KR20130051755A

KR20130051755A - 발광 소자 및 이를 구비한 조명 장치

Info

Publication number: KR20130051755A
Application number: KR1020110117085A
Authority: KR
Inventors: 이건교; 도형석
Original assignee: 엘지이노텍 주식회사
Priority date: 2011-11-10
Filing date: 2011-11-10
Publication date: 2013-05-21
Also published as: KR101901835B1

Abstract

실시 예에 따른 발광 소자는, 제2도전형 반도체층; 상기 제2도전형 반도체층 위에 제1도전형 반도체층; 상기 제1도전형 반도체층과 상기 제2도전형 반도체층 사이에 활성층을 포함하는 발광 구조물; 상기 제1도전형 반도체층의 상면 영역 중 제1영역 위에 배치된 제1전극; 상기 발광 구조물의 아래에 복수의 전도층을 갖는 제2전극층; 상기 제1도전형 반도체층의 위에서 상기 제1전극의 둘레에 배치된 제1형광체층; 및 상기 제1도전형 반도체층의 위에 상기 제1형광체층의 적어도 한 측면과 접촉되게 배치된 제1확산층을 포함한다.

Description

발광 소자 및 이를 구비한 조명 장치{LIGHT EMITTING DEVICE AND LIGHTING APPARATUS}

실시예는 발광소자 및 조명 장치에 관한 것이다.

발광 다이오드(Light Emitting Diode: LED)는 전류를 빛으로 변환시키는 발광소자이다. 최근 발광 다이오드는 휘도가 점차 증가하게 되어 디스플레이용 광원, 자동차용 광원 및 조명용 광원으로 사용이 증가하고 있다.

최근에는 청색 또는 녹색 등의 단파장 광을 생성하여 풀 컬러 구현이 가능한 고출력 발광 칩이 개발된바 있다. 이에, 발광 칩으로부터 출력되는 광의 일부를 흡수하여 광의 파장과 다른 파장을 출력하는 형광체를 발광 칩 상에 도포함으로써, 다양한 색의 발광 다이오드를 조합할 수 있으며 백색 광을 발광하는 발광 다이오드도 구현이 가능하다.

실시 예는 발광 구조물의 상면 영역에 확산층과 형광체층을 배치한 발광 소자 및 이를 구비한 조명 장치를 제공한다.

실시 예는 발광 구조물의 상면 영역에 접촉된 형광체층과 상기 형광체층의 둘레에 배치된 확산층을 포함하는 발광 소자 및 이를 구비한 조명 장치를 제공한다.

실시 예는 복수의 발광 소자 사이의 암부 영역을 제거할 수 있는 조명 장치를 제공할 수 있다.

실시 예에 따른 조명 장치는, 복수의 발광 소자; 및 상기 복수의 발광 소자가 배열된 기판을 포함하며, 상기 복수의 발광 소자 간의 간격은 50㎛-100㎛ 범위로 형성되며,

상기 각 발광 소자는, 제2도전형 반도체층; 상기 제2도전형 반도체층 위에 제1도전형 반도체층; 상기 제1도전형 반도체층과 상기 제2도전형 반도체층 사이에 활성층을 포함하는 발광 구조물; 상기 제1도전형 반도체층의 상면 영역 중 제1영역 위에 배치된 제1전극; 상기 발광 구조물의 아래에 복수의 전도층을 갖는 제2전극층; 상기 제1도전형 반도체층 위에서 상기 제1전극의 둘레에 배치된 제1형광체층; 및 상기 제1도전형 반도체층의 위에 상기 제1형광체층의 적어도 한 측면과 접촉되게 배치된 제1확산층을 포함한다.

실시예는 발광 소자의 영역 외측으로 방출되는 광량을 개선시켜 줄 수 있다.

실시예는 복수의 발광 소자 사이의 암부 영역을 제거할 수 있어, 조명 장치의 색 분포의 균일도를 개선시켜 줄 수 있다.

실시 예는 발광 소자 및 이를 구비한 조명 장치의 신뢰성을 개선시켜 줄 수 있다.

도 1은 제1실시 예에 따른 발광소자의 단면도이다.
도 2는 도 1의 발광 소자의 평면도이다.
도 3은 도 1의 발광 소자의 평면도로서, 확산층의 다른 예를 나타낸 도면이다.
도 4는 도 1의 발광 소자의 평면도로서, 확산층의 또 다른 예를 나타낸 도면이다.
도 5 및 도 6은 도 1의 발광 소자를 갖는 발광 모듈을 나타낸 도면이다.
도 7은 제2실시 예에 따른 발광 소자의 측 단면도이다.
도 8은 제3실시 예에 따른 발광 소자의 측 단면도이다.
도 9는 제4실시 예에 따른 발광 소자의 측 단면도이다.
도 10은 실시 예에 따른 발광 소자를 갖는 표시 장치를 나타낸 도면이다.
도 11은 실시 예에 따른 발광 소자를 갖는 표시 장치의 다른 예를 나타낸 도면이다.
도 12는 실시 예에 따른 발광 소자를 갖는 조명장치를 나타낸 도면이다.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 실시예에 대해서 상세하게 설명한다. 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 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 제1실시예에 따른 발광소자의 측 단면도이다.

도 1을 참조하면, 발광 구조물(120), 제1전극(181), 형광체층(151), 확산층(155), 전류 블록킹층(161), 보호층(163), 복수의 전도층(165,167,169)을 갖는 제2전극층(170) 및 지지부재(173)를 포함한다.

발광 구조물(120)은 복수의 화합물 반도체층을 포함하며, 예를 들면 제1도전형 반도체층(117), 활성층(121), 제2도전형 클래드층(123) 및 제2도전형 반도체층(125)을 포함한다.

상기 발광 구조물(120)의 화합물 반도체층은 도시되지 않는 성장 기판을 이용하여 성장될 수 있다. 상기의 성장 기판은 투광성, 절연성 또는 도전성 기판을 이용할 수 있으며, 예컨대, 사파이어(Al₂O₃), SiC, Si, GaAs, GaN, ZnO, Si, GaP, InP, Ge, Ga₂O₃, LiGaO₃ 중 적어도 하나를 이용할 수 있다. 상기 화합물 반도체층의 성장 장비는 전자빔 증착기, PVD(physical vapor deposition), CVD(chemical vapor deposition), PLD(plasma laser deposition), 이중형의 열증착기(dual-type thermal evaporator) 스퍼터링(sputtering), MOCVD(metal organic chemical vapor deposition) 등에 의해 형성할 수 있으며, 이러한 장비로 한정하지는 않는다.

상기 제1도전형 반도체층(117)은 반도체 화합물로 형성될 수 있다. 3족-5족, 2족-6족 등의 화합물 반도체로 구현될 수 있으며, 제1 도전형 도펀트가 도핑될 수 있다. 상기 제1도전형 반도체층(117)은 예컨대 In_xAl_yGa₁ _-x- _yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 재료로 형성될 수 있다. 상기 제1도전형 반도체층(117)이 n형 반도체층인 경우, 상기 제1도전형의 도펀트는 n형 도펀트로서, Si, Ge, Sn, Se, Te를 포함한다.

상기 제1도전형 반도체층(117)은 서로 다른 제1층과 제2층이 교대로 배치된 초격자 구조로 형성될 수 있으며, 상기 제1층과 제2층의 두께는 수 Å 이상으로 형성될 수 있다.

상기 제1도전형 반도체층(117)의 상면에는 요철 또는 러프니스와 같은 광 추출 구조(117A)로 형성될 수 있다. 상기 제1도전형 반도체층(117)의 상면의 제1영역에는 제1전극(181)이 형성된다. 상기 발광 구조물(120)과 형광체층(151) 사이에는 투광성 전극층이 배치될 수 있으며, 상기 투광성 전극층은 전류를 확산시켜 줄 수 있고, 광의 방출 효율을 개선시켜 줄 수 있다.

상기 제1도전형 반도체층(117)과 활성층(121) 사이에는 제1도전형 클래드층이 형성될 수 있다. 상기 제1도전형 클래드층은 GaN계 반도체로 형성될 수 있으며, 그 밴드 갭은 상기 활성층(121)의 장벽층의 밴드 갭 이상으로 형성될 수 있다. 이러한 제1도전형 클래드층은 캐리어를 구속시켜 주는 역할을 한다. 또한, 상기 제1 도전형 클래드층은 n형 또는 p형으로 도핑될 수 있다.

상기 제1도전형 반도체층(117) 아래에는 활성층(121)이 형성된다. 상기 활성층(121)은 단일 우물 구조, 다중 우물 구조, 단일 양자 우물, 다중 양자 우물(MQW), 양자 선, 양자 점 구조 중 적어도 하나로 형성될 수 있다. 상기 활성층(121)은 우물층/장벽층이 교대로 배치되며, 상기 우물층/장벽층의 주기는 예컨대, InGaN/GaN, AlGaN/GaN, AlGaN/InGaN, InGaN/InGaN, 또는 InAlGaN/InAlGaN의 적층 구조를 이용하여 2~30주기로 형성될 수 있다.

상기 활성층(121) 아래에는 제2도전형 클래드층(123)이 배치되며, 상기 제2도전형 클래드층(123)은 활성층(121)의 장벽층의 밴드 갭보다 더 높은 밴드 갭을 갖는 물질 예를 들면, GaN계열의 반도체층을 포함한다. 상기 제2도전형 클래드층(123)은 상기 활성층(121)과 제2도전형 반도체층(125) 사이에서 전자 장벽층으로 기능할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 또한, 상기 제2 도전형 클래드층(123)은 n형 또는 p형으로 도핑될 수 있다.

한편, 상기 제2도전형 클래드층(123) 아래에는 제2도전형 반도체층(125)이 형성되며, 상기 제2도전형 반도체층(125)은 반도체 화합물로 형성될 수 있다. 3족-5족, 2족-6족 등의 화합물 반도체로 구현될 수 있으며, 제2 도전형 도펀트가 도핑될 수 있다. 상기 제2도전형 반도체층(125)은 예컨대, GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN 등과 같은 화합물 반도체 중 어느 하나로 이루어질 수 있다. 상기 제2도전형 반도체층(125)이 p형 반도체층인 경우, 상기 제2도전형 도펀트는 p형 도펀트로서, Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등을 포함할 수 있다.

발광 구조물(120)의 층들의 전도성 타입은 반대로 형성될 수 있으며, 예컨대 상기 제2도전형의 반도체층들(123,125)은 n형 반도체층, 상기 제1도전형의 반도체층(117)은 p형 반도체층으로 구현될 수 있다. 또한 상기 제2도전형 반도체층(125) 아래에는 상기 제2도전형과 반대의 극성을 갖는 제3도전형 반도체층인 n형 반도체층이 더 형성할 수도 있다. 상기 발광소자(100)는 상기 제1도전형 반도체층(117), 활성층(121), 제2도전형 클래드층(123) 및 상기 제2도전형 반도체층(125)을 발광 구조물(120)로 정의될 수 있으며, 상기 발광 구조물(120)은 n-p 접합 구조, p-n 접합 구조, n-p-n 접합 구조, p-n-p 접합 구조 중 어느 한 구조로 구현할 수 있다. 상기 n-p 및 p-n 접합은 2개의 층 사이에 활성층이 배치되며, n-p-n 접합 또는 p-n-p 접합은 3개의 층 사이에 적어도 하나의 활성층을 포함하게 된다.

상기 제2도전형 반도체층(125)와 제2전극층(170) 사이에는 보호층(163) 및 전류 블록킹층(161)이 배치되며, 상기 보호층(163), 전류 블록킹층(161) 및 제2도전형 반도체층(125) 아래에는 오믹 접촉층(165)이 형성된다. 상기 전류 블록킹층(161)은 절연물질 또는 상기 제2 도전형 반도체층(125) 보다 전기 전도성이 낮은 물질로 형성될 수 있으며, 예를 들어 SiO₂, SiO_x, SiO_xN_y, Si₃N₄, Al₂O₃, TiO₂ 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 상기 보호층(163) 사이에 적어도 하나가 형성될 수 있다.

상기 보호층(163)은 상기 제2도전형 반도체층(125)의 하면 에지를 따라 형성되며, 루프 형상 또는 프레임 형상으로 형성될 수 있다. 상기 보호층(163)은 투광층 예컨대, ITO, IZO, IZTO, IAZO, IGZO, IGTO, AZO, ATO, SiO₂, SiO_x, SiO_xN_y,Si₃N₄, Al₂O₃, TiO₂ 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 보호층(163)은 금속으로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.

상기 발광 구조물(120)의 측벽보다 외측에는 보호층(163)의 외측부가 노출되며, 상기 보호층(163)의 내측부는 상기 발광 구조물(120) 예를 들면, 제2도전형 반도체층(125)의 하면에 접촉될 수 있다.

상기 제2도전형 반도체층(125) 아래에는 제2전극층(170)이 배치된다. 상기 제2전극층(170)은 오믹 접촉층(165), 반사층(167) 및 본딩층(169)을 포함한다.

상기 제2전극층(170)은 오믹 접촉층(165), 반사층(167), 및 본딩층(169)을 포함한다. 상기 오믹 접촉층(165)은 반도체와의 오믹 특성을 향상 시킬 수 있는물질로 형성될 수 있으며, 예를들어, ITO, IZO, IZTO, IAZO, IGZO, IGTO, AZO, ATO 등과 같은 저 전도성 물질이거나 Ni, Ag의 금속을 이용할 수 있다. 상기 오믹 접촉층(165) 아래에 반사층(167)이 형성되며, 상기 반사층(167)은 반사성이 높은 금속으로 형성될 수 있으며, 예를 들면 Ag, Ni, Al, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au, Hf 및 그 조합으로 구성된 그룹으로부터 선택된 물질로 이루어진 적어도 하나의 층을 포함하는 구조로 형성될 수 있다. 상기 반사층(167)은 상기 제2도전형 반도체층(125) 아래에 접촉될 수 있으며, 금속으로 오믹 접촉하거나 ITO와 같은 저 전도 물질로 오믹 접촉할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 또한 상기 반사층은(167)은 굴절률이 다른 복수의 절연물질로 형성될 수 있다.

상기 반사층(167) 아래에는 본딩층(169)이 형성되며, 상기 본딩층(169)은 베리어 금속 또는 본딩 금속으로 사용될 수 있으며, 그 물질은 예를 들어, Ti, Au, Sn, Ni, Cr, Ga, In, Bi, Cu, Ag 및 Ta와 선택적인 합금 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.

상기 본딩층(169) 아래에는 지지 부재(173)가 형성되며, 상기 지지 부재(173)는 전도성 부재로 형성될 수 있으며, 그 물질은 구리(Cu-copper), 금(Au-gold), 니켈(Ni-nickel), 몰리브덴(Mo), 구리-텅스텐(Cu-W), 캐리어 웨이퍼(예: Si, Ge, GaAs, ZnO, SiC 등)와 같은 전도성 물질로 형성될 수 있다. 상기 지지부재(173)는 다른 예로서, 전도성 시트로 구현될 수 있다.

이에 따라 발광 구조물(120) 위에 제1전극(181) 및 아래에 지지 부재(173)를 갖는 수직형 발광 소자가 제조될 수 있다.

상기 제1도전형 반도체층(117)의 상면 영역 중 제1영역의 둘레에는 형광체층(151)이 배치되고, 상기 형광체층(151)의 적어도 한 측면에 확산층(155)이 배치된다. 상기 형광체층(151)은 구멍(152)을 구비하고, 상기 구멍(152)에는 제1전극(181)이 배치된다.

상기 제1전극(181)과 확산층(155) 사이에는 상기 형광체층(151)이 배치되며, 상기 확산층(155)은 상기 형광체층(151)의 적어도 한 측면에 접촉될 수 있다. 다른 예로서, 상기 확산층(155)은 상기 형광체층(151)의 외 측면과 접촉하지 않을 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.

상기 형광체층(151)은 투광성 수지층 내에 형광체가 첨가된다. 상기 투광성 수지층은 실리콘 또는 에폭시와 같은 물질을 포함한다. 상기 형광체는 예를 들어, YAG, TAG, Silicate, Nitride, Oxy-nitride 계 물질 중에서 선택적으로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 형광체는 적색 형광체, 황색 형광체, 녹색 형광체 중 적어도 하나를 포함하며, 상기 활성층(121)로부터 방출된 광의 일부를 여기시켜 다른 파장으로 발광하게 된다. 또한 형광체에 도핑되는 성분비율에 따라서 다양한 컬러의 광을 발광할 수 있으며, 예컨대 도핑 물질은 예를 들어, Sr, Cl, Si, N, Al, Y, O, Ba, Ta등의 원소 또는 화합물이 될 수 있다. 상기 활성층(121)에서는 청색 피크 파장의 광 예컨대, 430nm~460nm을 방출하며, 상기 형광체층(151)은 황색 계열의 광을 발광하게 되며, 예컨대 550nm~590nm 사이의 광을 발광하거나, 녹색 계열의 광 예컨대, 500~700nm 사이의 광을 발광할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.

상기 확산층(155)은 투광층 내에 확산제가 첨가되며, 상기 투광층은 예를 들어, 에폭시, 실리콘, 변형 실리콘, 우레탄수지, 옥세탄수지, 아크릴, 폴리카보네이트, 및 폴리이미드 중 어느 하나를 포함하며, 상기 확산제는 아크릴수지, 스티렌수지, 실리콘수지, 합성실리카, 글래스비드, 산화알루미늄(Al₂0₃), 산화실리콘(SiO₂), 산화티타늄(TiO₂), 산화아연(ZnO), 황산바륨(BaSO₄), 탄산칼슘(CaCO₃), 탄산마그네슘(MgCO₃), 수산화알루미늄(Al(OH)₃), 클레이 중 적어도 하나를 포함한다. 상기 확산층(155)은 유리에 상기에 개시된 확산제가 첨가될 수 있다.

상기 형광체층(151)의 두께는 100㎛ 이하, 예컨대 40㎛-50㎛ 범위로 형성될 수 있으며, 상기 확산층(155)의 두께(T1)는 상기 형광체층(151)의 두께 이상으로 형성되거나, 100㎛이하 예컨대 40㎛-60㎛ 범위로 형성될 수 있다. 상기 확산층(155)의 두께(T1)가 상기 형광체층(151)의 두께보다 더 두껍게 배치됨으로써, 상기 확산층(155)으로 입사되는 광량이 증가될 수 있어, 발광 소자(100)의 측 방향으로 방출되는 광량은 개선될 수 있다. 또한 상기 형광체층(151)은 상기 제1전극(181)의 두께보다 더 두껍게 형성될 수 있다. 여기서, 상기 제1전극(181)의 두께는 발광 구조물(120)의 두께 방향의 길이가 된다. 상기 확산층(155)은 상기 형광체층(151)보다 1-20㎛로 더 두껍게 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.

상기 확산층(155)의 너비(T2) 즉, 상면 너비는 1㎛ 이상으로서, 20㎛~200㎛ 범위로 형성될 수 있다. 상기 확산층(155)의 상면 면적은 상기 형광체층(151)의 상면 면적을 고려하여 형성될 수 있으며, 상기 형광체층(151)의 상면 면적보다 작거나, 상기 형광체층(151)의 상면 면적의 1/3 이하로 형성될 수 있다. 상기 확산층(155)은 상기 형광체층(151)의 둘레에 접촉됨으로써, 상기 형광체층(151)의 둘레가 벗겨지는 것을 방지할 수 있다.

상기 확산층(155)의 굴절률은 상기 형광체층(151)의 굴절률과 동일한 굴절률로 형성되거나, 상기 형광체층(151)의 굴절률보다 낮은 굴절률 예컨대, 0.1 이상의 굴절률 차이로 낮게 형성될 수 있다.

상기 확산층(155)와 상기 형광체층(151)의 하면은 제1도전형 반도체층(117)의 광 추출 구조(117A)에 의해 요철로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.

상기 형광체층(151)과 상기 확산층(155)의 위에는 투광성 수지층 및 투명 렌즈 중 적어도 하나가 더 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.

수직형 발광 소자의 광 특성이 발광 구조물(120)의 수직 방향으로 전체 광의 60%~70%가 방출되므로, 발광 소자의 둘레 영역에서 광도가 낮아 암부가 발생될 수 있다. 실시 예는 확산층(155)이 발광 구조물(120)의 상면 에지 영역에 배치되므로, 발광 소자의 둘레 영역에서의 광도를 개선시켜 주어, 암부 발생을 방재할 수 있다.

도 2는 도 1의 발광 소자의 평면도이다.

도 2를 참조하면, 제1전극(181)의 둘레에는 형광체층(151)이 배치되며, 상기 형광체층(151)은 상기 제1전극(181)에 접촉되거나, 이격될 수 있다. 상기 형광체층(151)의 둘레에는 확산층(155)이 배치된다. 상기 확산층(155)은 상기 형광체층(151)의 외 측면을 커버하게 되며, 상기 형광체층(151) 및 발광 구조물을 통해 입사되는 광을 확산시켜 주어, 발광 소자의 외측 방향으로 방출시켜 준다. 상기 확산층(155)의 상면 너비는 일정한 너비로 형성되거나, 불규칙한 너비로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.

도 3은 도 1의 발광 소자의 평면도의 다른 예를 나타낸 도면이다.

도 3을 참조하면, 복수의 확산층(155)은 상기 형광체층(151)의 양 측면에 각각 배치되며, 서로 마주보게 형성될 수 있다. 상기 확산층(155)의 길이는 상기 형광체층(151)의 길이와 같거나, 상기 형광체층(151)의 길이보다 더 길게 형성될 수 있다. 여기서, 상기 확산층(155)의 길이 방향은 상기 형광체층(151)의 측면 길이 방향과 대응되는 방향이 될 수 있다. 상기 확산층(155)이 상기 형광체층(151)의 양측에 배치됨으로써, 발광 소자를 상기 복수의 확산층(155)의 중심을 지나는 방향으로 미리 설정된 간격으로 이격시켜 1열로 배열될 경우, 상기 확산층(155)에 의해 인접한 발광 소자 사이의 암부를 제거할 수 있다.

도 4는 도 1의 발광 소자의 평면도의 또 다른 예를 나타낸 도면이다.

도 4를 참조하면, 확산층(155)은 외측인 제1측면(S2)과, 상기 형광체층(151)과 접촉되는 제2측면(S3) 중 어느 하나 또는 양 측면 모두가 요철로 형성될 수 있다. 실시 예는 상기 형광체층(151)과 접촉되는 확산층(155)의 제2측면(S3)이 요철로 형성된 예로 도시하였으며, 상기 확산층(155)의 제2측면(S3)이 요철로 형성됨으로써, 형광체층(151)과의 접촉 면적이 증가될 수 있으며, 상기 형광체층(151)의 지지를 더 강화시켜 줄 수 있고, 상기 확산층(155)으로의 입사 광량은 더 증가될 수 있다. 또한 상기 확산층(155)의 상면(S1)이 요철로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.

도 5 및 도 6을 참조하면, 발광 모듈은 기판(111) 및 상기 기판(111) 위에 복수의 발광 소자(100)가 배치된다. 상기 기판(111)은 수지 계열의 인쇄회로기판(PCB: Printed Circuit Board), 메탈 코아(Metal Core) PCB, 연성(Flexible) PCB, 세라믹 PCB, FR-4 기판 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 상기 복수의 발광소자(100)는 제1간격(D1)으로 이격되며, 상기 제1간격(D1)은 인접한 발광 소자(100) 사이의 영역에 암부가 발생되지 않는 거리로서, 100㎛ 이하 예컨대 50㎛-100㎛ 범위로 형성될 수 있다. 또한 인접한 발광 구조물(120) 간은 제2간격(D2)로 이격되며, 상기 제2간격(D2)은 상기 제1간격(D1)보다는 좁은 간격으로서 예컨대, 50㎛-100㎛ 범위로 형성될 수 있다.

복수의 발광 소자(100)는 도 5와 같이 하나의 열로 배열될 수 있고, 도 6과 같이 매트릭스 구조로 배열될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.

도 5 및 도 6과 같이, 인접한 발광 구조물(120)의 상부 둘레에 확산층(155)을 배치함으로써, 인접한 발광 소자(100) 사이의 영역에서의 암부 발생을 제거할 수 있다. 이는 고 선명의 조명 장치와 같은 기구 내에서의 광의 균일도를 개선시켜 줄 수 있다. 또한 확산층(155)을 갖는 발광 소자(100)를 배열 간격을 더 늘려줄 수 있는 효과가 있다.

도 7은 제2실시 예에 따른 발광 소자의 측 단면도이다. 제2실시 예를 설명함에 있어서, 제1실시 예와 동일한 부분에 대해서는 동일 부호로 처리하며, 중복 설명은 제1실시 예를 참조하기로 한다.

도 7을 참조하면, 발광 소자(102)는 확산층(155)의 상면(S1)과 제1측면(S2) 사이에는 상기 제1측면(S2)에 대해 경사진 면(S4)이나 곡면이 형성될 수 있다. 상기 경사진 면(S4)의 경사 각도는 상기 제1측면(S2)에 대해 120도 내지 160도의 각도로 형성될 수 있다. 상기 확산층(155)은 상면 두께가 하부 두께보다 더 얇게 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 이러한 확산층(155)의 외 측면이 서로 다른 평면(S2,S4)을 갖도록 배치됨으로써, 사이드 방향으로의 광 추출 효율이 개선될 수 있다.

도 8은 제3실시 예에 따른 발광 소자의 측 단면도이다. 제3실시 예를 설명함에 있어서, 제1실시 예와 동일한 부분에 대해서는 동일 부호로 처리하며, 중복 설명은 제1실시 예를 참조하기로 한다.

도 8을 참조하면, 발광 소자(103)는 발광 구조물(120)의 상면 에지 영역인 형광체층(151)의 외측 둘레에 제1확산층(155)이 배치되고, 상기 제1전극(181)과 상기 형광체층(151) 사이에 제2확산층(156)이 배치된다. 상기 제1확산층(155)과 상기 제2확산층(156)은 동일한 물질로 형성되거나, 서로 다른 물질로 형성될 수 있다. 예컨대, 상기 제1확산층(155)과 상기 제2확산층(156) 각각은 투광층 내에 확산제가 첨가되며, 상기 투광층은 에폭시, 실리콘, 변형 실리콘, 우레탄수지, 옥세탄수지, 아크릴, 폴리카보네이트, 및 폴리이미드 중 어느 하나를 포함하며, 상기 확산제는 아크릴수지, 스티렌수지, 실리콘수지, 합성실리카, 글래스비드, 산화알루미늄(Al₂0₃), 산화실리콘(SiO₂), 산화티타늄(TiO₂), 산화아연(ZnO), 황산바륨(BaSO₄), 탄산칼슘(CaCO₃), 탄산마그네슘(MgCO₃), 수산화알루미늄(Al(OH)₃), 클레이 중 적어도 하나를 포함한다. 상기 제1 및 제2 확산층(155,156)은 유리에 상기에 개시된 확산제가 첨가될 수 있다.

또한 상기 제1확산층(155)은 상기 발광 구조물(120)의 적어도 한 측면에 더 형성될 수 있어, 발광 구조물(120)의 측 방향으로 노출되는 광을 확산시켜 줄 수 있다.

도 9는 제4실시 예에 따른 발광 소자의 측 단면도이다. 제4실시 예를 설명함에 있어서, 제1실시 예와 동일한 부분에 대해서는 동일 부호로 처리하며, 중복 설명은 제1실시 예를 참조하기로 한다.

도 9를 참조하면, 발광 소자(104)는 제1형광체층(153)과 상기 제1형광체층(153) 위에 제2형광체층(154) 및 확산층(155A)이 배치된다.

상기 제1형광체층(153)의 표면 면적은 상기 제2형광체층(154)의 면적보다 더 넓게 형성될 수 있다. 상기 제1형광체층(153)의 상면부(153A)는 상기 발광 구조물(120)과 상기 제2형광체층(154) 사이에 배치되며, 그 측면부(153B)는 상기 발광 구조물(120)의 측면에 형성될 수 있다. 상기 제2형광체층(153)의 측면부(153B)는 발광 구조물(120)의 측면에 더 형성됨으로써, 상기 활성층(121)으로부터 방출된 광을 여기시켜 발광할 수 있다.

여기서, 상기 제1형광체층(153)과 상기 제2형광체층(154)의 면적을 달리함으로써, 각 형광체층(153,154)의 광 분포를 미세하게 조절할 수 있다.

상기 제1형광체층(153)의 상면 둘레에 확산층(155A)이 배치된다. 상기 확산층(155A)은 상기 제2형광체층(154)의 적어도 한 측면 또는 모든 측면에 배치될 수 있어, 발광 소자(104)에서 외측 영역의 광도 개선 및 암부 발생을 방지할 수 있다. 상기 확산층(155A)의 상면은 상기 제2형광체층(154)의 상면보다 더 돌출되게 배치될 수 있으며, 예컨대 1㎛-20㎛ 범위로 돌출될 수 있다.

상기의 확산층(155A)은 상기 발광 구조물(120)의 상면으로부터 이격될 수 있고, 상기 발광 구조물(120)의 측면을 연장한 선상보다 더 외측에 배치될 수 있다. 이는 발광 구조물(120)의 상면과 오버랩되지 않는 영역에 확산층(155A)을 배치함으로써, 발광 구조물(120)에서 수직 상 방향으로 방출되는 광량에 영향을 주지 않고, 발광 소자(104)의 외측 영역에서의 광도 개선 및 암부 발생을 방지할 수 있다.

실시예에 따른 발광 소자들은 조명 장치에 적용될 수 있다. 상기 조명 장치는 복수의 발광 소자가 어레이된 구조를 포함하며, 도 10 및 도 11에 도시된 표시 장치, 도 12에 도시된 조명 장치를 포함하고, 조명등, 신호등, 차량 전조등, 전광판 등이 포함될 수 있다.

도 10은 실시 예에 따른 표시 장치의 분해 사시도이다.

도 10을 참조하면, 표시 장치(1000)는 도광판(1041)과, 상기 도광판(1041)에 빛을 제공하는 발광 모듈(1031)와, 상기 도광판(1041) 아래에 반사 부재(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 반사 부재(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 상기 발광 모듈(1031)로부터 제공된 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 배치되어 상기 도광판(1041)의 적어도 일 측면에 빛을 제공하며, 궁극적으로는 표시 장치의 광원으로써 작용하게 된다.

상기 발광모듈(1031)은 상기 바텀커버(1011) 내에 적어도 하나가 배치되며, 상기 도광판(1041)의 일 측면에서 직접 또는 간접적으로 광을 제공할 수 있다. 상기 발광 모듈(1031)은 기판(111)과 상기에 개시된 실시 예에 따른 발광 소자(100)를 포함하며, 상기 발광 소자(100)는 상기 기판(111) 상에 소정 간격으로 어레이될 수 있다. 상기 기판은 수지 재질의 인쇄회로기판(printed circuit board)일 수 있지만, 이에 한정하지 않는다. 또한 상기 기판(111)은 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(111)은 제거될 수 있다. 상기 방열 플레이트의 일부는 상기 바텀 커버(1011)의 상면에 접촉될 수 있다. 따라서, 발광 소자(100)에서 발생된 열은 방열 플레이트를 경유하여 바텀 커버(1011)로 방출될 수 있다.

상기 복수의 발광 소자(100)는 상기 기판(111) 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 반사 부재(1022)가 배치될 수 있다. 상기 반사 부재(1022)는 상기 도광판(1041)의 하면으로 입사된 빛을 반사시켜 상기 표시 패널(1061)로 공급함으로써, 상기 표시 패널(1061)의 휘도를 향상시킬 수 있다. 상기 반사 부재(1022)는 예를 들어, PET, PC, PVC 레진 등으로 형성될 수 있으나, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 반사 부재(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 반사 부재(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 커버(미도시)와 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 상기 발광 모듈(1031)로부터 제공된 광을 투과 또는 차단시켜 정보를 표시하게 된다. 이러한 표시 장치(1000)는 각 종 휴대 단말기, 노트북 컴퓨터의 모니터, 랩탑 컴퓨터의 모니터, 텔레비전과 같은 영상 표시 장치에 적용될 수 있다.

상기 광학 시트(1051)는 상기 표시 패널(1061)과 상기 도광판(1041) 사이에 배치되며, 적어도 한 장 이상의 투광성 시트를 포함한다. 상기 광학 시트(1051)는 예컨대 확산 시트(diffusion sheet), 수평 및 수직 프리즘 시트(horizontal/vertical prism sheet), 및 휘도 강화 시트(brightness enhanced sheet) 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 상기 표시 패널(1061)로 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.

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 11은 실시 예에 따른 발광 소자를 갖는 표시 장치를 나타낸 도면이다.

도 11을 참조하면, 표시 장치(1100)는 바텀 커버(1152), 상기에 개시된 발광 소자(100)가 어레이된 기판(111), 광학 부재(1154), 및 표시 패널(1155)을 포함한다.

상기 기판(111)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 유닛(미도시)으로 정의될 수 있다.

상기 바텀 커버(1152)에는 수납부(1153)를 구비할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.

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 상기 표시 패널(1155)으로 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 12는 실시 예에 따른 조명 장치의 사시도이다.

도 12를 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(111)과, 상기 기판(111)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(111)은 절연체에 회로 패턴이 인쇄된 것일 수 있으며, 예를 들어, 수지 재질의 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(111)은 빛을 효율적으로 반사하는 재질로 형성되거나, 표면이 빛이 효율적으로 반사되는 컬러, 예를 들어 백색, 은색 등의 코팅층될 수 있다.

상기 기판(111) 상에는 적어도 하나의 발광 소자(100)가 탑재될 수 있다. 상기 발광 소자(100) 각각은 적어도 하나의 LED(LED: Light Emitting Diode) 칩일 수 있으며, 상기 LED 칩은 적색, 녹색, 청색 또는 백색 등과 같은 가시 광선 대역의 발광 다이오드 또는 자외선(UV, Ultra Violet)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 실시 예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시 예에 포함되며, 반드시 하나의 실시 예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시 예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시 예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시 예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

또한, 이상에서 실시 예를 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.

100,102,103,104: 발광 소자 117:제1도전형 반도체층
120: 발광 구조물 121:활성층
123: 제2도전형 클래드층 125: 제2도전형 반도체층
151,153,154: 형광체층 155,155A: 확산층

Claims

제2도전형 반도체층; 상기 제2도전형 반도체층 위에 제1도전형 반도체층; 상기 제1도전형 반도체층과 상기 제2도전형 반도체층 사이에 활성층을 포함하는 발광 구조물;
상기 제1도전형 반도체층의 상면 영역 중 제1영역 위에 배치된 제1전극;
상기 발광 구조물의 아래에 복수의 전도층을 갖는 제2전극층;
상기 제1도전형 반도체층 위에서 상기 제1전극의 둘레에 배치된 제1형광체층; 및
상기 제1도전형 반도체층의 위에 상기 제1형광체층의 적어도 한 측면과 접촉되게 배치된 제1확산층을 포함하는 발광 소자.
제1항에 있어서, 상기 제1확산층은 상면과, 상기 제1형광체층에 접촉되는 제2측면의 반대측 제1측면 사이의 면이 경사면 또는 곡면으로 형성되는 발광 소자.
제2항에 있어서, 상기 제1확산층은 상기 제1형광체층의 상기 제2측면과 상기 제2측면의 반대측 제1측면 중 적어도 하나의 면이 요철로 형성되는 발광 소자.
제1항에 있어서, 상기 제1전극과 상기 제1형광체층 사이에 제2확산층을 포함하는 발광 소자.
제1항에 있어서, 상기 제1형광체층과 상기 제1확산층은 상기 제1전극의 두께보다 더 두껍게 형성되는 발광 소자.
제1항에 있어서, 상기 제1확산층은 상기 제1형광체층의 두께 이상으로 형성되는 발광 소자.
제1항에 있어서, 상기 제1확산층은 연속적인 루프 또는 틀 형상을 포함하는 발광소자.
제1항에 있어서, 상기 제1확산층의 상면 면적은 상기 제1형광체층의 상면 면적의 1/3 이하로 형성되는 발광 소자.
제1항에 있어서, 상기 제1형광체층과 상기 발광 구조물 사이에 제2형광체층을 포함하며, 상기 제2형광체층은 상기 발광 구조물의 적어도 한 측면에 더 형성되는 발광 소자.
제1항에 있어서, 상기 제1확산층은 상기 발광 구조물의 적어도 한 측면에 더 형성되는 발광 소자.
제1항에 있어서, 상기 제1도전형 반도체층은 n형 반도체층이며,
상기 제1형광체층 및 상기 제1확산층의 하면은 요철로 형성되는 발광소자.
제9항에 있어서, 상기 제1확산층은 상기 제1도전형 반도체층의 상면으로부터 이격되며, 상기 제1확산층의 상면이 상기 제1형광체층의 상면보다 1~20㎛ 범위로 돌출되는 발광 소자.
제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1확산층은 상기 제1형광체층의 굴절률보다 낮은 굴절률을 갖는 발광 소자.
복수의 발광 소자; 및
상기 복수의 발광 소자가 배열된 기판을 포함하며,
상기 복수의 발광 소자 간의 간격은 50㎛-100㎛ 범위로 형성되며,
상기 각 발광 소자는,
제2도전형 반도체층; 상기 제2도전형 반도체층 위에 제1도전형 반도체층; 상기 제1도전형 반도체층과 상기 제2도전형 반도체층 사이에 활성층을 포함하는 발광 구조물;
상기 제1도전형 반도체층의 상면 영역 중 제1영역 위에 배치된 제1전극;
상기 발광 구조물의 아래에 복수의 전도층을 갖는 제2전극층;
상기 제1도전형 반도체층의 위에서 상기 제1전극의 둘레에 배치된 제1형광체층; 및
상기 제1도전형 반도체층의 위에 상기 제1형광체층의 적어도 한 측면과 접촉되게 배치된 제1확산층을 포함하는 조명 장치.