KR20130053168A - 발광 소자 및 이를 구비한 발광 모듈 - Google Patents

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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 발광 구조물 아래에 전도성 지지부재; 및 상기 전도성 지지부재의 아래에 서로 이격되게 배치된 복수의 도전부를 포함한다.

Description

발광 소자 및 이를 구비한 발광 모듈{LIGHT EMITTING DEVICE AND LIGHTING EMITTING MODULE}
실시예는 발광소자 및 이를 구비한 발광 모듈에 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 아래에 배치된 전도성 지지부재로부터 돌출된 복수의 도전부를 구비한 발광 소자 및 이를 구비한 발광 모듈을 제공한다.
실시 예는 발광 소자와 기판 사이에 보이드를 갖는 발광 모듈을 제공한다.
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 발광 구조물 아래에 전도성 지지부재; 및 상기 전도성 지지부재의 아래에 서로 이격되게 배치된 복수의 도전부를 포함한다.
실시예는 하부에 도전부와 같은 방열 패턴을 갖는 발광 소자를 제공할 수 있다.
실시 예는 발광 소자의 방열 효율을 개선시켜 줄 수 있다.
실시 예는 발광 소자 및 이를 구비한 발광 모듈의 신뢰성을 개선시켜 줄 수 있다.
도 1은 제1실시 예에 따른 발광소자의 측 단면도이다.
도 2는 도 1의 발광 소자를 갖는 발광 모듈의 측 단면도이다.
도 3은 도 1의 발광 소자의 저면도로서, 도전부를 나타낸 도면이다.
도 4는 도 3의 발광 소자의 도전부의 다른 예를 나타낸 도면이다.
도 5는 제2실시 예에 따른 발광 모듈을 나타낸 도면이다.
도 6은 제3실시 예에 따른 발광 모듈을 나타낸 도면이다.
도 7은 실시 예에 따른 보이드와 열 저항 관계를 나타낸 그래프이다.
도 8은 도 1의 발광 소자를 갖는 표시 장치를 나타낸 도면이다.
도 9는 도 1의 발광 소자를 갖는 표시 장치의 다른 예를 나타낸 도면이다.
도 10은 도 1의 발광 소자를 갖는 조명 장치를 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 "아래(under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "상/위(on)"와 "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), 전류 블록킹층(161), 보호층(163), 복수의 전도층(165,167,169)을 갖는 제2전극층(170), 전도성 지지부재(173) 및 도전부(175)를 포함한다.
발광 구조물(120)은 복수의 화합물 반도체층을 포함하며, 예를 들면 제1도전형 반도체층(121), 활성층(123), 제2도전형 클래드층(125) 및 제2도전형 반도체층(127)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(121)은 반도체 화합물로 형성될 수 있다. 3족-5족, 2족-6족 등의 화합물 반도체로 구현될 수 있으며, 제1 도전형 도펀트로 도핑될 수 있다. 상기 제1도전형 반도체층(121)은 예컨대 InxAlyGa1 -x-yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 재료로 형성될 수 있다. 상기 제1도전형 반도체층(121)이 n형 반도체층인 경우, 상기 제1도전형의 도펀트는 n형 도펀트로서, Si, Ge, Sn, Se, Te를 포함한다.
상기 제1도전형 반도체층(121)은 서로 다른 제1층과 제2층이 교대로 배치된 초격자 구조로 형성될 수 있으며, 상기 제1층과 제2층의 두께는 수 A 이상으로 형성될 수 있다.
상기 제1도전형 반도체층(121)의 상면에는 요철 또는 러프니스와 같은 광 추출 구조(121A)로 형성될 수 있다. 상기 제1도전형 반도체층(121)의 상면의 제1영역에는 제1전극(181)이 형성된다. 상기 발광 구조물(120) 위에는 형광체층 또는 투광성 전극층이 배치될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 제1도전형 반도체층(121)과 활성층(123) 사이에는 제1도전형 클래드층(미도시)이 형성될 수 있다. 상기 제1도전형 클래드층은 GaN계 반도체로 형성될 수 있으며, 그 밴드 갭은 상기 활성층(123)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(121) 아래에는 활성층(123)이 형성된다. 상기 활성층(123)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(123)은 우물층/장벽층이 교대로 배치되며, 상기 우물층/장벽층의 주기는 예컨대, InGaN/GaN, GaN/AlGaN, InGaN/AlGaN, InGaN/InGaN, 또는 InAlGaN/InAlGaN의 적층 구조를 이용하여 2~30주기로 형성될 수 있다.
상기 활성층(123) 아래에는 제2도전형 클래드층(125)이 배치되며, 상기 제2도전형 클래드층(125)은 활성층(123)의 장벽층의 밴드 갭보다 더 높은 밴드 갭을 갖는 물질 예를 들면, GaN계의 반도체층을 포함한다. 상기 제2도전형 클래드층(125)은 상기 활성층(123)과 제2도전형 반도체층(127) 사이에서 전자 장벽층으로 기능할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 또한, 상기 제2 도전형 클래드층(125)은 n형 또는 p형으로 도핑될 수 있다.
한편, 상기 제2도전형 클래드층(125) 아래에는 제2도전형 반도체층(127)이 형성되며, 상기 제2도전형 반도체층(127)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(127)은 예컨대, GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN 등과 같은 화합물 반도체 중 어느 하나로 이루어질 수 있다. 상기 제2도전형 반도체층(127)이 p형 반도체층인 경우, 상기 제2도전형 도펀트는 p형 도펀트로서, Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등을 포함할 수 있다.
발광 구조물(120)의 층들의 도전형 타입은 반대로 형성될 수 있으며, 예컨대 상기 제2도전형의 반도체층들(125,127)은 n형 반도체층, 상기 제1도전형의 반도체층(121)은 p형 반도체층으로 구현될 수 있다. 또한 상기 제2도전형 반도체층(127) 아래에는 상기 제2도전형과 반대의 극성을 갖는 제3도전형 반도체층 예컨대, n형 반도체층이 더 형성할 수도 있다. 상기 발광소자(100)는 상기 제1도전형 반도체층(121), 활성층(123), 제2도전형 클래드층(125) 및 상기 제2도전형 반도체층(127)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. 또한 상기 각 접합 구조의 n층 및 p층의 위 및 아래 중 적어도 하나에는 다른 반도체층이 더 추가될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 제2도전형 반도체층(127) 아래에는 제2전극층(170)이 배치되며, 상기 제2도전형 반도체층(127)와 제2전극층(170) 사이에는 전류 블록킹층(161) 및 보호층(163)이 배치된다. 상기 제2전극층(170)은 오믹 접촉층(165), 반사층(167) 및 본딩층(169)을 포함한다.
상기 전류 블록킹층(161) 및 보호층(163)은 서로 이격되어 배치될 수 있으며, 서로 동일한 물질 또는 서로 다른 물질로 형성될 수 있다.
상기 전류 블록킹층(161)은 절연 물질, 상기 오믹 접촉층(165)보다 저항이 높은 전도성 물질 중에서 선택적으로 형성될 수 있다. 상기 전류 블록킹층(161)은 절연물질 또는 상기 제2 도전형 반도체층(125) 보다 전기 전도성이 낮은 물질로 형성될 수 있다. 상기 전류 블록킹층(161)은 예를 들어, SiO2, SiOx, SiOxNy, Si3N4, Al2O3, TiO2 중에서 적어도 하나를 포함하거나, 금속 또는 합금으로 형성될 수 있다.
상기 전류 블록킹층(161)은 상기 보호층(163) 사이에 적어도 하나가 배치될 수 있으며, 상기 제2도전형 반도체층(127)의 하면과 물리적으로 접촉될 수 있다.
상기 보호층(163)은 상기 제2도전형 반도체층(127)의 둘레의 하면을 따라 형성되며, 루프 형상 또는 프레임 형상으로 형성될 수 있다. 상기 보호층(163)은 ITO, IZO, IZTO, IAZO, IGZO, IGTO, AZO, ATO, SiO2, SiOx, SiOxNy, Si3N4, Al2O3, TiO2 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 보호층(163)의 내측부는 상기 제2도전형 반도체층(127)의 아래에 접촉될 수 있으며, 외측부는 상기 발광 구조물(120)의 측벽보다 외측에 배치된다.
상기 오믹 접촉층(165)은 상기 제2도전형 반도체층(127) 아래에 물리적으로 접촉된다. 상기 오믹 접촉층(165)은 반도체와의 오믹 특성을 향상 시킬 수 있는 물질로 형성될 수 있다. 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 반사율이 70% 이상인 금속으로 형성될 수 있다. 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(127) 아래에 접촉될 수 있으며, 금속으로 오믹 접촉하거나 ITO와 같은 저 전도 물질로 오믹 접촉할 수 있으며, 이 경우 상기의 오믹 접촉층(165)은 형성하지 않을 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. 또한 상기 반사층은(167)은 굴절률이 다른 복수의 절연물질로 형성될 수 있다.
상기 본딩층(169) 아래에는 전도성 지지부재(173)가 형성되며, 상기 지지 부재(173)는 금속 또는 캐리어 웨이퍼로 형성될 수 있으며, 예컨대 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 전도성 지지부재(173)는 다른 예로서, 전도성 시트로 구현될 수 있다.
실시 예는 발광 구조물(120) 위에 제1전극(181)이 배치되고, 아래에 전도성 지지 부재(173)를 갖는 수직형 발광 소자를 제공할 수 있다. 상기 발광 구조물(120)의 상면 및 측면 중 적어도 하나에는 형광체층 및 확산층이 배치될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
발광 소자(100)의 열 전달 특성은 90% 이상이 접촉에 의한 전도 모드로 열이 전달된다. 그리고, 램프와 같은 고 선명의 조명 장치에는 발광 소자(100)의 개수를 증가시키는 것보다는 대면적의 칩을 탑재하고 있으며, 대면적의 LED 칩은 적어도 한 변이 1mm 이상의 크기로 정의될 수 있다. 예를 들면, 칩(chip)의 하면 면적이 1mm×1mm 이상인 경우 대면적이라 한다. 발광 소자(100)가 대면적일수록 내부에서 발생되는 열 또한 비례하여 증가하게 되어, 방열 문제의 개선이 요구된다. 발광 소자(100)는 하면에 접촉된 기판의 금속 패드나 패키지의 리드 프레임과 같은 탑재부를 통해 열 전도를 수행하지만, 발광 소자(100)의 하면 면적이 커질수록 발광 소자(100)의 하면과 탑재부 사이의 접촉이 불 균일하게 된다. 이는 발광 소자(100)의 하면이 100%의 접촉될 확률이 낮아, 하면 영역에서의 보이드(void)를 완전히 없애는 것도 어렵고, 보이드를 일정한 패턴으로 관리하지 못하게 된다. 이러한 불규칙한 보이드의 영역은 발광 소자의 하부에서의 영역별 방열 효율이 달라지게 되어, 칩 효율이 저하되는 문제가 발생된다. 또한 발광 소자의 접촉 영역 차이에 따른 응력이 증가될 수 있어, 칩(Chip)의 수명에도 영향을 미치게 된다. 이러한 이유로 발광 소자의 제품의 신뢰도를 저하시키는 원인이 된다. 실시 예는 발광 소자의 아래에 보이드의 영역을 균일하게 배치하여, 불 균일한 열 저항을 개선시켜 줄 수 있다.
실시 예는 발광 소자(100)는 하부에 복수의 도전부(175)를 포함한다. 상기 복수의 도전부(175)는 상기 전도성 지지부재(173)의 하부에서 상기 발광 구조물(120)의 반대측 방향으로 형성되며, 서로 이격된다. 상기 도전부(175)의 하면은 요철 구조로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 도전부(175)는 패드로 사용되며, 그 재질은 유테틱 메탈(eutectic metal)일 수 있으며, 예컨대, 골드틴(Au-Sn), 레드 틴(Pb-Sn), 인듐(In) 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 이러한 물질은 예컨대 E-beam 방법으로 형성될 수 있다. 상기 도전부(175)는 상기 전도성 지지부재(173)의 재질과 다른 재질로 형성될 수 있다.
상기 도전부(175)는 상기 전도성 지지부재(173)의 하면(174)으로부터 0.6㎛ -6㎛ 정도로 돌출되며, 상기 도전부(175) 간의 간격(D3)은 상기 각 도전부(173)의 너비(D2)와 다르게 예컨대, 도전부(173)의 너비(D2)보다 더 넓게 형성될 수 있다.
상기 도전부(173)의 하면 너비와 상면 너비는 서로 동일하거나 다를 수 있으며, 예컨대 하면 너비가 더 넓거나 좁을 수 있다. 상기 도전부(173)의 하면 너비가 상면 너비보다 더 넓을수록 접촉에 의한 열 전도 효율은 더 개선될 수 있다. 상기 도전부(173)의 측 단면 형상은 다각형 또는 곡면을 갖는 기둥 형상을 포함하며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 전도성 지지부재(173)의 하면 면적 중에서 상기 도전부(175)를 제외한 보이드(Void)(176)의 면적은 10% 이상 내지 25% 이하로 형성될 수 있으며, 예컨대 10%-20% 범위로 형성될 수 있다. 도 7에 도시된 바와 같이, 보이드(176)의 비율이 25%이상인 구간이 25% 이하인 구간에 비해 열 저항(thermal resistance)의 증가 비율이 더 높게 나타남으로써, 상기 보이드(176)의 비율이 25% 이하인 경우 보이드(176)에 의한 열 저항이 낮아짐으로써, 방열 효율은 개선될 수 있다.
상기 전도성 지지부재(173)의 하면 면적 중에서 상기 도전부(175)의 면적은 75% 이상 예컨대, 75%-90%로 형성될 수 있으며, 이러한 도전부(175)의 면적은 넓을수록 열 전도 효율이 개선되지만, 도전부(175) 사이에 보이드(176)를 25% 이하로 배치한 경우, 열 저항이 더 낮아지는 효과가 있다.
발광 소자(100)는 도전부(175)를 통해 1차적으로 수직 방향으로 열 전도가 이루어지고, 상기 도전부(175) 사이의 보이드(176)를 통해 발광 소자(100)의 수평 방향 즉, 외측(S1,S2) 방향으로 2차 열 전도가 이루어진다. 이때 상기 보이드(176)로 인해 도전부(175)에 의한 열 전도 효율은 더 개선될 수 있다.
도 2와 같이, 발광 소자(100)의 도전부(175)는 기판(111)의 상면(112)에 배치된 금속 패드(113) 상에 접합 부재(115)로 탑재될 수 있다. 상기 기판(111)은 예를 들어, 수지계열의 기판, 메탈 코어 PCB(MCPCB, Metal Core PCB), 연성 PCB(FPCB, Flexible PCB), 세라믹 기판, FR-4 기판 중에서 선택적으로 형성될 수 있다. 상기 접합 부재(115)는 솔더 페이스트 재질일 수 있으며, 이에 대해 한정하는 않는다.
상기 접합 부재(115)는 상기 기판(111)의 금속 패드(113)와 상기 도전부(175) 사이에 상기 금속 패드(113)와 상기 도전부(175)에 일대일 대응되어, 상기 도전부(175) 각각을 상기 금속 패드(113)에 물리적으로 접합시켜 준다.
상기 접합 부재(115)는 상기 발광 소자(100)의 전도성 지지 부재(173)의 하면(174)으로부터 이격되며, 이는 상기 도전부(175)의 두께가 0.5㎛-6㎛로 돌출되므로, 상기 접합 부재(115)를 전도성 지지 부재(173)의 하면(174)으로부터 이격시켜 줄 수 있다. 상기 접합 부재(115)의 하면 너비(D1)는 상기 도전부(175)의 너비(D2)보다는 더 넓게 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 발광 소자(100)의 도전부(175) 사이에 보이드(176)를 배치함으로써, 상기 발광 소자(100)의 도전부(175)는 보이드(176) 이외의 영역에서 기판(111)의 금속 패드(113)와 균일하게 접촉될 수 있어, 발광 소자의 열 저항은 더 낮아질 수 있고 방열 효율도 개선시켜 줄 수 있다. 또한 도전부(175)를 미리 설정된 간격 및 너비로 형성할 수 있어, 열 응력을 완화시켜 줄 수 있다. 여기서, 상기 열 저항은 발광 소자에서 온도에 따른 순방향 전압(Vf)의 변화율로 측정할 수 있다.
상기 보이드(176)는 상기 전도성 지지부재(173)의 하면(174)과 상기 기판(111)의 상면 사이에 배치된다. 이에 따라 상기 발광 소자(100)에서 발생된 열은 상기 도전부(175)를 통해 기판(111)으로 균일하게 열 전도될 수 있으며, 또한 상기 보이드(176)를 통해 수평 방향의 대류로 열 전달을 수행하게 된다. 이에 따라 발광 소자(100)의 방열 효율이 개선될 수 있다.
도 3은 도 1의 발광 소자의 하면을 나타낸 도면이다.
도 3을 참조하면, 전도성 지지부재(173)의 하면(174)에 배치된 도전부(175)는 표면 형상이 다각형 형상이거나, 타원 또는 원형과 같이 곡면을 갖는 형상을 포함하며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 도전부(175)는 전도성 지지부재(173)의 중심을 기준으로 서로 대칭 구조로 배열될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 도전부(175)는 서로 일정한 간격으로 이격된 격자 구조로 배치될 수 있으며, 상기 도전부(175) 사이의 보이드(176)는 서로 연결되고 발광 소자(100)의 측 방향으로 노출된다.
상기 도전부(175) 중 일부는 발광 소자(100)의 모서리 부분에 배치되어, 발광 소자(100)를 안정적으로 지지할 수 있다.
상기 도전부(175)의 면적은 전도성 지지부재(173)의 하면 면적의 75%-90% 범위로 형성될 수 있으며, 상기 보이드(176)의 영역은 10%-25% 범위로 형성될 수 있다. 또한 상기 보이드(176) 영역은 상기 도전부(175)의 면적에 비해 1/3-1/9의 비율로 형성될 수 있다.
도 4는 도 1의 발광 소자의 하면의 다른 예를 나타낸 도면이다.
도 4를 참조하면, 발광 소자의 도전부는 서로 다른 형상을 갖는 제1도전부(177,177A)와 제2도전부(178)를 포함할 수 있다. 상기 제1도전부(177,177A)는 사각형 기둥 형상이며, 상기 제2도전부(178)는 삼각형 기둥 형상일 수 있다.
상기 제1도전부(177,177A) 중 센터 측 돌기(177A)는 제2도전부(178)의 꼭대기 부분에 꼭대기가 대응되게 배치되어, 발광 소자의 하부 센터 영역에서 발생된 열을 측 방향으로 원활하게 유도할 수 있다. 상기 센터 측 돌기(177A)는 마름모 형상을 포함한다. 제1도전부(177,177A)는 발광 소자의 각 모서리 부분과 센터 영역에 각각 배치함으로써, 발광 소자의 하부를 보다 효과적으로 지지할 수 있다. 제2도전부(178)는 상기 제1도전부(177) 사이에 배치되어, 상기 발광 소자를 지지하면서, 열 전도를 수행하게 된다.
상기 도전부(177,177A,178)의 면적은 전도성 지지부재(173)의 하면 면적의 75%-90% 범위로 형성될 수 있으며, 상기 보이드(176)의 영역은 10%-25% 범위로 형성될 수 있다. 또한 상기 보이드(176) 영역은 상기 도전부(177,177A,178)의 면적에 비해 1/3-1/9의 비율로 형성될 수 있다.
도 3 및 도 4에 도시된 발광 소자의 도전부들은 서로 이격되어 배치되고, 도 7과 같이 보이드의 비율이 25% 이하 예컨대 10%-20% 범위인 경우, 보이드의 영역에 의한 발광 소자의 열 저항이 낮아지게 되어, 방열 효율이 개선될 수 있다. 실시 예는 보이드의 영역이 서로 이격된 도전부들 사이에 일정 영역으로 각각 형성됨으로써, 도전부들에 의한 열 전달 효율이 증가될 수 있고, 이에 따라 열 저항이 개선될 수 있다.
도 5는 제2실시 예에 따른 발광 소자의 측 단면도이다. 제2실시 예를 설명함에 있어서, 제1실시 예와 동일한 부분에 대해서는 제1실시 예를 참조하며 중복 설명은 생략하기로 한다.
도 5를 참조하면, 발광 소자(101)는 전도성 지지부재(173)에 형성된 복수의 도전부(173-1)를 형성하게 된다. 상기 도전부(173-1)는 하면에 골드틴(Au-Sn), 레드 틴(Pb-Sn), 인듐(In)와 같은 본딩층이 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 도전부(173-1)는 상기 전도성 지지부재(173)로부터 돌출되며, 서로 이격된다. 상기 도전부(173-1) 사이의 보이드(176)에 대응되는 상기 전도성 지지부재(173)의 하면은 요철 패턴(174A)이 형성된다. 상기 보이드(176)에 대응되는 영역이 요철 패턴(174A)으로 형성됨으로써, 보이드(176)와의 접촉 면적이 증가하여 대류에 의한 방열 효율이 증가하게 된다. 상기 요철 패턴(174A)의 비율은 상기 보이드(176)의 비율과 대응되는 비율로서, 전도성 지지부재(173)의 하면 면적 중에서 적어도 25% 이하 예컨대 10%-20%의 비율로 형성될 수 있다.
다른 예로서, 상기 도전부(173-1)의 하면에도 요철 패턴이 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 발광 소자(101)는 도전부(173-1)로 상기 기판(111)의 상면(112)에 배치된 금속 패드(113)에 유테틱 본딩 방식으로 직접 접합되거나, 도 2와 같이 별도의 접합 부재를 이용하여 접합될 수 있다.
도 6은 제3실시 예에 따른 발광 소자의 측 단면도를 나타낸 도면이다. 제3실시 예에 있어서, 제1실시 예에 동일한 부분에 대해서는 제1실시 예를 참조하며 중복 설명은 생략하기로 한다.
도 6을 참조하면, 발광 소자(102)는 전도성 지지부재(173)의 하부에 도전부(179)를 구비한다. 상기 도전부(179)는 제1하면(179A)이 상기 기판(111)의 금속 패드(113) 상에 접촉되며, 제1하면(179A) 보다 센터측 방향에 더 가까운 제2하면(179B)은 상기 보이드(176)에 대응될 수 있다. 상기의 제2하면(179B)은 곡면이거나 경사진 면일 수 있다. 상기 제1하면(179A)은 제2하면(179B) 보다 더 좁은 면적으로 형성될 수 있다. 상기 도전부(179)의 하면은 요철 구조로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 도전부(179)는 제1두께를 갖는 외측부와, 상기 제1두께보다 얇은 제2두께를 갖는 내측부를 포함할 수 있다. 상기 도전부(179)의 내측부는 상기 기판(111)의 하면(112)로부터 이격되게 배치될 수 있다.
상기 도전부(179)는 전도성 지지부재(173)의 각 모서리 부분에 배치되며, 발광 소자(102)의 외측(S1,S2) 방향에서 내측 방향으로 갈수록 두께가 점차 얇아지는 구조로 형성될 수 있다.
상기 도전부(179)의 제1하면(179A) 사이의 간격(D5)은 전도성 지지부재(173)의 하면 너비의 1/2 이상일 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 도전부(179) 사이의 보이드(176)의 영역은 도전부(179)에서 멀어질수록 수직 높이가 더 커지게 되며, 그 최대 높이(D4)는 상기 도전부(179)의 두께와 동일하거나 더 낮을 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 보이드(176)는 반구형 또는 반 타원형일 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 보이드(176) 위에 상기 도전부(179)가 배치됨으로써, 보이드(176)에서의 대류 현상은 더 증가될 수 있고, 이에 따라 방열 효율은 개선될 수 있다.
상기 기판(111)의 금속 패드(113)는 복수개가 서로 이격되거나, 단일 개로 배치될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 발광 소자(102)의 도전부(179)는 상기 기판(111) 상의 금속 패드(113)에 유테틱 본딩 방식으로 직접 접합되거나, 도 2와 같이 별도의 접합 부재를 이용하여 접합될 수 있다.
실시예에 따른 발광 소자들은 조명 장치에 적용될 수 있다. 상기 조명 장치는 복수의 발광 소자가 어레이된 구조를 포함하며, 도 8 및 도 9에 도시된 표시 장치, 도 10에 도시된 조명 장치를 포함하고, 조명등, 신호등, 차량 전조등, 전광판 등이 포함될 수 있다.
도 8은 실시 예에 따른 표시 장치의 분해 사시도이다.
도 8을 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 9는 실시 예에 따른 발광 소자를 갖는 표시 장치를 나타낸 도면이다.
도 9를 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)는 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 10은 실시 예에 따른 조명 장치의 사시도이다.
도 10을 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.
111: 기판 113: 금속 패드
100,101,102: 발광 소자 120: 발광 구조물
121:제1도전형 반도체층 123:활성층
125: 제2도전형 클래드층 127: 제2도전형 반도체층
170: 제2전극층 173: 전도성 지지부재
175, 177,177A,178,173-1, 179: 도전부
176: 보이드

Claims (13)

  1. 제2도전형 반도체층; 상기 제2도전형 반도체층 위에 제1도전형 반도체층; 상기 제1도전형 반도체층과 상기 제2도전형 반도체층 사이에 활성층을 포함하는 발광 구조물;
    상기 발광 구조물 아래에 전도성 지지부재; 및
    상기 전도성 지지부재의 아래에 서로 이격되게 배치된 복수의 도전부를 포함하는 발광 소자.
  2. 제1항에 있어서, 상기 복수의 도전부는 상기 전도성 지지부재와 다른 재질로 형성되는 발광 소자.
  3. 제1항에 있어서, 상기 복수의 도전부는 상기 전도성 지지부재로부터 돌출된 발광 소자.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 복수의 도전부 사이에 상기 전도성 지지부재의 하면과 대응되는 보이드가 형성되며, 상기 보이드는 상기 전도성 지지부재의 하면 면적의 25% 이하로 형성되는 발광 소자.
  5. 제4항에 있어서, 상기 보이드는 상기 전도성 지지부재의 하면 면적의 10%-20% 범위로 형성되는 발광 소자.
  6. 제4항에 있어서, 상기 도전부는 상기 전도성 지지부재의 하면 면적의 75%-90% 범위로 형성되는 발광 소자.
  7. 제4항에 있어서, 상기 전도성 지지부재의 하면은 요철 패턴으로 형성되는 발광 소자.
  8. 제6항에 있어서, 상기 복수의 도전부는 서로 동일한 형상 또는 다른 형상을 포함하는 발광소자.
  9. 제4항에 있어서, 상기 도전부는 제1두께를 갖는 외측부 및 상기 제1두께보다 얇은 내측부를 포함하는 발광 소자.
  10. 제4항에 있어서, 상기 도전부의 두께는 0.5㎛-6㎛ 범위를 포함하는 발광 소자.
  11. 제4항에 있어서, 상기 전도성 지지부재와 상기 발광 구조물 사이에 복수의 전도층을 갖는 제2전극층을 포함하는 발광 소자.
  12. 제4항에 있어서, 상기 전도성 지지부재의 적어도 한 변은 1mm 이상인 발광소자.
  13. 제3항에 있어서, 상기 도전부의 하면에 본딩층을 더 포함하는 발광 소자.
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