KR20130065098A - 발광소자 패키지 및 이를 포함하는 조명시스템 - Google Patents

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KR20130065098A
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최광규
도형석
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엘지이노텍 주식회사
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Abstract

실시예는 제1 리드 프레임과 제2 리드 프레임; 상기 제1 리드 프레임과 제2 리드 프레임에 각각 전기적으로 연결된 발광소자; 및 상기 발광소자에서 방출된 제1 파장 영역의 빛에 의하여 여기되어 제2 파장 영역의 빛을 방출하는 형광체층을 포함하고, 상기 형광체층은 상기 발광소자 상에 위치하는 제1 형광체를 포함하는 제1 형광체층과, 상기 제1 형광체층 상에 위치하고 상기 제1 형광체와 입자의 크기가 다른 제2 형광체를 포함하는 제2 형광체층을 포함하는 발광소자 패키지을 제공한다.

Description

발광소자 패키지 및 이를 포함하는 조명시스템{Light emitting device package and lighting system including the same}
실시예는 발광소자 패키지 및 이를 포함하는 조명시스템을 제공한다.
반도체의 3-5족 또는 2-6족 화합물 반도체 물질을 이용한 발광 다이오드(Ligit Emitting Diode)나 레이저 다이오드와 같은 발광소자는 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 가능하며, 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 헤드 라이트 및 신호등에까지 응용이 확대되고 있다.
발광소자는 제1 도전형 반도체층을 통해서 주입되는 전자와 제2 도전형 반도체층을 통해서 주입되는 정공이 서로 만나서 활성층(발광층)을 이루는 물질 고유의 에너지 밴드에 의해서 결정되는 에너지를 갖는 빛을 방출한다. 발광소자 패키지에는 발광소자에서 방출된 빛에 의하여 형광체가 여기되어 활성층에서 방출된 빛보다 장파장 영역의 빛을 방출할 수 있다.
형광체는 방출되는 빛의 파장 영역에 따라 황색 형광체나 녹색 형광체 및 적색 형광체 등이 포함될 수 있는데, 각각의 형광체의 크기나 밀도가 상이할 수 있다. 여기서, 2개 이상의 형광체가 발광소자 패키지에 포함될 때, 형광체 재료의 도포 후의 경화 공정에서 밀도가 상대적으로 큰 형광체가 아래로 가라앉을 수 있으며, 따라서 형광체가 고루 섞이지 않으므로 발광소자에서 방출된 빛이 각각의 형광체에 고루 입사되지 않아서 발광소자 패키지의 색재현성이 저하될 수 있다.
실시예는 발광소자 패키지의 색재현성을 향상시키고자 한다.
실시예는 제1 리드 프레임과 제2 리드 프레임; 상기 제1 리드 프레임과 제2 리드 프레임에 각각 전기적으로 연결된 발광소자; 및 상기 발광소자에서 방출된 제1 파장 영역의 빛에 의하여 여기되어 제2 파장 영역의 빛을 방출하는 형광체층을 포함하고, 상기 형광체층은 상기 발광소자 상에 위치하는 제1 형광체를 포함하는 제1 형광체층과, 상기 제1 형광체층 상에 위치하고 상기 제1 형광체와 입자의 크기가 다른 제2 형광체를 포함하는 제2 형광체층을 포함하는 발광소자 패키지을 제공한다.
제2 형광체의 크기가 상기 제1 형광체의 크기의 1.5 배 내지 2.5배일 수 있고, 제1 형광체의 크기는 6 내지 10 마이크로 미터일 수 있으며, 제2 형광체의 크기는 9 내지 25 마이크로 미터일 수 있다.
발광소자 패키지는 제1 리드 프레임과 제2 리드 프레임을 고정하는 패키지 몸체를 더 포함할 수 있다.
발광소자 패키지는 상기 발광소자, 상기 제1 형광체층 및 상기 제2 형광체층 상에 위치하는 몰딩부를 더 포함할 수 있다.
패키지 몸체는 캐비티 구조를 포함하고, 상기 발광소자는 상기 캐비티의 바닥면에 배치될 수 있다.
제1 형광체층과 상기 제2 형광체층은 상기 캐비티의 내부에 배치될 수 있다.
제1 형광체층은 상기 발광소자를 둘러싸며 배치될 수 있다.
형광체층은, 상기 제2 형광체층 상에 위치하고 상기 제2 형광체와 입자의 크기가 다른 제3 형광체를 포함하는 제3 형광체층을 더 포함할 수 있다.
제3 형광체의 크기는 상기 제2 형광체의 크기의 1.5 배 내지 2.5 배일 수 있다.
다른 실시예는 상술한 발광소자 패키지를 포함하는 조명시스템을 제공한다.
또 다른 실시예는 발광 구조물의 주변에 캐비티 구조를 형성하는 단계; 상기 캐비티 구조에 제1 형광체와 상기 제1 형광체보다 밀도가 큰 제2 형광체를 포함하는 형광체 재료를 도포하여 상기 발광소자를 둘러싸는 단계; 및 상기 캐비티 구조의 오픈 영역을 서포터으로 차단하고, 상기 발광 구조물과 형광체 재료의 상하를 역전시키고 상기 형광체 재료를 경화하는 단계를 포함하는 발광소자 패키지의 제조방법을 제공한다.
실시예에 따르면, 발광소자 패키지 내에서 입자의 크기 및 밀도가 큰 형광체들이 발광소자로부터 멀리 배치되어, 입자 크기가 작은 적색 형광체 등이 발광소자로부터 방출되는 빛에 의하여 충분히 여기되므로 색재현성이 향상될 수 있다.
도 1은 발광소자 패키지의 일실시예를 나타낸 도면이고,
도 2는 발광소자 패키지의 다른 실시예를 나타낸 도면이고,
도 3a은 도 2의 'A'를 확대한 도면이고,
도 3b는 도 3a의 제1 형광체와 제2 형광체를 나타낸 도면이고,
도 4 및 도 5는 도 1의 발광소자의 일실시예들을 나타낸 도면이고,
도 6 내지 도 10은 발광소자 패키지의 제조방법의 일실시예를 나타낸 도면이고,
도 11은 도 10의 공정 후에 발광소자 단위로 다이싱한 상태를 나타낸 도면이고,
도 12는 발광소자 패키지의 또 다른 실시예를 나타낸 도면이고,
도 13은 도 11의 다른 실시예를 나타낸 도면이고,
도 14는 발광소자 패키지를 포함하는 헤드 램프의 일실시예를 나타낸 도면이고,
도 15는 발광소자 패키지를 포함하는 영상 표시장치의 일실시예를 나타낸 도면이다.
이하 상기의 목적을 구체적으로 실현할 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.
본 발명에 따른 실시 예의 설명에 있어서, 각 element의 " 상(위) 또는 하(아래)(on or under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상(위) 또는 하(아래)(on or under)는 두개의 element가 서로 직접(directly)접촉되거나 하나 이상의 다른 element가 상기 두 element사이에 배치되어(indirectly) 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 “상(위) 또는 하(아래)(on or under)”으로 표현되는 경우 하나의 element를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.
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 발광소자 패키지의 일실시예를 나타낸 도면이다.
실시예에 따른 발광소자 패키지(200)는 패키지 몸체(210)와, 상기 패키지 몸체(210)에 배치된 제1 리드 프레임(221) 및 제2 리드 프레임(222)과, 상기 패키지 몸체(210)에 설치되어 상기 제1 리드 프레임(221) 및 제2 리드 프레임(222)과 전기적으로 연결되는 따른 발광소자(100)를 포함한다.
발광소자는 도전성 접합층(230)을 통하여 제1 리드 프레임(221)에 고정될 수 있으며, 제2 리드 프레임(222)과 와이어(240) 본딩될 수 있다.
패키지 몸체(210)는 실리콘 재질, 합성수지 재질, 또는 금속 재질을 포함하여 형성될 수 있으며, 상기 발광소자(100)의 주위에 경사면이 형성되어 광추출 효율을 높일 수 있다.
제1 리드 프레임(221) 및 제2 리드 프레임(222)은 패키지 몸체(210)에 고정되고 서로 전기적으로 분리되며, 발광소자(100)에 전원을 제공한다. 또한, 제1 리드 프레임(221) 및 제2 리드 프레임(222)은 발광소자(100)에서 발생된 광을 반사시켜 광 효율을 증가시킬 수 있으며, 발광소자(100)에서 발생된 열을 외부로 배출시키는 역할을 할 수도 있다.
발광소자(100)는 수평형 발광소자나 수직형 발광소자 등일 수 있고, 하나 또는 2개 이상이 탑재될 수 있으며, 상기 패키지 몸체(110) 상에 배치되거나 상기 제1 리드 프레임(121) 또는 제2 리드 프레임(122) 상에 배치될 수 있다.
도 1에서 수직형(vertical type)의 발광소자(100)가 배치되고 있으며, 발광소자(100)는 도전성 접착층(135)를 통하여 제1 리드 프레임(221) 상에 배치되고 있다.
발광소자(100)는 상기 제1 리드 프레임(221) 및 제2 리드 프레임(222)과 와이어 방식, 플립칩 방식 또는 다이 본딩 방식 중 어느 하나에 의해 전기적으로 연결될 수도 있다. 도 1에서 발광소자(100)는 제1 리드 프레임(121)과 도전성 접착층(230)으로 연결되고 제2 리드 프레임(222)과 와이어(140)로 본딩되고 있다.
도 1에서 패키지 몸체(210)에 캐비티(cavity) 구조가 형성되고, 캐비티는 바닥면과 경사진 측벽으로 이루어진다. 상기 캐비티의 바닥면에 발광소자(100)가 배치되고, 발광소자(100)와 와이어(240)를 둘러싸며 상기 캐비티의 나머지 공간에 형광체층이 채워지고 있다.
상기 형광체층은 발광소자에서 방출된 제1 파장 영역의 빛에 의하여 제2 파장 영역의 빛을 방출하는데, 제2 파장 영역은 제1 파장 영역보다 장파장 영역일 수 있다.
제1 형광체층(250)과 제2 형광체층(260)을 포함하여 이루어진다. 제1 형광체층(250)은 발광소자(100)와 접촉하며 발광소자(100)를 둘러싸고 있으며, 제1 형광체(255)를 포함하여 이루어진다. 제2 형광체층(260)은 제1 형광체층(250)과 접촉하고 있으며, 제2 형광체(265)를 포함하여 이루어진다.
제1 형광체층(250)과 제2 형광체층(260)은 상술한 제1,2 형광체(255, 265) 외에 실리콘 수지 등을 포함하며 상기 발광소자(100)와 와이어(240) 등을 보호하는 몰딩부로 작용하고 있다.
본 실시예에서 제1 형광체(255)의 밀도가 제2 형광체(265)의 밀도보다 작을 수 있는데, 밀도가 작은 제1 형광체(255)를 아래에 배치하는 과정에 대하여는 후술한다.
제1 형광체(255)와 제2 형광체(265)는 실리케이트(Silicate) 형광체나 야그(YAG) 형광체 등이 사용될 수 있는데, 제1 형광체(255)는 적색 형광체일 수 있고, 제2 형광체(265)는 황색 형광체일 수 있다. 적색/황색 형광체는 형광체가 여기될 때 방출되는 빛의 파장 영역에 따라서 구분한 것이다.
본 실시예에서 발광소자(100)에서 방출된 빛이 제1 형광체(255)에 의하여 여기되어 적색광을 방출할 수 있으며, 발광소자에서 방출된 빛과 상술한 적색광에 의하여 제2 형광체(265)가 여기되어 황색광을 방출할 수 있다.
도 2는 발광소자 패키지의 다른 실시예를 나타낸 도면이다.
본 실시예에서는 패키지 몸체(210)가 캐비티 구조를 갖지 않고 있으며, 패키지 몸체(210)의 평탄한 상면에 발광소자(100)가 도전성 접합층(230)을 통하여 배치되고 있다.
그리고, 제1 형광체층(250)과 제2 형광체층(265)이 발광소자(100)의 상면에 접촉하며 배치되고 있는데, 제1 형광체층(250)과 제2 형광체층(260)은 컨포멀 코팅 방법으로 형성될 수 있고 후술하는 다른 방법으로 형성될 수도 있다.
발광소자(100)와 제1,2 형광체층(250, 260)의 주변에는 몰딩부(290)가 형성되어 발광소자(100)와 와이어(240) 등을 보호할 수 있다. 제1,2 형광체층(250, 260)의 조성 등은 도 1에서 설명한 실시예와 동일하다.
도 3a은 도 2의 'A'를 확대한 도면이고, 도 3b는 도 3a의 제1 형광체와 제2 형광체를 나타낸 도면이다. 도 3a 및 도 3b는 제1,2 형광체(255, 265)와 제1,2 형광체층(255, 265)의 배치와 크기 등을 나타내고 있으며, 도 1에서 설명한 형광체와 형광체층에도 적용될 수 있다.
제2 형광체(265)는 밀도 뿐만 아니라 크기도 제1 형광체(255)보다 클 수 있다. 도 3b에서 제2 형광체(265)의 크기(r2)는 제1 형광체(255)의 크기(r1)와 다를 수 있으며, 보다 크게 도시되어 있는데, 상술한 '크기'는 형광체가 구의 형상이면 직경을 뜻하고, 다각형 형상이면 한 변의 길이를 뜻한다.
제1 형광체(255)의 크기(r1)는 6 내지 10 마이크로 미터일 수 있고, 제2 형광체(265)의 크기(r2)는 9 내지 25 마이크로 미터일 수 있으며, 제2 형광체(265)의 크기(r2)는 제1 형광체(255)의 크기(r1)의 1.5 배 내지 2.5 배일 수 있다.
도 4 및 도 5는 도 1의 발광소자의 일실시예들을 나타낸 도면이다. 도 4는 수직형 발광소자를 나타내고, 도 5는 수평형 발광소자를 나타내고 있다.
도 4에 도시된 실시예에 따른 발광소자(100)는 도전성 지지기판(metal support, 170) 상에 접합층(160)과 반사층(150)과 오믹층(140)과 발광 구조물(120)이 적층되어 이루어진다.
도전성 지지기판(170)은 제2 전극의 역할을 할 수 있으므로 전기 전도도가 우수한 금속을 사용할 수 있고, 발광 소자 작동시 발생하는 열을 충분히 발산시킬 수 있어야 하므로 열전도도가 높은 금속을 사용할 수 있다.
상기 도전성 지지기판(170)은 몰리브덴(Mo), 실리콘(Si), 텅스텐(W), 구리(Cu) 및 알루미늄(Al)로 구성되는 군으로부터 선택되는 물질 또는 이들의 합금으로 이루어질 수 있으며, 또한, 금(Au), 구리합금(Cu Alloy), 니켈(Ni), 구리-텅스텐(Cu-W), 캐리어 웨이퍼(예: GaN, Si, Ge, GaAs, ZnO, SiGe, SiC, SiGe, Ga2O3 등) 등을 선택적으로 포함할 수 있다.
또한, 상기 도전성 지지기판(170)은 전체 질화물 반도체에 휨을 가져오지 않으면서, 스크라이빙(scribing) 공정 및 브레이킹(breaking) 공정을 통하여 별개의 칩으로 잘 분리시키기 위한 정도의 기계적 강도를 가질 수 있다.
접합층(160)은 상기 반사층(150)과 상기 도전성 지지기판(170)을 결합하며, 상기 반사층(150)이 결합층(adhesion layer)의 기능을 수행할 수도 있다. 상기 접합층은(160) 금(Au), 주석(Sn), 인듐(In), 알루미늄(Al), 실리콘(Si), 은(Ag), 니켈(Ni) 및 구리(Cu)로 구성되는 군으로부터 선택되는 물질 또는 이들의 합금으로 형성할 수 있다.
상기 반사층(150)은 약 2500 옹스르통의 두께일 수 있다. 상기 반사층(150)은 알루미늄(Al), 은(Ag), 니켈(Ni), 백금(Pt), 로듐(Rh), 혹은 Al이나 Ag이나 Pt나 Rh를 포함하는 합금을 포함하는 금속층으로 이루어질 수 있다. 알루미늄이나 은 등은 활성층(134)에서 발생된 빛을 효과적으로 반사하여 발광소자의 광추출 효율을 크게 개선할 수 있다.
상기 발광 구조물(120), 특히 상기 제2 도전형 반도체층(126)은 불순물 도핑 농도가 낮아 접촉 저항이 높으며 그로 인해 오믹 특성이 좋지 못할 수 있으므로, 이러한 오믹 특성을 개선하기 위해 오믹층(140)으로 투명 전극 등을 형성할 수 있다.
상기 오믹층(140)은 약 200 옹스트롱의 두께일 수 있다. 상기 오믹층(140)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), IZON(IZO Nitride), AGZO(Al-Ga ZnO), IGZO(In-Ga ZnO), ZnO, IrOx, RuOx, NiO, RuOx/ITO, Ni/IrOx/Au, 및 Ni/IrOx/Au/ITO, Ag, Ni, Cr, Ti, Al, Rh, Pd, Ir, Sn, In, Ru, Mg, Zn, Pt, Au, Hf 중 적어도 하나를 포함하여 형성될 수 있으며, 이러한 재료에 한정되는 않는다.
상기 발광 구조물(120)은 제1 도전형 반도체층(122)과 상기 제1 도전형 반도체층(122) 상에 형성되고 광을 방출하는 활성층(124)과 상기 활성층(124) 상에 형성된 제2 도전형 반도체층(126)을 포함한다.
상기 제1 도전형 반도체층(122)은 제1 도전형 도펀트가 도핑된 3족-5족 화합물 반도체로 구현될 수 있으며, 상기 제1 도전형 반도체층(122)이 N형 반도체층인 경우, 상기 제1도전형 도펀트는 N형 도펀트로서, Si, Ge, Sn, Se, Te를 포함할 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
상기 제1 도전형 반도체층(122)은 AlxInyGa(1-x-y)N (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질을 포함할 수 있다. 상기 제1 도전형 반도체층(122)은 GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN,AlGaAs, InGaAs, AlInGaAs, GaP, AlGaP, InGaP, AlInGaP, InP 중 어느 하나 이상으로 형성될 수 있다.
활성층(124)은 제1 도전형 반도체층(132)을 통해서 주입되는 전자와 이후 형성되는 제2 도전형 반도체층(126)을 통해서 주입되는 정공이 서로 만나서 활성층(발광층) 물질 고유의 에너지 밴드에 의해서 결정되는 에너지를 갖는 빛을 방출하는 층이고, 활성층(124)에서 방출되는 빛은 가시광선 영역 외에 자외선 영역의 광이 방출될 수도 있다.
상기 활성층(124)은 단일 양자 우물 구조, 다중 양자 우물 구조(MQW: Multi Quantum Well), 양자 선(Quantum-Wire) 구조, 또는 양자 점(Quantum Dot) 구조 중 적어도 어느 하나로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 활성층(124)은 트리메틸 갈륨 가스(TMGa), 암모니아 가스(NH3), 질소 가스(N2), 및 트리메틸 인듐 가스(TMIn)가 주입되어 다중 양자우물구조가 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 활성층(124)의 우물층/장벽층은 InGaN/GaN, InGaN/InGaN, GaN/AlGaN, InAlGaN/GaN, GaAs(InGaAs)/AlGaAs, GaP(InGaP)/AlGaP 중 어느 하나 이상의 페어 구조로 형성될 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 상기 우물층은 상기 장벽층의 밴드 갭보다 낮은 밴드 갭을 갖는 물질로 형성될 수 있다.
상기 활성층(124)의 위 또는/및 아래에는 도전형 클래드층(미도시)이 형성될 수 있다. 상기 도전형 클래드층은 AlGaN계 반도체로 형성될 수 있으며, 상기 활성층(124)의 밴드 갭보다는 높은 밴드 갭을 갖을 수 있다.
상기 제2 도전형 반도체층(126)은 제2 도전형 도펀트가 도핑된 3족-5족 화합물 반도체 예컨대, InxAlyGa1 -x- yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질을 포함할 수 있다. 상기 제2 도전형 반도체층(126)이 P형 반도체층인 경우, 상기 제2도전형 도펀트는 P형 도펀트로서, Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등을 포함할 수 있다.
발광 구조물(120)의 상부, 즉 제1 도전형 반도체층(122)의 표면에는 제1 전극(180)이 형성될 수 있는데, 알루미늄(Al), 티타늄(Ti), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 구리(Cu), 금(Au) 중 적어도 하나를 포함하여 단층 또는 다층 구조로 형성될 수 있다.
발광 구조물(120)의 측면에는 패시베이션층(passivation layer, 190)이 형성될 수 있다.
상기 패시베이션층(190)은 절연물질로 이루어질 수 있으며, 상기 절연물질은 비전도성인 산화물이나 질화물로 이루어질 수 있다. 일 예로서, 상기 패시베이션층(190)은 실리콘 산화물(SiO2)층, 산화 질화물층, 산화 알루미늄층으로 이루어질 수 있다.
도 5에 도시된 실시예에 따른 발광소자(100)는, 제2 도전형 반도체층(126)과 활성층(124) 그리고, 제1 도전형 반도체층(122)의 일부 영역까지 메사 식각되어 상기 제1 도전형 반도체층(122)의 일부가 노출되어 있다. 즉, 절연성 물질로 기판(10)을 형성할 때, 제1 도전형 반도체층(122)의 일부 영역에 전류를 공급하기 위하여 전극이 형성될 공간을 확보하기 위함이다.
기판(10)과 발광 구조물(120)의 사이에는 버퍼층(20)이 형성될 수 있는데, 버퍼층(20)은 발광 구조물(120)과 기판(10) 사이의 재료의 격자 부정합 및 열 팽창 계수의 차이를 완화하기 위한 것이다. 상기 버퍼층(120)의 재료는 3족-5족 화합물 반도체 예컨대, GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN 중 적어도 하나로 형성될 수 있다.
발광 구조물(120)의 상부에는 투광성 도전층(130)이 배치되어 제2 도전형 반도체층(126)과 제2 전극(185)와의 컨택 특성을 향상시킬 수 있으며, 투광성 도전층(130)은 ITO 등으로 이루어질 수 있다.
그리고, 노출된 제1 도전형 반도체층(122) 상에 제1 전극(180)이 배치된다. 상기 제1 전극(180)은 알루미늄(Al), 티타늄(Ti), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 구리(Cu), 금(Au) 중 적어도 하나를 포함하여 단층 또는 다층 구조로 형성될 수 있다.
그리고, 제2 전극(185)이 투광성 도전층(130) 위에 배치되며, 제2 전극(185)은 제1 전극(180)과 동일한 재료로 이루어질 수 있다.
도 6 내지 도 10은 발광소자 패키지의 제조방법의 일실시예를 나타낸 도면이다. 이하에서, 도 6 내지 도 10을 참조하여 발광소자 패키지의 제조방법의 일실시예를 설명한다.
먼저, 도 6에 도시된 바와 같이 발광 구조물(300) 위에 감광막(Photo resist, 310)을 도포한다. 발광 구조물(300)은 기판 위에 제1 도전형 반도체층과 활성층 및 제2 도전형 반도체층이 차례로 적층된 웨이퍼 단위의 발광 구조물이고, 각각의 소자 단위로 다이싱(dicing)되기 이전이다.
그리고, 도 7에 도시된 바와 같이 감광막(310)을 선택적으로 패터닝한다. 감광막(310)의 패터닝은 도 6에 도시된 바와 같이 감광막(310) 위에 마스크(320)를 배치하고 감광막(310)을 선택적으로 노광하고 현상하여 이루어질 수 있다.
도 7에서 선택적으로 배치된 감광막(310)은 후에 발광 구조물(300)을 소자 단위로 다이싱할 때의 기준이 될 수 있다. 그리고, 인접한 감광막(310)은 폐곡면을 이루어 도 8에 도시된 바와 같이 형광체 재료(280)를 도포할 때, 발광 구조물(300)이 형광체 재료(280)를 아래에서 지지하고, 감광막(310)이 형광체 재료(280)를 측면에서 지지하도록 할 수 있다.
그리고, 도 8에 도시된 바와 같이 발광 구조물(300) 위에 형광체 재료(280)를 도포한다. 형광체 재료(280)는 제1 형광체(255)과 제2 형광체(265)를 포함하여 이루어진다. 제1 형광체(255)와 제2 형광체(265)의 조성과 밀도, 크기 등은 상술한 바와 동일하다.
형광체 재료(280)는 제1 형광체(255)와 제2 형광체(265) 외에 실리콘 수지 등 발광 구조물을 밀봉할 수 있는 재료를 포함할 수 있다.
그리고, 도 9에 배치된 바와 같이 서포터(340)를 감광막(320) 위에 배치하고, 도 8에 도시된 구조물을 상하로 역전시킨 후 형광체 재료(280)를 경화시킨다. 이때, 서포터(340)는 감광막(310)과 밀착되어 배치되어서 형광체 재료(280)가 경화되기 전에 외부로 흘러나가지 않도록 할 수 있다.
도 9에서 형광체 재료(280)의 경화 과정 중에 실리콘 수지 등이 경화되며, 상대적으로 밀도가 크고 크기가 큰 제2 형광제(265)가 제1 형광체(255)의 아래쪽에서 고정될 수 있다.
형광체 재료(280)의 경화가 완료된 후에, 서포터(340)를 제거하고 발광 구조물(300) 등의 위와 아래를 도 8에서와 같은 방향으로 배치한 상태가 도 10에 도시되어 있다.
도 10에서, 발광 구조물(300) 위에 형광체 재료(280)가 배치되는데, 형광체 재료(280) 내에서 밀도와 크기가 작은 제1 형광체(255)가 아래에 배치되고 밀도와 크기가 큰 제2 형광체(265)가 더 위에 배치되고 있다.
그리고, 감광막(310)을 제거하고 감광막(310)이 제거된 영역을 다이싱하면, 도 11에 도시된 바와 같이 소자 단위의 발광 구조물(300) 위에 제1 형광체(255)를 포함하는 제1 형광체층(250)이 배치되고, 제2 형광체(265)를 포함하는 제2 형광체층(260)이 제1 형광체층(250) 위에 배치된다.
제1,2 형광체층(250, 260)은 제1,2 형광체(255, 265) 외에 각각 실리콘 수지 등을 포함할 수 있는데, 상술한 형광체 재료(280) 내에 포함된 실리콘 수지 등이 경화된 것이며, 제1,2 형광체층(250, 260) 간의 경계가 뚜렷하지 않을 수 있다.
상술한 제1,2 형광체층(250, 260)이 배치된 발광 구조물(300)을 패키지 몸체와 리드 프레임과 연결하면 도 2에 도시된 발광소자 패키지가 된다.
도 12는 발광소자 패키지의 또 다른 실시예를 나타낸 도면이다. 본 실시예에 따른 발광소자 패키지는 도 1에 도시된 실시예와 유사하나, 3개의 형광체층을 포함하여 이루어진다.
즉, 형광체층은 발광소자(100)를 둘러싸고 제1 형광체(255)를 포함하는 제1 형광체층(250)과, 제1 형광체층(250) 위에 배치되고 제2 형광체(265)를 포함하는 제2 형광체층(260), 및 제2 형광체층(260) 위에 배치되고 제3 형광체(275)를 포함하는 제3 형광체층(270)을 포함하여 이루어진다.
여기서, 제3 형광체(275)는 밀도가 제1 형광체(255) 및 제2 형광체(265)와 다를 수 있으며 보다 클 수 있다. 그리고, 제3 형광체(275)의 크기는 상기 제2 형광체(265)의 크기의 1.5 배 내지 2.5 배일 수 있다. 예들 들어, 제1 형광체(255)가 적색 형광체이고, 제2 형광체(265)가 황색 형광체이고, 제3 형광체(275)가 녹색 형광체일 수 있으며, 상술한 형광체들은 실리케이트계열의 형광체이거나 야그 계열의 형광체일 수 있다.
도 13은 도 11의 다른 실시예를 나타낸 도면이다.
본 실시예에서는 발광 구조물(300) 위에 제1 형광체(255)를 포함하는 제1 형광체층(250)이 배치되고, 제2 형광체층(260)이 제1 형광체층(250) 위에 배치되고 제2 형광체(265)를 포함하며, 제3 형광체층(270)이 제2 형광체층(260) 위에 배치되며 제3 형광체(275)를 포함할 수 있다.
상술한 3층의 형광체층(250, 260, 270)은 발광 구조물(300) 위에 컨포멀 코팅으로 형성될 수 있으나, 도 6 내지 도 10에 도시된 방법으로 형성될 수 있으며 이때 형광체 재료 내에 밀도가 다른 3가지 형광체(255, 265, 275)를 포함하고 도포할 수 있다.
상술한 발광소자 패키지들은 입자의 크기 및 밀도가 큰 형광체들이 발광소자로부터 멀리 배치되어, 입자 크기가 작은 적색 형광체 등이 발광소자로부터 방출되는 빛에 의하여 충분히 여기되므로 색재현성이 향상될 수 있다.
실시 예에 따른 발광소자 패키지는 복수 개가 기판 상에 어레이되며, 상기 발광소자 패키지의 광 경로 상에 광학 부재인 도광판, 프리즘 시트, 확산 시트 등이 배치될 수 있다. 이러한 발광소자 패키지, 기판, 광학 부재는 라이트 유닛으로 기능할 수 있다.
또 다른 실시예는 상술한 실시 예들에 기재된 반도체 발광소자 또는 발광소자 패키지를 포함하는 표시 장치, 지시 장치, 조명 시스템으로 구현될 수 있으며, 예를 들어, 조명 시스템은 램프, 가로등을 포함할 수 있다. 이하에서는 상술한 발광소자 패키지가 배치된 조명 시스템의 일실시예로서, 헤드 램프와 백라이트 유닛을 설명한다.
도 14는 발광소자 패키지를 포함하는 헤드 램프의 일실시예를 나타낸 도면이다.
실시예에 따른 헤드 램프(400)는 발광소자 패키지가 배치된 발광소자 모듈(401)에서 방출된 빛이 리플렉터(402)와 쉐이드(403)에서 반사된 후 렌즈(404)를 투과하여 차체 전방을 향할 수 있다.
본 실시예에 따른 헤드 램프에 배치된 발광소자 패키지는 입자의 크기 및 밀도가 큰 형광체들이 발광소자로부터 멀리 배치되어, 입자 크기가 작은 적색 형광체 등이 발광소자로부터 방출되는 빛에 의하여 충분히 여기되므로 헤드 램프 전체의 색재현성이 향상될 수 있다.
도 15는 발광소자 패키지를 포함하는 영상표시장치의 일 실시예를 나타낸 도면이다.
도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 영상표시장치(500)는 광원 모듈과, 바텀 커버(510) 상의 반사판(520)과, 상기 반사판(520)의 전방에 배치되며 상기 광원모듈에서 방출되는 빛을 영상표시장치 전방으로 가이드하는 도광판(540)과, 상기 도광판(540)의 전방에 배치되는 제1 프리즘시트(550)와 제2 프리즘시트(560)와, 상기 제2 프리즘시트(560)의 전방에 배치되는 패널(570)과 상기 패널(570)의 전반에 배치되는 컬러필터(580)를 포함하여 이루어진다.
광원 모듈은 회로 기판(530) 상의 발광소자 패키지(535)를 포함하여 이루어진다. 여기서, 회로 기판(530)은 PCB 등이 사용될 수 있고, 발광소자 패키지(535)는 도 1에서 설명한 바와 같다.
바텀 커버(510)는 영상표시장치(500) 내의 구성 요소들을 수납할 수 있다. 반사판(520)은 본 도면처럼 별도의 구성요소로 마련될 수도 있고, 도광판(540)의 후면이나, 상기 바텀 커버(510)의 전면에 반사도가 높은 물질로 코팅되는 형태로 마련되는 것도 가능하다.
반사판(520)은 반사율이 높고 초박형으로 사용 가능한 소재를 사용할 수 있고, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PolyEthylene Terephtalate; PET)를 사용할 수 있다.
도광판(540)은 발광소자 패키지 모듈에서 방출되는 빛을 산란시켜 그 빛이 액정 표시 장치의 화면 전영역에 걸쳐 균일하게 분포되도록 한다. 따라서, 도광판(530)은 굴절률과 투과율이 좋은 재료로 이루어지는데, 폴리메틸메타크릴레이트(PolyMethylMethAcrylate; PMMA), 폴리카보네이트(PolyCarbonate; PC), 또는 폴리에틸렌(PolyEthylene; PE) 등으로 형성될 수 있다. 또한, 도광판(540)이 생략되면 에어 가이드 방식의 표시장치가 구현될 수 있다.
상기 제1 프리즘 시트(550)는 지지필름의 일면에, 투광성이면서 탄성을 갖는 중합체 재료로 형성되는데, 상기 중합체는 복수 개의 입체구조가 반복적으로 형성된 프리즘층을 가질 수 있다. 여기서, 상기 복수 개의 패턴은 도시된 바와 같이 마루와 골이 반복적으로 스트라이프 타입으로 구비될 수 있다.
상기 제2 프리즘 시트(560)에서 지지필름 일면의 마루와 골의 방향은, 상기 제1 프리즘 시트(550) 내의 지지필름 일면의 마루와 골의 방향과 수직할 수 있다. 이는 광원 모듈과 반사시트로부터 전달된 빛을 상기 패널(570)의 전방향으로 고르게 분산하기 위함이다.
본 실시예에서 상기 제1 프리즘시트(550)과 제2 프리즘시트(560)가 광학시트를 이루는데, 상기 광학시트는 다른 조합 예를 들어, 마이크로 렌즈 어레이로 이루어지거나 확산시트와 마이크로 렌즈 어레이의 조합 또는 하나의 프리즘 시트와 마이크로 렌즈 어레이의 조합 등으로 이루어질 수 있다.
상기 패널(570)은 액정 표시 패널(Liquid crystal display)가 배치될 수 있는데, 액정 표시 패널(560) 외에 광원을 필요로 하는 다른 종류의 디스플레이 장치가 구비될 수 있다.
상기 패널(570)은, 유리 바디 사이에 액정이 위치하고 빛의 편광성을 이용하기 위해 편광판을 양 유리바디에 올린 상태로 되어있다. 여기서, 액정은 액체와 고체의 중간적인 특성을 가지는데, 액체처럼 유동성을 갖는 유기분자인 액정이 결정처럼 규칙적으로 배열된 상태를 갖는 것으로, 상기 분자 배열이 외부 전계에 의해 변화되는 성질을 이용하여 화상을 표시한다.
표시장치에 사용되는 액정 표시 패널은, 액티브 매트릭스(Active Matrix) 방식으로서, 각 화소에 공급되는 전압을 조절하는 스위치로서 트랜지스터를 사용한다.
상기 패널(570)의 전면에는 컬러 필터(580)가 구비되어 상기 패널(570)에서 투사된 빛을, 각각의 화소마다 적색과 녹색 및 청색의 빛만을 투과하므로 화상을 표현할 수 있다.
본 실시예에 따른 영상표시장치에 배치된 발광소자 패키지는 입자의 크기 및 밀도가 큰 형광체들이 발광소자로부터 멀리 배치되어, 입자 크기가 작은 적색 형광체 등이 발광소자로부터 방출되는 빛에 의하여 충분히 여기되므로 영상표시장치 전체의 색재현성이 향상될 수 있다.
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.
10 : 기판 20 : 버퍼층
100 : 발광소자 120, 300 : 발광 구조물
122, 126 : 제1,2 도전형 반도체층 124 : 활성층
130 : 투광성 도전층 140 : 오믹층
150 : 반사층 160 : 결합층
170 : 도전성 지지기판 180, 185 : 제1,2 전극
190 : 패시베이션층
200 : 발광소자 패키지 210 : 패키지 몸체
221, 222 : 제1,2 리드 프레임
230 : 도전성 접착층 240 : 와이어
250, 260, 270 : 제1,2,3 형광체층
255, 265, 275 : 제1,2,3 형광체
280 : 형광체 재료 290 : 몰딩부
310 : 감광막 340 : 서포터
400 : 헤드 램프 410 : 발광소자 모듈
420 : 리플렉터 430 : 쉐이드
440 : 렌즈
800 : 표시장치 810 : 바텀 커버
820 : 반사판 830 : 회로 기판 모듈
840 : 도광판 850, 860 : 제1,2 프리즘 시트
870 : 패널 880 : 컬러필터

Claims (13)

  1. 제1 리드 프레임과 제2 리드 프레임;
    상기 제1 리드 프레임과 제2 리드 프레임에 각각 전기적으로 연결된 발광소자; 및
    상기 발광소자에서 방출된 제1 파장 영역의 빛에 의하여 여기되어 제2 파장 영역의 빛을 방출하는 형광체층을 포함하고,
    상기 형광체층은 상기 발광소자 상에 위치하는 제1 형광체를 포함하는 제1 형광체층과, 상기 제1 형광체층 상에 위치하고 상기 제1 형광체와 입자의 크기가 다른 제2 형광체를 포함하는 제2 형광체층을 포함하는 발광소자 패키지.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2 형광체의 크기가 상기 제1 형광체의 크기의 1.5 배 내지 2.5 배인 발광소자 패키지.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 형광체의 크기는 6 내지 10 마이크로 미터인 발광소자 패키지.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2 형광체의 크기는 9 내지 25 마이크로 미터인 발광소자 패키지.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 리드 프레임과 상기 제2 리드 프레임을 고정하는 패키지 몸체를 더 포함하는 발광소자 패키지.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 발광소자, 상기 제1 형광체층 및 상기 제2 형광체층 상에 위치하는 몰딩부를 더 포함하는 발광소자 패키지.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 패키지 몸체는 캐비티 구조를 포함하고, 상기 발광소자는 상기 캐비티의 바닥면에 배치되는 발광소자 패키지.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제1 형광체층과 상기 제2 형광체층은 상기 캐비티의 내부에 배치되는 발광소자 패키지.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제1 형광체층은 상기 발광소자를 둘러싸며 배치되는 발광소자 패키지.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 형광체층은,
    상기 제2 형광체층 상에 위치하고 상기 제2 형광체와 입자의 크기가 다른 제3 형광체를 포함하는 제3 형광체층을 더 포함하는 발광소자 패키지.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제3 형광체의 크기는 상기 제2 형광체의 크기의 1.5 배 내지 2.5 배인 발광소자 패키지.
  12. 제1 항 내지 제11 항 중 어느 한 항의 발광소자 패키지를 포함하는 조명시스템.
  13. 발광 구조물의 주변에 캐비티 구조를 형성하는 단계;
    상기 캐비티 구조에 제1 형광체와 상기 제1 형광체보다 밀도가 큰 제2 형광체를 포함하는 형광체 재료를 도포하여 상기 발광소자를 둘러싸는 단계; 및
    상기 캐비티 구조의 오픈 영역을 서포터으로 차단하고, 상기 발광 구조물과 형광체 재료의 상하를 역전시키고 상기 형광체 재료를 경화하는 단계를 포함하는 발광소자 패키지의 제조방법.
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