 표면에 세로 줄무늬 형태의 홈(251)이 형성된 상태를 나타내고, 도 10의 (b)는 투광층(250)의 표면에 가로 줄무늬 형태의 홈(251)이 형성된 상태를 나타낸다.
도 10의 (c)는 투광층(250)의 표면에 경사진 줄무늬 형태의 홈(251)이 형성된 상태를 나타내고, 도 10의 (d)는 투광층(250)의 표면에 지그재그로 된 줄무늬 형태의 홈(251)이 형성된 상태를 나타낸다.
도 10의 (e)는 투광층(250)의 표면에 곡선으로 된 줄무늬 형태의 홈(251)이 형성된 상태를 나타낸다. 도면에서는, 대략 타원형의 홈이 형성되었지만, 곡선 형태의 줄무늬라면 다른 형상도 가능하다.
도 10의 (f)는 투광층(250)의 표면에 대략 원형 또는 타원형의 다수의 돌출부 또는 오목부 형태의 광입사 변환 구조(251)가 형성된 상태를 나타낸다. 이러한 광입사 변환 구조(251)는 다각형의 돌출부 또는 오목부 형태로 될 수도 있다.
이와 같이, 투광층(250)의 표면에 형성된 여러가지 형태의 광입사 변환 구조(251)는 투광층(250)으로 비스듬하게 입사되는 광의 입사각을 줄어들게 하여, 전반사에 의해 투광층(250) 내에 갖힘으로써 대기 중으로 진행하지 못하는 광의 양을 줄여 발광소자 패키지의 발광 효율을 향상시킨다.
도 11은 다른 실시예에 따른 발광소자 패키지의 투광층에 형성될 수 있는 광입사 변환 구조를 도시하는 평면도이다.
도 11의 (a)는 투광층(250)의 표면에 세로 줄무늬 형태의 홈(251)이 형성되고, 투광층(250)의 중앙부에는 광입사 변환 구조가 형성되지 않은 상태를 나타낸다.
도 5를 참조하면, 투광층(250)의 중앙부 아래에는 발광 소자(230)가 위치하게 된다. 발광 소자(230)에서 투광층(250)을 향해 위로 출사되는 광은 경계면에 거의 수직으로 입사되므로 대부분 대기 중으로 진행하게 된다. 그러나, 발광 소자(230)에서 좌측 또는 우측으로 출사되는 광은 캐비티(C)의 경사면에 부딪혀서 투광층(250)의 경계면으로 비스듬하게 입사되므로 전반사될 확률이 높아진다. 따라서, 본 실시예에서는 전반사가 일어날 확률이 낮은 투광층(250)의 중앙부에는 광입사 변환 구조(251)를 형성하지 않고, 주변부를 중심으로 광입사 변환 구조(251)를 형성하였다. 이는 발광소자 패키지의 발광 효율을 유지하면서, 투광층(250)의 표면에 형성하는 광입사 변환 구조(251)의 수를 대폭 줄임으로써 공정을 간단하게 하고, 제작비용을 절감하는 효과가 있다.
도 11의 (b)는 투광층(250)의 표면에 타원형으로 된 줄무늬 형태의 홈이 형성되고, 투광층(250)의 중앙부에는 광입사 변환 구조가 형성되지 않은 상태를 나타낸다. 본 실시예도 투광층(250)에서 전반사가 많이 일어나는 주변부를 중심으로 광입사 변환 구조(251)를 형성하고, 상대적으로 전반사가 적게 일어나는 중앙부에는 광입사 변환 구조(251)를 형성하지 않아서, 공정을 간단하게 하고, 제작비용을 절감하는 효과를 갖는다.
상술한 바와 같이, 실시예에 따른 발광소자 패키지는 투광층에 예를 들어, 줄무늬 형태의 홈과 같은 광입사 변환 구조를 형성함으로써, 발광 소자로부터 출사되는 광 중에서 전반사에 의해 투광층 내에 갇히게 되는 광을 줄임으로써, 발광 효율을 향상시킬 수 있다.
실시 예에 따른 발광소자 패키지는 복수개가 기판 상에 배열되며, 발광 소자 패키지의 광 경로 상에 광학 부재인 도광판, 프리즘 시트, 확산 시트 등이 배치될 수 있다. 이러한 발광 소자 패키지, 기판, 광학 부재는 라이트 유닛으로 기능할 수 있다. 또 다른 실시 예는 상술한 실시 예들에 기재된 발광소자 패키지를 포함하는 표시 장치, 지시 장치, 조명 시스템으로 구현될 수 있으며, 예를 들어, 조명 시스템은 램프, 가로등을 포함할 수 있다.
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 : 발광소자 패키지
110 : 기판
120 : 리드
130 : 발광 소자
140 : 와이어
150 : 투광층
250 : 투광층
251 : 광입사 변환 구조
310 : 기판
350, 360 : 투광층
C : 캐비티
110 : 기판
120 : 리드
130 : 발광 소자
140 : 와이어
150 : 투광층
250 : 투광층
251 : 광입사 변환 구조
310 : 기판
350, 360 : 투광층
C : 캐비티
Claims (13)
- 기판;
상기 기판에 형성된 전도성의 리드;
상기 기판 상에 위치되고 상기 리드와 전기적으로 연결되는 발광 소자;
상기 발광 소자위에 위치하고 상기 발광소자로부터 발생되는 광을 투과하는 투광층;
을 포함하고,
상기 투광층에는 상기 발광 소자로부터 출사되어 상기 투광층으로 입사되는 광의 입사각을 변화시키기 위한 광입사 변환 구조를 포함하는 발광소자 패키지. - 제1항에 있어서,
상기 기판의 상면에는 소정의 각도로 기울어진 측면을 갖는 캐비티가 형성되고,
상기 발광 소자는 상기 캐비티의 바닥면에 위치되는 발광소자 패키지. - 제1항에 있어서,
상기 광입사 변환 구조는 상기 투광층의 표면에 형성된 발광소자 패키지. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 광입사 변환 구조는 상기 투광층의 표면에 형성되는 오목부 또는 돌출부를 포함하는 발광소자 패키지. - 제4항에 있어서,
상기 오목부 또는 돌출부는 상기 투광층의 표면에 직선 또는 곡선의 줄무늬 형태로 형성되는 발광소자 패키지. - 제4항에 있어서,
상기 오목부 또는 돌출부는 상기 투광층의 표면에 원형, 타원형 또는 다각형의 형태로 다수 개가 형성되는 발광소자 패키지. - 제4항에 있어서,
상기 광입사 변환 구조는 상기 투광층의 중앙부에는 형성되지 않는 발광소자 패키지. - 제1항에 있어서,
상기 투광층은 상기 발광소자로부터 발광되는 광의 파장을 다른 파장으로 변환시키는 형광체를 하나 이상 포함하는 발광소자 패키지. - 제8항에 있어서,
상기 형광체는 황색형광물질, 녹색형광물질, 적색형광물질 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 광입사 변환 구조의 위 또는 아래에 일정한 형태로 형성되는 발광소자 패키지. - 제1항에 있어서,
상기 발광 소자와 상기 투광층 사이에서 상기 발광 소자를 덮도록 형성된 형광체층;
을 더 포함하는 발광소자 패키지. - 제1항에 있어서,
상기 투광층은 에폭시 또는 실리콘을 포함하는 발광소자 패키지. - 적어도 1회 이상 교대로 적층되는 반도체층과 소정의 파장대의 광을 발광하는 활성층 및 AlGaN으로 이루어진 반도체층을 포함하는 발광 소자;
를 포함하고,
상기 발광 소자로부터 출사된 광은 투광층을 통해 대기 중으로 발산되고, 상기 투광층에는 상기 발광 소자로부터 출사되어 상기 투광층으로 입사되는 광의 입사각을 변화시키기 위한 광입사 변환 구조가 형성된 발광소자 패키지. - 제12항에 있어서,
상기 광입사 변환 구조는 상기 투광층의 표면에 형성되는 오목부 또는 돌출부를 포함하는 발광소자 패키지.
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