KR20120130847A - 발광 소자 및 발광 소자 패키지 - Google Patents
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Abstract
실시 예는 전극층, 상기 전극층 상에 배치되고, 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하는 발광 구조물, 상기 발광 구조물 상에 배치되는 전극, 및 상기 발광 구조물의 측면 상에 배치되는 제1층, 및 상기 제1층 상에 배치되는 제2층을 포함하는 분산 브래그 반사층을 포함하며, 상기 제2층은 상기 제1층보다 굴절률이 크다.
Description
본 발명은 발광 소자, 및 발광 소자 패키지에 관한 것이다.
질화갈륨(GaN)의 금속 유기화학기상 증착법 및 분자선 성장법 등의 발달을 바탕으로 고휘도 및 백색광 구현이 가능한 적색, 녹색 및 청색 LED(Light Emitting Diode)가 개발되었다.
이러한 LED은 백열등과 형광등 등의 기존 조명기구에 사용되는 수은(Hg)과 같은 환경 유해물질이 포함되어 있지 않아 우수한 친환경성을 가지며, 긴 수명, 저전력 소비특성 등과 같은 장점이 있기 때문에 기존의 광원들을 대체하고 있다. 이러한 LED 소자의 핵심 경쟁 요소는 고효율ㆍ고출력칩 및 패키징 기술에 의한 고휘도의 구현이다.
고휘도를 구현하기 위해서 광추출 효율을 높이는게 중요하다. 광 추출 효율을 높이기 위하여 플립칩(flip-chip) 구조, 표면 요철 형성(surface texturing), 요철이 형성된 사파이어 기판(patterned sapphire substrate: PSS), 광결정 (photonic crystal) 기술, 및 반사 방지막 (anti-reflection layer) 구조 등을 이용한 다양한 방법들이 연구되고 있다.
실시 예는 광 추출 효율 및 광량을 향상시킬 수 있는 발광 소자 및 발광 소자 패키지를 제공한다.
실시 예에 따른 발광 소자는 전극층, 상기 전극층 상에 배치되고, 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하는 발광 구조물, 상기 제1 도전형 반도체층 상에 배치되는 전극, 및 상기 발광 구조물의 측면에 배치되는 분산 브래그 반사층을 포함한다.
상기 분산 브래그 반사층은 상기 제1 도전형 반도체층, 상기 활성층, 및 상기 제2 도전형 반도체층 각각의 측면을 덮을 수 있다.
상기 분산 브래그 반사층은 상기 발광 구조물의 측면 상에 배치되는 제1층, 및 상기 제1층 상에 배치되는 제2층을 포함하며, 상기 제2층은 상기 제1층보다 굴절률이 클 수 있다. 상기 제1층 및 상기 제2층은 적어도 1회 이상 교대로 적층될 수 있다. 상기 제1층은 AlAs와 같은 반도체층 및 SiO2와 같은 유전체 중 어느 하나를 포함하고, 상기 제2층은 AlGaAs와 같은 반도체 층 및 TiO2와 같은 유전체층 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 전극층은 지지층, 접합층, 상기 접합층 상에 배치되는 반사층 및 상기 반사층 상에 배치되고 상기 제2 도전형 반도체층과 접촉하는 오믹층을 포함할 수 있다. 상기 분산 브래그 반사층은 상기 오믹층 및 상기 반사층의 측면을 덮을 수 있다. 상기 발광 소자는 상기 접합층의 가장 자리 영역 상에 배치되고, 상기 분산 브래그 반사층과 접촉하는 보호층을 더 포함할 수 있다.
실시 예에 따른 발광 소자 패키지는 패키지 몸체, 상기 패키지 몸체 상에 전기적으로 분리되어 배치되는 제1 금속층 및 제2 금속층, 상기 제1 금속층 및 상기 제2 금속층과 전기적으로 연결되는 발광 소자 및 상기 발광 소자를 포위하는 수지층을 포함하며, 상기 발광 소자는 전극층, 상기 전극층 상에 배치되고, 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하는 발광 구조물, 상기 제1 도전형 반도체층 상에 배치되는 전극 및 상기 발광 구조물의 측면에 배치되는 분산 브래그 반사층을 포함할 수 있다.
상기 패키지 몸체는 측면과 바닥으로 이루어지는 캐버티(cavity)를 포함하며, 상기 제1 금속층 및 상기 제2 금속층의 캐버티 바닥에 배치되고, 상기 전극층은 상기 제2 금속층에 전기적으로 연결되고, 상기 전극은 상기 제1 금속층과 전기적으로 연결될 수 있다.
실시 예는 광 추출 효율 및 광량을 향상시킬 수 있다.
도 1은 제1 실시 예에 따른 발광 소자를 나타낸다.
도 2는 제2 실시 예에 따른 발광 소자를 나타낸다.
도 3은 제3 실시 예에 따른 발광 소자를 나타낸다.
도 4는 제4 실시 예에 따른 발광 소자를 나타낸다.
도 5는 실시 예에 따른 발광 소자 패키지를 나타낸다.
도 6a는 실시 예에 따른 발광 소자 패키지를 포함하는 표시 장치를 나타낸다.
도 6b는 도 6a에 도시된 표시 장치의 광원 부분의 단면도이다.
도 7은 실시 예에 따른 발광 소자 패키지를 포함하는 조명 장치를 나타낸다.
도 2는 제2 실시 예에 따른 발광 소자를 나타낸다.
도 3은 제3 실시 예에 따른 발광 소자를 나타낸다.
도 4는 제4 실시 예에 따른 발광 소자를 나타낸다.
도 5는 실시 예에 따른 발광 소자 패키지를 나타낸다.
도 6a는 실시 예에 따른 발광 소자 패키지를 포함하는 표시 장치를 나타낸다.
도 6b는 도 6a에 도시된 표시 장치의 광원 부분의 단면도이다.
도 7은 실시 예에 따른 발광 소자 패키지를 포함하는 조명 장치를 나타낸다.
이하, 실시 예들은 첨부된 도면 및 실시 예들에 대한 설명을 통하여 명백하게 드러나게 될 것이다. 실시 예의 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 상/위 또는 하/아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다.
도면에서 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다. 또한 동일한 참조번호는 도면의 설명을 통하여 동일한 요소를 나타낸다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시 예에 따른 발광 소자, 발광 소자 패키지, 조명 장치, 및 표시 장치를 설명한다.
도 1은 제1 실시 예에 따른 발광 소자(100)를 나타낸다. 발광 소자(100)는 전극층(105), 발광 구조물(140), 전극(150), 및 분산 브래그 반사층(160)을 포함한다.
전극층(105)은 지지층(110), 접합층(115), 반사층(120), 및 오믹층(125)을 포함하며, 도 5에 도시된 발광 소자 패키지(500)의 리드 프레임(예컨대, 제2 금속층(414)과 접촉한다.
지지층(110)은 발광 구조물(140)을 지지하며, 전극(150)과 함께 발광 구조물(140)에 전원을 제공한다. 지지층(110)은 전도성이며, 예를 들어, 구리(Cu), 금(Au), 니켈(Ni), 몰리브덴(Mo), 및 구리-텅스텐(Cu-W)과 같은 금속 물질 또는 Si, Ge, GaAs, ZnO, SiC,SiGe 중 적어도 하나를 포함하는 캐리어 웨이퍼일 수 있다.
접합층(115)은 지지층(110)과 반사층 사이에 배치된다. 접합층(115)은 본딩층으로서, 반사층(120) 및 오믹층(125)에 접촉되어 반사층(120)과 오믹층(125)이 지지층(110)에 접합될 수 있도록 한다.
접합층(115)은 지지층(110)을 본딩 방식으로 접합하기 위해 형성된다. 따라서, 지지층(110)을 도금이나 증착 방법으로 형성하는 경우에는 접합층(115)은 생략될 수 있다. 접합층(115)은 베리어 금속 또는 본딩 금속 등을 포함하며, 예를 들어, Ti, Au, Sn, Ni, Cr, Ga, In, Bi, Cu, Ag 또는 Ta 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
반사층(120)은 접합층(115) 상에 형성된다. 반사층(120)은 발광 구조물(140)로부터 입사되는 광을 반사시켜 주어, 광 추출 효율을 개선시켜 줄 수 있다. 반사층(120)은 예를 들어, Ag, Ni, Al, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au, Hf 중 적어도 하나를 포함하는 금속 또는 합금으로 형성될 수 있다. 또한 반사층(120)은 금속 또는 합금과 IZO, IZTO, IAZO, IGZO, IGTO, AZO, ATO 등의 투광성 전도성 물질을 이용하여 다층으로 형성할 수 있으며, 예를 들어, IZO/Ni, AZO/Ag, IZO/Ag/Ni, AZO/Ag/Ni 등으로 적층할 수 있다.
오믹층(125)은 반사층(120) 상에 형성된다. 오믹층(125)은 발광 구조물(140)의 제2 도전형 반도체층(146)에 오믹 접촉되어 발광 구조물(140)에 전원이 원활히 공급되도록 할 수 있다.
오믹층(125)은 투광성 전도층과 금속을 선택적으로 사용할 수 있으며, 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, 및 Ni/IrOx/Au/ITO 중 하나 이상을 이용하여 단층 또는 다층으로 구현할 수 있다.
오믹층(125)은 제2 도전형 반도체층(146)에 캐리어의 주입을 원활히 하기 위한 것으로, 반드시 형성되어야 하는 것은 아니다. 예를 들어, 오믹층(125)을 따로 형성하지 않고, 반사층(120)으로 사용되는 물질은 제2 도전형 반도체층(146)과 오믹 접촉을 하는 물질로 선택할 수 있다.
발광 구조물(140)은 전극층(105) 상에 배치된다. 발광 구조물(140)은 복수의 3족 내지 5족 원소의 화합물 반도체층을 포함할 수 있다. 발광 구조물(140)은 제2 도전형 반도체층(146), 활성층(144), 및 제1 도전형 반도체층(142)이 전극층(105) 상에 배치될 수 있다. 발광 구조물(140)의 측면은 단위 칩으로 구분하는 아이솔레이션(isolation) 에칭 과정에서 경사면이 될 수 있다. 즉 발광 구조물(140)의 측면과 전극층(105)이 이루는 각도는 0°보다 크고 90°보다 작거나 같을 수 있다.
발광 구조물(140)은 복수의 3족 내지 5족 원소의 화합물 반도체층들을 포함할 수 있다. 발광 구조물(140)은 제1 도전형 반도체층(146), 제1 도전형 반도체층(146) 아래에 위치하는 활성층(144), 활성층(144) 아래에 위치하는 제2 도전형의 반도체층(142)을 포함할 수 있다. 즉 발광 구조물(140)은 오믹층(120) 상에 배치되는 제2 도전형 반도체층(142), 활성층(144), 및 제1 도전형 반도체층(146)을 포함할 수 있다.
제2 도전형 반도체층(142)은 오믹층(120) 상에 배치되며, 제2 도전형 도펀트가 도핑된 3족-5족 원소의 화합물 반도체일 수 있다. 제2 도전형 반도체층(142)은 InxAlyGa1-x-yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 재료, 예를 들어 GaN, AlN, AlGaN, InGaN, InN, InAlGaN, AlInN, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP, AlGaInP 등에서 선택될 수 있으며, Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등의 p형 도펀트가 도핑될 수 있다.
활성층(144)은 제2 도전형 반도체층(142) 상에 배치되며, 제2 도전형 반도체층(142) 및 제1 도전형 반도체층(146)으로부터 제공되는 전자(electron)와 정공(hole)의 재결합(recombination) 과정에서 발생하는 에너지에 의해 광을 생성할 수 있다. 활성층(144)은 InxAlyGa1 -x- yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 가지는 반도체 재료를 포함할 수 있다. 활성층(144)은 단일 양자 우물 구조, 다중 양자 우물 구조(MQW), 양자점 구조 또는 양자선 구조 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
제1 도전형 반도체층(146)은 활성층(144) 상에 배치되며, 제1 도전형 도펀트가 도핑된 3족-5족 원소의 화합물 반도체일 수 있다. 제1 도전형 반도체층(146)은 InxAlyGa1-x-yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 재료, 예를 들어 GaN, AlN, AlGaN, InGaN, InN, InAlGaN, AlInN, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP, AlGaInP 등에서 선택될 수 있으며, Si, Ge, Sn, Se, Te 등의 n형 도펀트가 도핑될 수 있다.
활성층(144)과 제1 도전형의 반도체층(146) 사이, 또는 활성층(144)과 제2 도전형의 반도체층(142) 사이에는 도전형 클래드층(clad layer)이 형성될 수도 있으며, 도전형 클래드층은 AlGaN계 반도체로 형성될 수 있다.
한편, 발광 구조물(140)은 제2 도전형의 반도체층(142) 아래에 제2 도전형의 반도체층과 반대의 극성을 갖는 제3 도전형의 반도체층이 배치될 수 있다. 예컨대, 제2 도전형의 반도체층이 P형일 경우, 제3 도전형의 반도체층은 N형 반도체층을 포함할 수 있다.
제1 도전형의 반도체층(146)의 상면은 광 추출 효율을 증가시키기 위해, 예를 들어, 러프니스(roughness, 170)가 형성될 수 있다. 전극(150)은 발광 구조물(140) 상에 배치된다. 전극(150)은 제1 도전형 반도체층(146) 상에 배치된다. 도 1에서는 전극(150) 하부에 위치하는 제1 도전형 반도체층(146) 표면에 러프니스(170)가 형성되는 것을 도시한다. 그러나 실시 예는 이에 한정되는 것은 아니며, 전극(150) 하부에 위치하는 제1 도전형 반도체층(146) 표면에는 러프니스가 형성되지 않을 수도 있다.
분산 브래그 반사층(160)은 발광 구조물(140)의 측면 상에 배치된다. 즉 분사 브래그 반사층(160)은 제1 도전형 반도체층(146), 활성층(144), 및 제2 도전형 반도체층(142)의 측면을 덮는다. 또한 분산 브래그 반사층(160)은 반사층(120) 및 오믹층(125) 각각의 측면을 덮을 수 있다. 또한 분산 브래그 반사층(160)은 제1 도전형 반도체층(146)의 상면의 일부 영역 상에도 배치될 수 있다.
분산 브래그 반사층(160)은 굴절률이 서로 다른 두 개의 층들(161,162)을 갖는 복층 구조일 수 있으며, 발광 소자(120)로부터 입사되는 빛을 반사시킨다. 즉 분산 브래그 반사층(160)은 제1층(161) 및 제2층(162)을 포함하며, 제2층(162)의 굴절률은 제1층(161)보다 크다. 제1층(161)은 발광 구조물(161)의 측면과 접촉하도록 배치되고, 제2층(162)은 제1층(162) 상에 배치된다.
즉 외부로부터 발광 구조물의 측면으로 입사되는 빛을 반사하기 위하여 제2층(162) 보다 상대적으로 굴절률이 작은 제1층(162)이 발광 구조물(161)의 측면으로부터 인접하여 배치될 수 있다.
제1 층(161)은 AlAs와 같은 반도체층 또는 SiO2와 같은 유전체을 포함하고, 제2층(162)은 AlGaAs와 같은 반도체층 또는 TiO2와 같은 유전체층을 포함할 수 있다. 예컨대, 분산 브래그 반사층(160)은 AlAs인 제1층(161)과 AlGaAs(162)인 제2층을 포함할 수 있다. 또한 분산 브래그 반사층(160)은 SiO2인 제1층과 TiO2인 제2층을 포함할 수 있다. 제1층 및 제2층 각각의 두께는 λ/4이고, λ은 발광 소자에서 발생하는 광의 파장일 수 있다.
일반적으로 발광 소자로부터 추출된 광이 발광 소자 주위의 반사체, 예컨대, 패키지 몸체 또는 수지층 계면에 반사되어 발광 소자의 측면으로 입사하는 빛은 발광 소자에 흡수되어 소멸되고, 이로 인하여 발광 소자의 광 추출 효율 및 발광 소자 패키지의 광량이 감소할 수 있다.
그러나 실시 예는 분산 브래그 반사층(130)을 구비함으로써, 주위로부터 발광 소자(100)의 측면으로 입사하는 광을 반사시켜 광 추출 효율 및 광량을 향상시킬 수 있다.
도 2는 제2 실시 예에 따른 발광 소자(200)를 나타낸다. 도 1에 도시된 실시 예와 동일한 부분에 대해서는 동일 부호로 처리하며, 중복 설명은 생략한다.
도 2를 참조하면, 발광 소자(200)는 전극층(105), 발광 구조물(140), 전극(150), 및 분산 브래그 반사층(160-1)을 포함한다.
분산 브래그 반사층(160-1)은 제1층(161), 제2층(162), 제3층(163), 및 제4층(164)을 포함한다. 제1층(161) 및 제3층(163) 각각은 AlAs와 같은 반도체층 또는 SiO2와 같은 유전체을 포함할 수 있다. 제2층(162) 및 제4층(164) 각각은 AlGaAs와 같은 반도체층 또는 TiO2와 같은 유전체층을 포함할 수 있다.
예컨대, 분산 브래그 반사층(160-1)은 AlAs인 제1층(161)과 제3층(163), 및 AlGaAs(162)인 제2층과 제4층(164)을 포함할 수 있다. 또한 분산 브래그 반사층(160-1)은 SiO2인 제1층(161)과 제3층(163), 및 TiO2인 제2층(162)과 제4층(164)을 포함할 수 있다. 제1층 내지 제4층들(161 내지 164) 각각의 두께는 λ/4일 수 있다.
제2 실시 예의 분산 브래그 반사층(160-1)은 제1 실시 예의 분산 브래그 반사층(160)에 비하여 반사율이 향상될 수 있어, 광량이 더 향상될 수 있다.
도 3은 제3 실시 예에 따른 발광 소자(300)를 나타낸다. 도 1에 도시된 실시 예와 동일한 부분에 대해서는 동일 부호로 처리하며, 중복 설명은 생략한다.
도 3을 참조하면, 발광 소자(300)는 전극층(105), 발광 구조물(140), 전극(150), 및 분산 브래그 반사층(160-2)을 포함한다.
분산 브래그 반사층(160-2)은 제1층(161), 제2층(162), 제3층(163), 제4층(164), 제5층(165), 및 제6층(166)을 포함한다. 제1층(161), 제3층(163), 및 제5층(165) 각각은 AlAs와 같은 반도체층 또는 SiO2와 같은 유전체을 포함할 수 있다. 제2층(162), 제4층(164), 및 제6층(166) 각각은 AlGaAs와 같은 반도체층 또는 TiO2와 같은 유전체층을 포함할 수 있다.
예컨대, 제1층(161), 제3층(163), 및 제5층(165)은 AlAs이고, 제2층(162), 제4층(164), 제6층(166)은 AlGaAs일 수 있다. 또한 제1층(161), 제3층(163), 및 제5층(165)은 SiO2이고, 제2층(162), 제4층(164), 제6층(166)은 TiO2일 수 있다. 제1층 내지 제6층들(161 내지 166) 각각의 두께는 λ/4일 수 있다.
분산 브래그 반사층(160)을 구성하는 층들의 개수는 실시 예들에 한정되는 것은 아니며, 서로 다른 적어도 두 개의 층을 적어도 3회 이상 교대로 적층한 복층 구조일 수 있다.
도 4는 제4 실시 예에 따른 발광 소자(400)를 나타낸다. 도 4를 참조하면, 발광 소자(400)는 전극층(105), 보호층(210), 발광 구조물(140), 전극(150), 및 분산 브래그 반사층(220)을 포함한다. 도 1에 도시된 실시 예와 동일한 부분에 대해서는 동일 부호로 처리하며, 중복 설명은 생략한다.
도 4를 참조하면, 보호층(210)은 전극층(105)의 가장 자리 영역 상에 배치된다. 예컨대, 보호층(210)은 접합층(115)의 가장 자리 영역 상에 배치될 수 있다. 접합층이 생략될 경우, 보호층(210)은 지지층(110)의 가장 자리 영역 상에 배치될 수 있다.
보호층(210)은 반사층(120) 및 오믹층(125) 중 적어도 하나와 접할 수 있으며, 수직 방향으로 발광 구조물(140)과 적어도 일부가 오버랩될 수 있다. 여기서 수직 방향은 전극층(105)으로부터 발광 구조물(140)로 향하는 방향일 수 있다.
보호층(210)은 발광 구조물(140)과 접합층(115) 사이의 계면이 박리되어 발광 소자(100)의 신뢰성 저하를 방지할 수 있다. 보호층(210)은 칩 분리 공정에서 발광 구조물(140)을 단위 칩으로 분리하기 위해 아이솔레이션 에칭을 실시하는 경우, 접합층(115)으로부터 발생된 파편이 제2 도전형 반도체층(146)과 활성층(120) 사이 또는 활성층(120)과 제1 도전형 반도체층(142) 사이에 부착되어 전기적 단락이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
보호층(210)은 비전도성을 갖는 물질로 형성된 비전도성 보호층일 수 있다. 비전도성 보호층은 전기 전도도가 매우 낮아 실질적으로 비전도성을 가지는 물질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 보호층(210)은 ZnO 또는 SiO2로 형성될 수 있다.
분산 브래그 반사층(220)은 발광 구조물(140)의 측면에 배치되며, 보호층(210)에 접촉한다. 보호층(210)은 분산 브래그 반사층(220)과 수직 방향으로 적어도 일 부분이 오버랩될 수 있다. 분산 브래그 반사층(220)은 제1층(211), 제2층(212), 제3층(213), 및 제4층(214)을 포함한다. 제1층(211), 제2층(212), 제3층(213), 및 제4층(214)은 제2 실시 예에서 설명한 층들(161 내지 164)과 동일할 수 있다. 분산 브래그 반사층(220)을 구성하는 층들의 개수는 제4 실시 예에 한정되는 것이 아니며, 분산 브래그 반사층(220)은 서로 다른 굴절률을 갖는 두 개의 층들을 적어도 1회 이상 교대로 적층한 구조일 수 있다.
도 5는 실시 예에 따른 발광 소자 패키지(500)를 나타낸다. 도 1 내지 도 3에 도시된 실시 예와 동일한 부분에 대해서는 동일 부호로 처리하며, 중복 설명은 생략한다.
도 5를 참조하면, 발광 소자 패키지(500)는 패키지 몸체(410), 제1 금속층(412), 제2 금속층(414), 발광 소자(420), 반사판(425), 와이어(430), 및 수지층(440)을 포함한다.
패키지 몸체(410)는 일측 영역에 측면과 바닥으로 이루어지는 캐버티(cavity)를 포함한다. 이때 캐버티의 측벽은 경사지게 형성될 수 있다. 패키지 몸체(410)는 실리콘 기반의 웨이퍼 레벨 패키지(wafer level package), 실리콘 기판, 실리콘 카바이드(SiC), 질화알루미늄(aluminum nitride, AlN) 등과 같이 절연성 또는 열전도도가 좋은 기판으로 형성될 수 있으며, 복수 개의 기판이 적층되는 구조일 수 있다. 실시 예는 상술한 몸체의 재질, 구조, 및 형상으로 한정되지 않는다.
제1 금속층(412) 및 제2 금속층(414)은 열 배출이나 발광 소자의 장착을 고려하여 서로 전기적으로 분리되도록 캐버티 바닥 상에 배치될 수 있다. 발광 소자(420)는 제1 금속층(412) 및 제2 금속층(414)과 전기적으로 연결된다. 이때 발광 소자(420)는 도 1 내지 도 3에 도시된 발광 소자들(100, 200, 및 300) 중 어느 하나일 수 있다.
예컨대, 도 1에 도시된 발광 소자(100)의 전극층(105)은 제2 금속층(414)에 전기적으로 연결되고, 전극(150)은 와이어(430)에 의하여 제1 금속층(412)과 전기적으로 연결될 수 있다.
반사판(425)은 발광 소자(100, 200, 300)에서 방출되는 빛을 소정의 방향으로 지향하도록 패키지 몸체(410)의 캐버티 측벽에 배치된다. 반사판(425)은 광반사 물질로 이루어지며, 예컨대, 금속 코팅이거나 금속 박편일 수 있다.
수지층(440)은 패키지 몸체(410)의 캐버티 내에 위치하는 발광 소자(420)를 포위하여 발광 소자(420)를 외부 환경으로부터 보호한다. 수지층(440)은 에폭시 또는 실리콘과 같은 무색 투명한 고분자 수지 재질로 이루어진다. 수지층(440)은 발광 소자(420)에서 방출된 광의 파장을 변화시킬 수 있도록 형광체가 포함될 수 있다. 발광 소자 패키지(400)는 반사 브래그 반사층(160,160-1, 또는 160-2)을 포함하는 발광 소자를 탑재할 수 있으며, 반사 브래그 반사층(160,160-1, 또는 160-2)에 의하여 발광 소자 패키지(400)의 광 추출 효율 및 광량이 향상될 수 있다.
발광 소자(420)로부터 추출된 광이 수지층(440) 계면 또는 캐비티 측벽에 의하여 반사되어 발광 소자(420)의 측면으로 입사할 수 있다. 그리고 발광 소자(420)의 측면으로 입사하는 광(401)은 발광 구조물(140)의 측면에 배치되는 분산 브래그 반사층(160,160-1, 또는 160-2)에 의하여 반사되고, 반사된 광(405)은 발광 소자 패키지 외부로 추출될 수 있다. 이로 인하여 실시 예는 발광 소자 패키지는 광 추출 효율 및 광량을 향상시킬 수 있다.
실시 예에 따른 발광 소자 패키지는 복수 개가 기판 상에 어레이되며, 발광 소자 패키지의 광 경로 상에 광학 부재인 도광판, 프리즘 시트, 확산 시트 등이 배치될 수 있다. 이러한 발광 소자 패키지, 기판, 광학 부재는 백라이트 유닛으로 기능할 수 있다.
또 다른 실시 예는 상술한 실시 예들에 기재된 발광 소자 또는 발광 소자 패키지를 포함하는 표시 장치, 지시 장치, 조명 시스템으로 구현될 수 있으며, 예를 들어, 조명 시스템은 램프, 가로등을 포함할 수 있다.
도 6a는 실시예에 따른 발광 소자 패키지를 포함하는 표시 장치를 나타내고, 도 6b는 도 6a에 도시된 표시 장치의 광원 부분의 단면도이다.
도 6a 및 도 6b를 참조하면, 표시 장치는 백라이트 유닛 및 액정 표시 패널(860), 탑 커버(Top cover, 870), 고정부재(850)를 포함한다.
백라이트 유닛은 바텀 커버(Bottom cover, 810)와, 바텀 커버(810)의 내부의 일측에 마련되는 발광 모듈(880)과, 바텀 커버(810)의 전면에 배치되는 반사판(820)과, 반사판(820)의 전방에 배치되며 발광 모듈(880)에서 발산되는 빛을 표시 장치 전방으로 안내하는 도광판(830)과, 도광판(30)의 전방에 배치되는 광학 부재(840)를 포함한다. 액정 표시 장치(860)는 광학 부재(840)의 전방에 배치되며, 탑 커버(870)는 액정 표시 패널(860)의 전방에 마련되며, 고정 부재(850)는 바텀 커버(810)와 탑 커버(870) 사이에 배치되어 바텀 커버(810)와 탑 커버(870)를 함께 고정시킨다.
도광판(830)은 발광 모듈(880)에서 방출되는 광이 면광원 형태로 출사되도록 안내하는 역할을 하고, 도광판(830)의 후방에 배치되는 반사판(820)은 발광 모듈(880)에서 방출된 광이 도광판(830)방향으로 반사되도록 하여 광 효율을 높이는 역할을 한다. 다만, 반사판(820)은 본 도면처럼 별도의 구성요소로 마련될 수도 있고, 도광판(830)의 후면이나, 바텀 커버(810)의 전면에 반사도가 높은 물질로 코팅되는 형태로 마련되는 것도 가능하다. 여기서, 반사판(820)은 반사율이 높고 초박형으로 사용 가능한 소재를 사용할 수 있고, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PolyEthylene Terephtalate; PET)를 사용할 수 있다.
그리고, 도광판(830)은 발광 모듈(880)에서 방출되는 빛을 산란시켜 그 빛이 액정 표시 장치의 화면 전영역에 걸쳐 균일하게 분포되도록 한다. 따라서, 도광판(830)은 굴절률과 투과율이 좋은 재료로 이루어지는데, 폴리메틸메타크릴레이트(PolyMethylMethAcrylate; PMMA), 폴리카보네이트(PolyCarbonate; PC), 또는 폴리에틸렌(PolyEthylene; PE) 등으로 형성될 수 있다.
그리고, 광학 부재(840)가 도광판(830)의 상부에 구비되어 도광판(830)에서 출사되는 빛을 소정 각도로 확산시킨다. 광학 부재(840)는 도광판(830)에 의해 인도된 빛을 액정 표시 패널(860) 방향으로 균일하게 조사되도록 하다.
광학 부재(840)로는 확산 시트, 프리즘 시트 또는 보호 시트 등의 광학 시트가 선택적으로 적층되거나, 마이크로 렌즈 어레이를 사용할 수도 있다. 이때, 복수 개의 광학 시트를 사용할 수도 있으며, 광학 시트는 아크릴 수지, 폴리우레탄 수지 또는 실리콘 수지 등과 같은 투명 수지로 이루어질 수 있다. 그리고, 상술한 프리즘 시트 내에 형광 시트가 포함될 수도 있음은 상술한 바와 동일하다.
그리고, 광학 부재(840)의 전면에는 액정 표시 패널(860)이 구비될 수 있다. 여기서, 액정 표시 패널(860) 외에 광원을 필요로 하는 다른 종류의 디스플레이 장치가 구비될 수 있음은 당연하다.
바텀 커버(810) 상에는 반사판(820)이 놓이게 되고, 반사판(820)의 위에는 도광판(830)이 놓이게 된다. 그리하여 반사판(820)은 방열부재(미도시)와 직접 접촉될 수도 있다. 발광 모듈(880)은 발광 소자 패키지(882) 및 인쇄회로기판(881)을 포함한다. 발광 소자 패키지(882)는 인쇄회로기판(881) 상에 실장된다. 여기서 발광 소자 패키지(881)은 도 19에 도시된 실시예일 수 있다.
인쇄회로기판(881)은 브라켓(812) 상에 접합될 수 있다. 여기서, 브라켓(812)은 발광 소자 패키지(882)의 고정 외에 열방출을 위하여 열전도율이 높은 물질로 이루어질 있고, 도시되지는 않았으나, 브라켓(812)과 발광 소자 패키지(882) 사이에는 열 패드가 구비되어 열 전달을 용이하게 할 수 있다. 그리고, 브라켓(812)는 도시된 바와 같이 'ㄴ'자 타입으로 구비되어, 가로부(812a)는 바텀 커버(810)에 의하여 지지되고, 세로부(812b)는 인쇄회로기판(881)을 고정할 수 있다.
도 7은 실시 예에 따른 발광 소자 패키지를 포함하는 조명 장치의 분해 사시도이다.
도 7을 참조하면, 실시 예에 따른 조명 장치는 광을 투사하는 광원(750)과 광원(7500)이 내장되는 하우징(700)과 광원(750)의 열을 방출하는 방열부(740) 및 광원(750)과 방열부(740)를 하우징(700)에 결합하는 홀더(760)를 포함한다.
하우징(700)은 전기 소켓(미도시)에 결합되는 소켓 결합부(710)와, 소켓 결합부(710)와 연결되고 광원(750)이 내장되는 몸체부(730)를 포함한다. 몸체부(730)에는 하나의 공기 유동구(720)가 관통하여 형성될 수 있다.
하우징(700)의 몸체부(730) 상에 복수 개의 공기 유동구(720)가 구비되며, 공기 유동구(720)는 하나이거나, 복수 개일 수 있다. 공기 유동구(720)는 몸체부(730)에 방사상으로 배치되거나 다양한 형태로 배치될 수 있다.
광원(750)은 기판(754) 상에 구비되는 복수 개의 발광 소자 패키지(752)를 포함한다. 기판(754)은 하우징(700)의 개구부에 삽입될 수 있는 형상일 수 있으며, 후술하는 바와 같이 방열부(740)로 열을 전달하기 위하여 열전도율이 높은 물질로 이루어질 수 있다. 복수 개의 발광 소자 패키지는 상술한 실시 예들 중 어느 하나일 수 있다.
광원(750)의 하부에는 홀더(760)가 구비되며, 홀더(760)는 프레임 및 다른 공기 유동구를 포함할 수 있다. 또한, 도시되지는 않았으나 광원(750)의 하부에는 광학 부재가 구비되어 광원(750)의 발광 소자 패키지(752)에서 투사되는 빛을 확산, 산란 또는 수렴시킬 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.
105: 전극층 110: 지지층,
115: 접합층 120: 반사층
125: 오믹층 130: 보호층
140: 발광 구조물 142: 제2 도전형 반도체층
144: 활성층 146: 제1 도전형 반도체층
150: 전극 160,1160-1,160-2: 분산 브래그 반사층
170: 러프니스 패턴 410: 패키지 몸체
412: 제1 금속층 414: 제2 금속층
420: 발광 소자 425: 반사판
430: 와이어 440: 수지층.
115: 접합층 120: 반사층
125: 오믹층 130: 보호층
140: 발광 구조물 142: 제2 도전형 반도체층
144: 활성층 146: 제1 도전형 반도체층
150: 전극 160,1160-1,160-2: 분산 브래그 반사층
170: 러프니스 패턴 410: 패키지 몸체
412: 제1 금속층 414: 제2 금속층
420: 발광 소자 425: 반사판
430: 와이어 440: 수지층.
Claims (9)
- 전극층;
상기 전극층 상에 배치되고, 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하는 발광 구조물;
상기 발광 구조물 상에 배치되는 전극; 및
상기 발광 구조물의 측면 상에 배치되는 제1층, 및 상기 제1층 상에 배치되는 제2층을 포함하는 분산 브래그 반사층을 포함하며,
상기 제2층은 상기 제1층보다 굴절률이 큰 발광 소자. - 제1항에 있어서, 상기 분산 브래그 반사층은,
상기 제1 도전형 반도체층, 상기 활성층, 및 상기 제2 도전형 반도체층 각각의 측면을 덮는 발광 소자. - 제1항에 있어서,
상기 제1층 및 상기 제2층은 적어도 1회 이상 교대로 적층되는 발광 소자. - 제3항에 있어서,
상기 제1층은 AlAs와 같은 반도체층 및 SiO2와 같은 유전체 중 어느 하나를 포함하고,
상기 제2층은 AlGaAs와 같은 반도체 층 및 TiO2와 같은 유전체층 중 어느 하나를 포함하는 발광 소자. - 제1항에 있어서, 상기 전극층은,
지지층;
접합층;
상기 접합층 상에 배치되는 반사층; 및
상기 반사층 상에 배치되고, 상기 제2 도전형 반도체층과 접촉하는 오믹층을 포함하는 발광 소자. - 제5항에 있어서, 상기 분산 브래그 반사층은,
상기 오믹층 및 상기 반사층의 측면을 덮는 발광 소자. - 제5항에 있어서,
상기 접합층의 가장 자리 영역 상에 배치되고, 상기 분산 브래그 반사층과 접촉하는 보호층을 더 포함하는 발광 소자. - 패키지 몸체;
상기 패키지 몸체 상에 전기적으로 분리되어 배치되는 제1 금속층 및 제2 금속층;
상기 제1 금속층 및 상기 제2 금속층과 전기적으로 연결되는 발광 소자; 및
상기 발광 소자를 포위하는 수지층을 포함하며,
상기 발광 소자는,
전극층;
상기 전극층 상에 배치되고, 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하는 발광 구조물;
상기 발광 구조물 상에 배치되는 전극; 및
상기 발광 구조물의 측면 상에 배치되는 제1층, 및 상기 제1층 상에 배치되는 제2층을 포함하는 분산 브래그 반사층을 포함하며,
상기 제2층은 상기 제1층보다 굴절률이 큰 발광 소자 패키지. - 제8항에 있어서,
상기 패키지 몸체는 측면과 바닥으로 이루어지는 캐버티(cavity)를 포함하며,
상기 제1 금속층 및 상기 제2 금속층의 캐버티 바닥에 배치되고,
상기 전극층은 상기 제2 금속층에 전기적으로 연결되고,
상기 전극은 상기 제1 금속층과 전기적으로 연결되는 발광 소자 패키지.
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