KR20130052944A - 발광 소자 및 발광 소자 패키지 - Google Patents

발광 소자 및 발광 소자 패키지 Download PDF

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Abstract

실시 예는 기판, 상기 기판의 일면 상에 배치되고, 제1 도전형 반도체층, 활성층, 및 제2 도전형 반도체층을 포함하는 발광 구조물, 상기 기판의 다른 일면에 형성되는 홈, 및 상기 홈 내에 배치되고, 상기 발광 구조물로부터 방출되는 광 중 일부를 다른 파장 영역의 광으로 변환하는 파장 변환층을 포함한다.

Description

발광 소자 및 발광 소자 패키지{A light emitting device and a light emitting device package}
실시 예는 발광 소자 및 발광 소자 패키지에 관한 것이다.
발광 소자가 조명용으로 응용되기 위해서는 LED를 이용하여 백색광을 얻을 수 있어야 한다. 백색 반도체 발광 장치를 구현하는 방법에는 크게 3가지가 알려져 있다.
첫 번째 방법은 빛의 삼원색인 적색, 녹색, 청색을 내는 3개의 LED를 조합하여 백색을 구현하는 방법이다. 두 번째 방법은 자외선 LED를 광원으로 이용하여 삼원색 형광체를 여기시켜 백색을 구현하는 방법으로서, R,G,B 형광체를 발광 물질로서 이용할 수 있다. 세 번째 방법은 청색 LED를 광원으로 이용하여 황색 형광체를 여기시킴으로써 백색을 구현하는 방법이며, 일반적으로 YAG:Ce 형광체를 발광 물질로서 이용할 수 있다.
일반적으로 발광 칩을 기판 또는 패키지에 실장하는 방법에는 와이어 본딩과 플립칩 본딩 방법이 있다. 와이어 본딩 방법은 발광 칩의 전극 패드와 리드 프레임 사이을 금속 와이어(wire)를 통하여 전기적으로 연결하는 것이고, 플립칩 본딩 방법은 발광 칩의 전극 패드와 실장하고자 하는 기판 또는 패키지 간을 솔더 범퍼(solder bumper)로 연결하는 것이다. 일반적인 플립 칩 본딩 발광 소자에 대해서는 공개 특허 10-2005-0052741을 참조할 수 있다.
실시 예는 광 추출 효율 및 색재현성을 향상시킬 수 있는 발광 소자 및 발광 소자 패키지를 제공한다.
실시 예에 따른 발광 소자는 기판, 상기 기판의 일면 상에 배치되고, 제1 도전형 반도체층, 활성층, 및 제2 도전형 반도체층을 포함하는 발광 구조물, 상기 기판의 다른 일면에 형성되는 홈, 및 상기 홈 내에 배치되고, 상기 발광 구조물로부터 방출되는 광 중 일부를 다른 파장 영역의 광으로 변환하는 파장 변환층을 포함한다.
상기 발광 소자는 상기 제1 도전형 반도체층 상에 배치되는 제1 전극 및 상기 제2 도전형 반도체층 상에 배치되는 제2 전극을 더 포함할 수 있다.
다른 실시 예에 따른 발광 소자 패키지는 서브 마운트, 상기 서브 마운트 상면에 서로 이격하여 배치되는 제1 금속층과 제2 금속층, 상기 서브 마운트 상에 배치되는 발광 소자, 상기 제1 금속층과 전기적으로 연결되는 제1 범프부, 및 상기 제2 금속층을 전기적으로 연결되는 제2 범프부를 포함하며, 상기 발광 소자는 상술한 실시 예일 수 있다.
상기 제1 범프부는 상기 제1 전극과 접촉하는 제1 확산 방지 접착층, 상기 제1 금속층과 접촉하는 제2 확산 방지 접착층, 및 상기 제1 확산 방지 접착층과 상기 제2 확산 방지 접착층 사이에 배치되는 제1 범퍼를 포함하며, 상기 제2 범프부는 상기 제2 전극과 접촉하는 제3 확산 방지 접착층, 상기 제2 금속층과 접촉하는 제4 확산 방지 접착층, 및 상기 제3 확산 방지 접착층과 상기 제4 확산 방지 접착층 사이에 배치되는 제2 범퍼를 포함할 수 있다.
상기 파장 변환층과 상기 기판 사이에는 다른 복수의 계면들이 존재하고, 상기 복수의 계면들을 기준으로 상기 파장 변환층과 상기 기판 사이에는 광 굴절률의 차이가 있을 수 있다.
상기 홈은 서로 이격하는 복수의 라인 형상일 수 있다. 또는 상기 홈은 그물 형상일 수 있다. 또는 상기 홈은 서로 이격하는 복수의 도트(dot) 형상일 수 있다.
상기 파장 변환층은 형광체 및 수지층을 포함할 수 있다.
상기 발광 소자는 상기 발광 구조물의 측면에 배치되는 반사층을 더 포함할 수 있다. 상기 반사층은 굴절률이 서로 다른 적어도 두 개의 층을 적어도 1회 이상 교대로 적층한 복층 구조를 가지는 분산 브래그 반사층일 수 있다.
상기 기판은 사파이어(Al203), GaN, SiC, ZnO, Si, GaP, InP, Ga203, GaAs 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 홈이 차지하는 면적은 상기 기판의 상기 일면의 전체 면적 대비 80%이상일 수 있다.
실시 예는 광 추출 효율 및 색재현성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 실시 예에 따른 발광 소자의 단면도를 나타낸다.
도 2는 다른 실시 예에 따른 발광 소자의 단면도를 나타낸다.
도 3은 도 1에 도시된 홈의 제1 실시 예를 나타낸다.
도 4는 도 1에 도시된 홈의 제2 실시 예를 나타낸다.
도 5는 도 1에 도시된 홈의 제3 실시 예를 나타낸다.
도 6은 실시 예에 따른 발광 소자 패키지를 나타낸다
도 7은 실시 예에 따른 발광 소자 패키지를 포함하는 조명 장치의 분해 사시도이다.
도 8a는 실시 예에 따른 발광 소자 패키지를 포함하는 표시 장치를 나타낸다.
도 8b는 도 8a에 도시된 표시 장치의 광원 부분의 단면도이다.
이하, 실시 예들은 첨부된 도면 및 실시 예들에 대한 설명을 통하여 명백하게 드러나게 될 것이다. 실시 예들의 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 실시 예에 따른 발광 소자 패키지를 설명한다.
도 1은 실시 예에 따른 발광 소자(100)의 단면도를 나타낸다.
도 1을 참조하면, 발광 소자(100)는 기판(110), 버퍼층(115), 발광 구조물(120), 전도층(130), 제1 전극(142), 제2 전극(144), 및 파장 변환층(150)을 포함한다.
기판(110)은 반도체 물질 성장에 적합한 물질, 캐리어 웨이퍼로 형성될 수 있다. 또한 기판(110)은 열전도성이 뛰어난 물질로 형성될 수 있으며, 전도성 기판 또는 절연성 기판일 수 있다. 예를 들어 기판(110)은 사파이어(Al203), GaN, SiC, ZnO, Si, GaP, InP, Ga203, GaAs 중 적어도 하나를 포함하는 물질일 수 있다. 이러한 기판(110)의 일면(112)에는 광추출 효율을 향상시키기 위한 요철 패턴이 형성될 수 있다. 기판(110)은 발광 구조물(예컨대, 제1 도전형 반도체층(122)) 아래에 배치될 수 있다.
발광 구조물(120)은 빛을 발생하는 반도체층일 수 있으며, 기판(110)의 일면(112, 예컨대, 상면) 상에 배치된다. 발광 구조물(120)은 기판(110)의 일면(112) 상에 제1 도전형 반도체층(122), 활성층(124), 및 제2 도전형 반도체층(126)이 순차로 적층된 구조일 수 있다. 여기서 제1 도전형은 n형이고, 제2 도전형은 p형일 수 있다.
제1 도전형 반도체층(122)은 반도체 화합물, 예컨대, 3족-5족, 2족-6족 등의 화합물 반도체로 구현될 수 있으며, 제1 도전형 도펀트가 도핑될 수 있다. 제1 도전형 반도체층(122)은 InxAlyGa1-x-yN(0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 가지는 반도체일 수 있다.
예컨대, 제1 도전형 반도체층(122)은 InAlGaN, GaN, AlGaN, InGaN, AlN, InN 중 어느 하나를 포함할 수 있으며, n형 도펀트(예: Si, Ge, Sn 등)가 도핑될 수 있다.
활성층(124)은 제1 도전형 반도체층(122)과 제2 도전형 반도체층(126) 사이에 배치되며, 제1 도전형 반도체층(122) 및 제2 도전형 반도체층(126)으로부터 제공되는 전자(electron)와 정공(hole)의 재결합(recombination) 과정에서 발생하는 에너지에 의해 광을 생성할 수 있다.
활성층(124)은 반도체 화합물, 예컨대, 3족-5족, 2족-6족의 화합물 반도체일 수 있으며, 이중 접합 구조, 단일 우물 구조, 다중 우물 구조, 양자 선(Quantum-Wire) 구조, 또는 양자 점(Quantum Dot) 구조 등으로 형성될 수 있다.
활성층(124)은 우물층과 장벽층이 적어도 한번 이상 교대로 적층되는 다층 구조일 수 있다. 이때 우물층의 에너지 밴드 갭은 장벽층의 에너지 밴드 갭보다 작을 수 있다.
제2 도전형 반도체층(126)은 반도체 화합물, 예컨대, 3족-5족, 2족-6족 등의 화합물 반도체로 구현될 수 있으며, 제2 도전형 도펀트가 도핑될 수 있다. 제2 도전형 반도체층(126)은 InxAlyGa1 -x- yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체일 수 있다. 예를 들어 제2 도전형 반도체층(126)은 GaN, AlN, AlGaN, InGaN, InN, InAlGaN, AlInN, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP, AlGaInP 중 어느 하나를 포함할 수 있으며, p형 도펀트(예컨대, Mg, Zn, Ca, Sr, Ba)가 도핑될 수 있다.
버퍼층(115)은 제1 도전형 반도체층(122)과 기판(110) 사이에 배치되고, 기판(110)과 반도체층(120) 사이의 격자 불일치에 의한 격자 부정합을 완화시킨다. 버퍼층(115)은 3족 원소 또는/및 5족 원소를 포함하는 질화물 반도체일 수 있다. 예컨대 버퍼층(115)은 InAlGaN, GaN, AlN, AlGaN, InGaN 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 버퍼층(115)은 단일층 또는 다층 구조일 수 있으며, 2족 원소 또는 4족 원소가 불순물로 도핑될 수 있다.
발광 구조물(120)는 제1 도전형 반도체층(122)의 일부를 노출하도록 제2 도전형 반도체층(126), 활성층(120) 및 제1 도전형 반도체층(122)의 일부가 식각된 구조일 수 있다.
전도층(130)은 제2 도전형 반도체층(126) 상에 배치된다. 전도층(130)은 전반사를 감소시킬 뿐만 아니라, 투광성이 좋기 때문에 빛의 추출 효율을 증가시킬 수 있다.
전도층(130)은 발광 파장에 대해 투과율이 높은 투명 산화물계 물질, 예컨대, ITO(Indium Tin Oxide), TO(Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide), IZTO(Indium Zinc Tin Oxide), IAZO(Indium Aluminium Zinc Oxide), IGZO(Indium Gallium Zinc Oxide), IGTO(Indium Gallium Tin Oxide), AZO(Aluminium Zinc Oxide), ATO(Aluminium 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 구현할 수 있다.
제1 전극(142)은 식각에 의하여 노출된 제1 도전형 반도체층(122) 상에 배치되고, 제2 전극(144)은 전도층(130) 상에 배치될 수 있다. 제1 전극(142) 및 제2 전극(144)은 도전성 금속, 예컨대, 크롬(Cr), 니켈(Ni), 금(Au), 알루미늄(Al), 타이타늄(Ti), 백금(Pt) 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 또는 이들의 합금으로 이루어질 수 있다.
기판(110)은 다른 일면(114, 예컨대, 뒷면)에 일정한 패턴 형상을 갖는 홈(101)을 가질 수 있다. 파장 변환층(150)은 홈(101) 내부에 배치된다. 예컨대, 파장 변환층(150)은 홈(101) 내부를 채울 수 있으며, 파장 변환층(150)의 상면(151)은 기판(110)의 다른 일면(114)과 동일 평면일 수 있다. 파장 변환층(150)은 발광 구조물(120)로부터 방출되는 광 중 일부를 다른 파장 영역의 광으로 변환시킨다. 이때 홈(101)이 차지하는 면적은 기판(110)의 뒷면(114)의 전체 면적 대비 80%이상 일 수 있다.
파장 변환층(150)은 형광체 및 수지층을 포함할 수 있다. 예컨대, 파장 변환층(150)은 형광체와 수지가 혼합된 형태일 수 있다. 여기서 형광체는 발광 구조물(120)로부터 방출되는 광을 다른 파장 영역의 광으로 변환시킬 수 있는 1종 이상의 형광체를 포함할 수 있다. 예컨대, 형광체는 적색 형광체, 녹색 형광체, 및 황색 형광체 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또한 형광체는 나노 형광체일 수 있다.
수지층은 실리콘계 수지, 에폭시계 수지, 아크릴계 수지, 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA) 수지와, 그 혼합물 및 그 화합물로 구성된 그룹으로부터 선택된 수지를 포함할 수 있다. 여기서, "혼합물"은 상술한 수지 중 선택된 적어도 2개의 수지의 물리적으로 섞인 상태인데 반하여, "화합물"이라 함은, 선택된 적어도 2개의 수지가 화학적 결합에 의해 합성된 형태를 말한다. 예를 들어, 상기 화합물에는 규소 원자 결합 수산기를 갖는 실리콘 수지와, 옥실란기를 갖는 에폭시 수지기 합성된 실리콘 에폭시 화합물 수지를 포함할 수 있다.
포토리쏘그라피(photolithography) 공정을 이용하여 기판(110)의 다른 일면(114) 상에 마스크를 형성하고, 형성된 마스크를 이용하여 기판(110)의 다른 일면을 식각하여 일정한 패턴 형상을 갖는 홈(101)을 형성할 수 있다.
도 3은 도 1에 도시된 홈(101)의 제1 실시 예(101-1)를 나타낸다. 도 3을 참조하면, 기판(110-1)에는 홈(110-1)이 마련되며, 홈(101-1)은 서로 이격하는 복수의 라인(line) 형태의 제1 홈들을 포함할 수 있다. 복수의 라인 형태의 제1 홈들(101-1) 내부에 파장 변환층(150)이 배치될 수 있다. 이때 복수의 라인 형태의 제1 홈들(101-1)이 차지하는 면적은 기판(110-1)의 뒷면의 전체 면적 대비 80%이상 일 수 있다.
파장 변환층(150)과 기판(110) 사이에는 복수의 계면들(a1 내지 an, n>1인 자연수)이 존재할 수 있다. 이러한 복수의 계면들(a1 내지 an, n>1인 자연수)을 기준으로 파장 변환층(150)과 기판(110-1) 사이에는 광 굴절률의 차이가 존재한다. 그리고 발광 구조물(120)로부터 방출되는 광은 이러한 계면들(a1 내지 an, n>1인 자연수)을 통과할 때, 더욱 산란되거나 분산되기 때문에 발광 소자(100)의 광추출 효율이 향상될 수 있다. 또한 이러한 계면들(a1 내지 an, n>1인 자연수)에 의하여 형광체에 의해 여기되는 광들도 증대되기 때문에 발광 소자(100)의 색재현성을 향상시킬 수 있다.
도 4는 도 1에 도시된 홈(101)의 제2 실시 예(101-2)를 나타낸다. 도 4를 참조하면, 기판(110-2)에는 홈(101-2)이 마련되며, 홈(101-2)은 그물 형상일 수 있고, 파장 변환층(150)은 홈(101-2) 내부에 배치될 수 있다. 이때 그물 형상의 홈(101-2)이 차지하는 면적은 기판(110-2)의 뒷면의 전체 면적 대비 80%이상 일 수 있다.
도 5는 도 1에 도시된 홈(101)의 제3 실시 예(101-3)를 나타낸다. 도 5를 참조하면, 기판(110-3)에는 홈(101-3)이 마련되며, 홈(101-3)은 서로 이격하는 복수의 도트(dot) 형태의 제2 홈들을 포함할 수 있다. 복수의 도트 형태의 제2 홈들 내부에 파장 변환층(150)이 배치될 수 있다. 이때 복수의 도트 형태의 제2 홈들이 차지하는 면적은 기판(110-3)의 뒷면의 전체 면적 대비 80%이상 일 수 있다.
도 4 또는 도 5에 도시된 홈(101-2, 또는 101-3)이 마련된 기판(110-2 또는 110-3)과 그 내부에 배치되는 파장 변환층(150) 사이에는 복수의 계면들이 존재하고, 실시 예는 이러한 계면들에 의하여 광추출 효율 및 색재현성을 향상시킬 수 있다.
도 2는 다른 실시 예에 따른 발광 소자(200)의 단면도를 나타낸다. 도 1에 도시된 실시 예와 동일한 부분에 대해서는 동일 부호로 처리하며, 중복 설명은 생략한다.
도 2를 참조하면, 발광 소자(200)는 기판(110), 버퍼층(115), 발광 구조물(120), 전도층(130), 제1 전극(142), 제2 전극(144), 파장 변환층(150), 및 반사층(160)을 포함한다. 발광 소자(200)는 도 1에 도시된 발광 소자(100)의 변형 예로서, 반사층(160)을 더 포함한다.
반사층(160)은 발광 구조물(120)의 측면 상에 배치되며, 발광 구조물(120)의 측면으로 입사되는 빛을 반사시켜 광추출 효율을 향상시킬 수 있다.
반사층(160)은 굴절률이 서로 다른 적어도 두 개의 층을 적어도 1회 이상 교대로 적층한 복층 구조를 가지는 분산 브래그 반사층(Distributed Bragg Reflective layer)일 수 있다.
즉 반사층(160)은 굴절률이 상대적으로 큰 제1층 및 굴절률이 상대적으로 낮은 제2층이 교대로 적어도 1회 이상 적층된 구조일 수 있다. 제1층은 TiO2와 같은 제1 유전체층을 포함하며, 제2층은 SiO2와 같은 제2 유전체층을 포함할 수 있다.
예컨대, 반사층(160)은 TiO2/SiO2층이 적어도 1회 이상 적층된 구조일 수 있다. 그리고 제1층 및 제2층 각각의 두께는 λ/4이고, λ은 발광 구조물(120)에서 발생하는 광의 파장을 의미한다.
도 6은 실시 예에 따른 발광 소자 패키지(300)를 나타낸다. 도 2에 도시된 실시 예와 동일한 부분에 대해서는 동일 부호로 처리하며, 중복 설명은 생략한다.
도 6을 참조하면, 발광 소자 패키지(300)는 서브 마운트(310), 발광 소자(200), 제1 금속층(322), 제2 금속층(324), 제1 범프부(330), 및 제2 범프부(340)를 포함한다.
서브 마운트(310)는 발광 소자(200)를 실장한다. 서브 마운트(310)는 패키지 몸체(package body) 또는 인쇄 회로 기판(Printed Circuit Board) 등으로 구현될 수 있으며, 발광 소자(200)가 플립 칩 본딩(flip chip bonding)될 수 있는 다양한 형태일 수 있다.
발광 소자(200)는 서브 마운트(310) 상에 배치되고, 제1 범프부(330) 및 제2 범프부(340)에 의하여 서브 마운트(310)와 전기적으로 연결된다. 도 6에 도시된 발광 소자 패키지(300)는 도 2에 도시된 발광 소자(200)를 포함하지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 도 1에 도시된 실시 예에 따른 발광 소자(100)를 포함할 수도 있다.
서브 마운트(310)는 발광 소자(200)의 제1 전극(142) 및 제2 전극(144) 아래에 배치된다. 서브 마운트(310)는 폴리프탈아미드(PolyPhthal Amide, PPA), 액정 고분자(Liquid Crystal Polymer, LCP), 폴리아미드9T(PolyAmide9T, PA9T), 등과 같은 수지, 금속, 감광성 유리(photo sensitive glass), 사파이어, 세라믹, 인쇄회로기판(Printed Circuit Board) 등을 포함할 수 있다. 그러나 실시 예에 따른 서브 마운트(310)가 이러한 물질로 한정되는 것은 아니다.
제1 금속층(322) 및 제2 금속층(324)은 서브 마운트(310) 상면(312)에 서로 이격하여 배치된다. 제1 금속층(322)과 제2 금속층(324)은 서로 전기적으로 분리될 수 있다. 여기서 서브 마운트(310)의 상면(312)은 발광 소자(200)에 대향하는 면일 수 있다.
제1 금속층(322)과 제1 전극(142)은 서로 수직 방향으로 정렬될 수 있고, 제2 금속층(324)과 제2 전극(144)은 서로 수직 방향으로 정렬될 수 있다. 여기서 수직 방향은 서브 마운트(310)로부터 발광 소자(200)로 향하는 방향일 수 있다. 제1 금속층(322) 및 제2 금속층(324)은 전도성 금속, 예컨대, 알루미늄(Al) 또는 로듐(Rh)일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
제1 범프부(330) 및 제2 범프부(340)는 서브 마운트(310) 상에 서로 이격되어 배치된다. 제1 범프부(330)는 제1 전극(142)과 제1 금속층(322) 사이에 배치되고, 제1 전극(142)과 제1 금속층(322)을 전기적으로 연결한다. 제2 범프부(340)는 제2 전극(144)과 제2 금속층(324) 사이에 배치되고, 제2 전극(144)과 제2 금속층(324)을 전기적으로 연결한다.
제1 범프부(330)는 제1 범프부(330)는 제1 전극(142)과 접촉하는 제1 확산 방지 접착층(332), 제1 금속층(322)과 접촉하는 제2 확산 방지 접착층(336), 및 제1 확산 방지 접착층(332)과 제2 확산 방지 접착층(336) 사이에 배치되는 제1 범퍼(334)를 포함할 수 있다.
제1 범퍼(334)는 제1 전극(142)과 제1 금속층(322) 사이에 배치되며, 제1 전극(142)과 제1 금속층(322)을 전기적으로 연결한다. 예컨대, 제1 범퍼(334)의 일단은 제1 전극(142)의 상면과 전기적으로 연결되고, 나머지 다른 일단은 제1 금속층(322)의 상면과 전기적으로 연결될 수 있다.
제1 확산 방지 접착층(332)은 제1 전극(142)과 제1 범퍼(334) 사이에 배치되고, 제1 전극(142)과 제1 범퍼(334)를 접합시킨다. 제1 확산 방지 접착층(332)은 제1 범퍼(334)와 제1 전극(142) 사이의 접착력을 향상시키고, 제1 범퍼(334)에 포함된 이온이 제1 전극(142)을 통하여 발광 구조물(120)로 침투 또는 확산하는 것을 방지하는 역할을 한다.
제2 확산 방지 접착층(336)은 제1 범퍼(334)와 제1 금속층(322) 사이에 배치되고, 제1 범퍼(334)와 제1 금속층(322)을 접합시킨다. 제2 확산 방지 접착층(336)은 제1 범퍼(334)와 제1 금속층(322) 사이의 접착력을 향상시키고, 제1 범퍼(334)에 포함된 이온이 제1 금속층(322)을 통하여 서브 마운트(310)로 침투 또는 확산하는 것을 방지하는 역할을 한다.
제2 범프부(340)는 제2 전극(144)과 접촉하는 제3 확산 방지 접착층(342), 제2 금속층(324)과 접촉하는 제4 확산 방지 접착층(346), 및 제3 확산 방지 접착층(342)과 제4 확산 방지 접착층(344) 사이에 배치되는 제2 범퍼(344)를 포함할 수 있다.
제2 범퍼(344)는 제2 전극(144)과 제2 금속층(324) 사이에 배치되며, 제2 전극(144)과 제2 금속층(324)을 전기적으로 연결한다. 예컨대, 제2 범퍼(344)의 일단은 제2 전극(144)의 상면과 전기적으로 연결되고, 나머지 다른 일단은 제2 금속층(324)의 상면과 전기적으로 연결될 수 있다.
제3 확산 방지 접착층(342)은 제2 전극(144)과 제2 범퍼(344) 사이에 배치되고, 제2 전극(144)과 제2 범퍼(344)를 접합시킨다. 제3 확산 방지 접착층(342)은 제2 범퍼(344)와 제2 전극(144) 사이의 접착력을 향상시키고, 제2 범퍼(344)에 포함된 이온이 제2 전극(144)을 통하여 발광 구조물(120)로 침투 또는 확산하는 것을 방지하는 역할을 한다.
제4 확산 방지 접착층(346)은 제2 범퍼(344)와 제2 금속층(324) 사이에 배치되고, 제2 범퍼(344)와 제2 금속층(324)을 접합시킨다. 제4 확산 방지 접착층(346)은 제2 범퍼(344)와 제2 금속층(324) 사이의 접착력을 향상시키고, 제2 범퍼(344)에 포함된 이온이 제2 금속층(324)을 통하여 서브 마운트(310)로 침투 또는 확산하는 것을 방지하는 역할을 한다.
제1 내지 제4 확산 방지 접착층(332,336,342,346)은 Pt, Ti, W/Ti, Au 중 적어도 하나를 포함하거나 또는 이들의 합금일 수 있다. 제1 및 제2 범프(334,344)는 티타늄(Ti), 구리(Cu), 니켈(Ni), 금(Au), 크롬(Cr), 탄탈늄(Ta), 백금(Pt), 및 주석(Sn) 중 적어도 하나를 포함하거나 또는 이들의 합금일 수 있다.
실시 예에 따른 발광 소자 패키지(300)는 상술한 바와 같이, 파장 변환층(150)과 기판(110) 사이에 복수의계면들(a1 내지 an, n>1인 자연수)이 존재하고, 이러한 복수의계면들(a1 내지 an, n>1인 자연수)에 의하여 광 추출 효율 및 색재현성을 향상시킬 수 있다.
또 다른 실시 예는 상술한 실시 예들에 따른 발광 소자 패키지를 포함하는 표시 장치, 지시 장치, 조명 시스템으로 구현될 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.
도 8a는 실시 예에 따른 발광 소자 패키지를 포함하는 표시 장치를 나타내고, 도 8b는 도 8a에 도시된 표시 장치의 광원 부분의 단면도이다.
도 8a 및 도 8b를 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.
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.
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.
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 상술한 실시 예들 중 어느 하나일 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.
이상에서 설명한 본 발명은 상술한 실시 예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 종래의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.
110: 기판 120: 발광 구조물
122: 제1 도전형 반도체층 124: 활성층
126: 제2 도전형 반도체층 130: 전도층
142: 제1 전극 144: 제2 전극
150: 파장 변환층 160: 반사층
310: 서브 마운트 100,200: 발광 소자
322: 제1 금속층 324: 제2 금속층
330: 제1 범프부 332,336,342,346: 확산 방지 접착층
334, 344: 범퍼 340: 제2 범프부.

Claims (15)

  1. 기판;
    상기 기판의 일면 상에 배치되고, 제1 도전형 반도체층, 활성층, 및 제2 도전형 반도체층을 포함하는 발광 구조물;
    상기 기판의 다른 일면에 형성되는 홈; 및
    상기 홈 내에 배치되고, 상기 발광 구조물로부터 방출되는 광 중 일부를 다른 파장 영역의 광으로 변환하는 파장 변환층을 포함하는 발광 소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 도전형 반도체층 상에 배치되는 제1 전극; 및
    상기 제2 도전형 반도체층 상에 배치되는 제2 전극을 더 포함하는 발광 소자.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 파장 변환층과 상기 기판 사이에는 다른 복수의 계면들이 존재하고,
    상기 복수의 계면들을 기준으로 상기 파장 변환층과 상기 기판 사이에는 광 굴절률의 차이가 있는 발광 소자.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 홈은 서로 이격하는 복수의 라인 형상인 발광 소자.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 홈은 그물 형상인 발광 소자.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 홈은 서로 이격하는 복수의 도트(dot) 형상인 발광 소자.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 파장 변환층은 형광체 및 수지층을 포함하는 발광 소자.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 발광 구조물의 측면에 배치되는 반사층을 더 포함하는 발광 소자.
  9. 제8항에 있어서, 상기 반사층은,
    굴절률이 서로 다른 적어도 두 개의 층을 적어도 1회 이상 교대로 적층한 복층 구조를 가지는 분산 브래그 반사층인 발광 소자.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 기판은 사파이어(Al203), GaN, SiC, ZnO, Si, GaP, InP, Ga203, GaAs 중 적어도 하나를 포함하는 발광 소자.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 홈이 차지하는 면적은 상기 기판의 상기 일면의 전체 면적 대비 80%이상인 발광 소자.
  12. 서브 마운트;
    상기 서브 마운트 상면에 서로 이격하여 배치되는 제1 금속층과 제2 금속층;
    상기 서브 마운트 상에 배치되는 발광 소자;
    상기 제1 금속층과 전기적으로 연결되는 제1 범프부; 및
    상기 제2 금속층을 전기적으로 연결되는 제2 범프부를 포함하며,
    상기 발광 소자는,
    기판;
    상기 기판의 일면 상에 배치되고, 제1 도전형 반도체층, 활성층, 및 제2 도전형 반도체층을 포함하는 발광 구조물;
    상기 기판의 다른 일면에 형성되는 홈;
    상기 홈 내에 배치되고, 상기 발광 구조물로부터 방출되는 광 중 일부를 다른 파장 영역의 광으로 변환하는 파장 변환층;
    상기 제1 도전형 반도체층 상에 배치되고, 상기 제1 범프부와 연결되는 제1 전극; 및
    상기 제2 도전형 반도체층 상에 배치되고, 상기 제2 범프부와 연결되는 제2 전극을 포함하는 발광 소자 패키지.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제1 범프부는,
    상기 제1 전극과 접촉하는 제1 확산 방지 접착층;
    상기 제1 금속층과 접촉하는 제2 확산 방지 접착층; 및
    상기 제1 확산 방지 접착층과 상기 제2 확산 방지 접착층 사이에 배치되는 제1 범퍼를 포함하며,
    상기 제2 범프부는,
    상기 제2 전극과 접촉하는 제3 확산 방지 접착층;
    상기 제2 금속층과 접촉하는 제4 확산 방지 접착층; 및
    상기 제3 확산 방지 접착층과 상기 제4 확산 방지 접착층 사이에 배치되는 제2 범퍼를 포함하는 발광 소자 패키지.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 홈은 서로 이격하는 복수의 라인 형상, 그물 형상, 또는 서로 이격하는 복수의 도트(dot) 형상인 발광 소자 패키지.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 홈이 차지하는 면적은 상기 기판의 상기 일면의 전체 면적 대비 80%이상인 발광 소자 패키지.
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