KR20140096653A - 발광 소자 및 그를 포함하는 발광소자 패키지 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 발광소자는 기판; 기판 상에 배치되고, 제1 반도체층, 제2 반도체층 및 제1 반도체층과 제2 반도체층 사이에 배치되는 활성층을 포함하는 발광구조물; 제2 반도체층 상에 배치되는 투명전극층; 투명전극층 상에 배치되고, 절연물질을 포함하는 절연층; 절연층 상에 배치되고, 형광체를 포함하는 형광체층; 및 형광체층과 절연층 사이에 배치되며, 형광체층 및 절연층의 굴절율보다 큰 굴절율을 가지는 가이드층;을 포함한다.

Description

발광 소자 및 그를 포함하는 발광소자 패키지{Light emitting device}
실시예는 발광 소자 및 그를 포함하는 발광소자 패키지에 관한 것이다.
발광 다이오드(Light Emitting Diode, LED)는 화합물 반도체의 특성을 이용해 전기 신호를 광의 형태로 변환시키는 소자로, 가정용 가전제품, 리모컨, 전광판, 표시기, 각종 자동화 기기 등에 사용되고 있으며, 점차 사용 영역이 넓어지고 있는 추세이다.
발광소자는 순방향전압 인가시 n층의 전자(electron)와 p층의 정공(hole)이 결합하여 전도대(Conduction band)와 가전대(Valance band)의 에너지 갭에 해당하는 만큼의 에너지를 발산하는데, 주로 열이나 빛의 형태로 방출되며, 빛의 형태로 발산되면 LED가 되는 것이다.
질화물 반도체는 높은 열적 안정성과 폭넓은 밴드갭 에너지에 의해 광소자 및 고출력 전자소자 개발분야에서 큰 관심을 받고 있다. 특히, 질화물 반도체를 이용한 청색(Blue) 발광소자, 녹색(Green) 발광소자, 자외선(UV) 발광소자 등은 상용화되어 널리 사용되고 있다.
발광소자는 그 내부에서 광에너지가 열에너지로 변하지 않고 외부로 추출되는 것이 중요한 이슈일 수 있다. 따라서, 발광소자를 형성하는 물질의 광투과도 및 층간의 굴절율 차이에 대한 연구가 중요한 실정이다.
발광소자 패키지는 발광소자를 기판 상에 제작하고, 절단(sawing)공정인 다이 분리(dieseparation)를 통해 발광소자 칩을 분리한 후, 발광소자 칩을 패키지 몸체(package body)에 다이 본딩(diebonding)하고 와이어 본딩(wire bonding), 몰딩(molding)을 진행 후 테스트를 진행할 수 있다.
본 발명의 실시예는 층간의 굴절율 차이를 이용하여, 광추출효율을 향상시킨 발광소자를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 발광소자는 기판; 기판 상에 배치되고, 제1 반도체층, 제2 반도체층 및 제1 반도체층과 제2 반도체층 사이에 배치되는 활성층을 포함하는 발광구조물; 제2 반도체층 상에 배치되는 투명전극층; 투명전극층 상에 배치되고, 절연물질을 포함하는 절연층; 절연층 상에 배치되고, 형광체를 포함하는 형광체층; 및 형광체층과 절연층 사이에 배치되며, 형광체층 및 절연층의 굴절율보다 큰 굴절율을 가지는 가이드층;을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 발광소자 패키지는 기판, 기판 상에 배치되고, 제1 반도체층, 제2 반도체층 및 제1 반도체층과 제2 반도체층 사이에 배치되는 활성층을 포함하는 발광구조물, 제2 반도체층 상에 배치되는 투명전극층, 투명전극층 상에 배치되고, 절연물질을 포함하는 절연층, 절연층 상에 배치되며, 절연층의 굴절율보다 큰 굴절율을 가지는 가이드층을 포함하는 발광소자; 발광소자가 배치되는 캐비티를 형성하는 몸체; 발광소자와 전기적으로 연결되는 리드프레임; 및 캐비티 내부에 충진되며, 가이드층보다 굴절율이 작은 봉지재;를 포함한다.
본 발명의 여러 실시예의 발광소자 및 발광소자 패키지는 다음과 같은 효과가 하나 혹은 그 이상 있다.
일 실시예에 따른 발광소자는 상하부의 층보다 큰 굴절율을 갖는 물질을 포함하는 가이드층을 포함하여, 발광구조물에서 광이 흡수되는 것을 최소화하여, 광추출효율을 향상시킬 수 있다.
도 1 은 일 실시예에 따른 발광소자의 단면을 나타낸 단면도,
도 2 는 도 1 의 A 부분을 도시한 단면도,
도 3a 및 도 3b 는 일 실시예에 다른 발광소자를 포함하는 발광소자 패키지의 사시도 및 단면도,
도 4a 는 실시예에 따른 발광소자 패키지를 포함하는 조명장치를 도시한 사시도,
도 4b 는 실시예에 따른 발광소자 패키지를 포함하는 조명장치를 도시한 단면도,
도 5 는 실시예에 따른 발광소자 패키지를 포함한 액정표시장치를 나타낸 개념도,
도 6 은 실시예에 따른 발광소자 패키지를 포함한 액정표시장치를 나타낸 개념도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
공간적으로 상대적인 용어인 "아래(below)", "아래(beneath)", "하부(lower)", "위(above)", "상부(upper)" 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 소자 또는 구성 요소들과 다른 소자 또는 구성 요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작시 소자의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. 예를 들면, 도면에 도시되어 있는 소자를 뒤집을 경우, 다른 소자의 "아래(below)"또는 "아래(beneath)"로 기술된 소자는 다른 소자의 "위(above)"에 놓여질 수 있다. 따라서, 예시적인 용어인 "아래"는 아래와 위의 방향을 모두 포함할 수 있다. 소자는 다른 방향으로도 배향될 수 있고, 이에 따라 공간적으로 상대적인 용어들은 배향에 따라 해석될 수 있다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않은 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
도면에서 각층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기와 면적은 실제크기나 면적을 전적으로 반영하는 것은 아니다.
또한, 실시예에서 발광소자의 구조를 설명하는 과정에서 언급하는 각도와 방향은 도면에 기재된 것을 기준으로 한다. 명세서에서 발광소자를 이루는 구조에 대한 설명에서, 각도에 대한 기준점과 위치관계를 명확히 언급하지 않은 경우, 관련 도면을 참조하도록 한다.
이하에서는 도면을 참조하여 실시예를 보다 상세하게 설명한다.
도 1 은 일 실시예에 따른 발광소자의 단면을 나타낸 단면도이고, 도 2 는 도 1 의 A 부분을 도시한 단면도이다.
도 1 및 도 2 를 참조하면, 일 실시예에 따른 발광소자(100)는 기판(110), 기판(110) 상에 배치되고, 제1 반도체층(132), 제2 반도체층(136) 및 제1 반도체층(132)과 제2 반도체층(136) 사이에 배치되는 활성층(134)을 포함하는 발광구조물(130), 제2 반도체층(136) 상에 배치되는 투명전극층(140), 투명전극층(140) 상에 배치되고, 절연물질을 포함하는 절연층(150), 절연층(150) 상에 배치되고, 형광체를 포함하는 형광체층(170) 및 형광체층(170)과 절연층(150) 사이에 배치되며, 형광체층(170) 및 절연층(150)의 굴절율보다 큰 굴절율을 가지는 가이드층(160)을 포함할 수 있다.
기판(110)은 제1 반도체층(132) 하부에 배치될 수 있다. 기판(110)은 제1 반도체층(132)을 지지할 수 있다. 기판(110)은 제1 반도체층(132)에서 열을 전달받을 수 있다. 기판(110)은 광 투과적 성질을 가질 수 있다. 예를 들어, 기판(110)은 사파이어(Al2O3)를 포함할 수 있으나, 이에 한정하지 아니한다. 기판(110)은 광 투과적 물질을 사용하거나, 일정두께 이하로 형성하는 경우 광 투과적 성질을 가질 수 있으나, 이에 한정하지 아니한다. 기판(110)의 굴절율은 광 추출 효율을 위해 제1 반도체층(132)의 굴절율보다 작은 것이 바람직하나, 이에 한정하지 아니한다.
기판(110)은 실시예에 따라 반도체 물질로 형성될 수 있으며, 예를 들어, 규소(Si), 게르마늄(Ge), 비소화갈륨(GaAs), 산화아연(ZnO), 실리콘카바이드(SiC), 실리콘게르마늄(SiGe), 질화갈륨(GaN), 갈륨(Ⅲ)옥사이드(Ga2O3)와 같은 캐리어 웨이퍼로 구현될 수 있다.
기판(110)은 전도성 물질로 형성될 수 있다. 실시예에 따라서 금속으로 형성될 수 있으며, 예를 들어 금(Au), 니켈(Ni), 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 탄탈륨(Ta), 은(Ag), 백금(Pt), 크롬(Cr)중에서 선택된 어느 하나로 형성하거나 둘 이상의 합금으로 형성할 수 있으며, 위 물질 중 둘 이상의 물질을 적층하여 형성할 수 있다. 기판(110)이 금속으로 형성된 경우 발광 소자에서 발생하는 열의 방출을 용이하게 하여 발광 소자의 열적 안정성을 향상시킬 수 있다.
기판(110)은 광 추출 효율을 높이기 위해서, 상면에 PSS(Patterned Substrate) 구조를 구비할 수 있으나, 이에 한정하지 아니한다. 기판(110)은 발광소자(100)에서 발생하는 열의 방출을 용이하게 하여 발광소자(100)의 열적 안정성을 향상시킬 수 있다. 기판(110)은 제1 반도체층(132)과 격자상수의 차이가 존재하여 제1 반도체층(132)과의 사이에 격자상수 차이를 완화시키는 층을 구비할 수 있다.
제1 반도체층(132)은 기판(110) 상에 배치될 수 있다. 제1 반도체층(132)은 기판(110)과의 격자상수 차이를 정합시키기 위해 버퍼층(미도시) 상에 배치될 수 있으나, 이에 한정하지 아니한다. 제1 반도체층(132)은 기판(110) 상에서 성장될 수 있으나, 수평형 발광소자에만 한정되는 것은 아니며 수직형 발광소자에도 적용될 수 있다.
제1 반도체층(132)은 n형 반도체층으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 발광소자(100)가 파란색 파장의 빛을 발광하는 경우, 상기 n형 반도체층은 예컨데, InxAlyGa1-x-yN (0=x=1, 0=y=1, 0=x+y=1)의 조성식을 갖는 반도체 재료, 예를 들어 GaN(Gallium nitride), AlN(Aluminium nitride), AlGaN(Aluminium gallium nitride), InGaN(Indium gallium nitride), InN(Indium nitride), InAlGaN, AlInN 등에서 선택될 수 있다. 제1 반도체층(132)은 예를 들어, 규소(Si), 게르마늄(Ge), 주석(Sn), 셀레늄(Se), 텔루늄(Te)와 같은 n형 도펀트가 도핑될 수 있다.
제1 반도체층(132)은 외부에서 전원을 공급받을 수 있다. 제1 반도체층(132)은 활성층(134)에 전자를 제공할 수 있다.
활성층(134)은 제1 반도체층(132) 상에 배치될 수 있다. 활성층(134)은 제2 반도체층(136)과 제1 반도체층(132)의 사이에 배치될 수 있다.
활성층(134)은 반도체 물질로 형성될 수 있다. 활성층(134)은 3족-5족 원소의 화합물 반도체 재료를 이용하여 단일 또는 다중 우물 구조 등으로 형성될 수 있다. 활성층(134)은 질화물 반도체로 형성될 수 있다. 예를 들어, 활성층(134)은 갈륨나이트라이드(GaN), 인듐갈륨나이트라이드(InGaN), 및 인듐갈륨나이트라이드(InAlGaN) 등을 포함할 수 있다.
활성층(134)은 파란색 빛을 발광하는 경우, 예를 들어, InxAlyGa1 -x- yN (0=x=1, 0=y=1, 0=x+y=1)의 조성식을 갖는 우물층(미도시)과 InaAlbGa1 -a- bN (0=a=1, 0=b=1, 0=a+b=1)의 조성식을 갖는 장벽층(미도시)을 갖는 단일 또는 다중 우물구조를 가질 수 있으나, 이에 한정되지 아니한다. 상기 우물층(미도시)은 상기 장벽층(미도시)의 밴드 갭보다 작은 밴드 갭을 갖는 물질로 형성될 수 있다.
활성층(134)은 복수의 우물층(미도시)과 장벽층(미도시)이 교대로 적층되어 형성될 수 있다. 활성층(134)은 복수의 우물층(미도시)을 포함하여 광효율을 극대화할 수 있다.
우물층(미도시)은 장벽층(미도시)보다 에너지 밴드갭이 작을 수 있다. 우물층(미도시)은 제1 반도체층(132)보다 에너지 밴드갭이 작을 수 있다. 우물층(미도시)은 캐리어의 에너지 준위가 연속적일 수 있다.
제2 반도체층(136)은 활성층(134) 상에 형성될 수 있다. 제2 반도체층(136)은 p형 도펀트가 도핑된 p형 반도체층으로 구현될 수 있다. 발광소자가 파란색의 파장의 빛을 발광하는 경우, 제2 반도체층(136)은 InxAlyGa1 -x- yN (0=x=1, 0=y=1, 0=x+y=1)의 조성식을 갖는 반도체 재료, 예를 들어 GaN(Gallium nitride), AlN(Aluminium nitride), AlGaN(Aluminium gallium nitride), InGaN(Indium gallium nitride), InN(Indium nitride), InAlGaN, AlInN 등에서 선택될 수 있으며 마그네슘(Mg), 아연(Zn), 칼슘(Ca), 스트론튬(Sr), 바륨(Ba) 등의 p형 도펀트가 도핑될 수 있다.
제1 반도체층(132), 활성층(134) 및 제2 반도체층(136)은 예를 들어, 유기금속 화학 증착법(MOCVD; Metal Organic Chemical Vapor Deposition), 화학 증착법(CVD; Chemical Vapor Deposition), 플라즈마 화학 증착법(PECVD; Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition), 분자선 성장법(MBE; Molecular Beam Epitaxy), 수소화물 기상 성장법(HVPE; Hydride Vapor Phase Epitaxy) 등의 방법을 이용하여 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
제1 반도체층(132) 및 제2 반도체층(136) 내의 도전형 도펀트의 도핑 농도는 균일 또는 불균일하게 형성될 수 있으나, 이에 한정하지 아니한다.
발광소자(100)가 수평형 발광다이오드인 경우, 제1 전극(미도시)은 제1 반도체층(132)의 일 영역에 배치될 수 있다. 제1 전극(미도시)은 제1 반도체층(132)과 전기적으로 연결될 수 있다. 제1 전극(미도시)은 외부에서 연결된 전원을 제1 반도체층(132)에 전달할 수 있다.
제2 전극(미도시)은 제2 반도체층(136)의 일 영역에 배치될 수 있다. 제2 전극(미도시)은 제2 반도체층(136)과 전기적으로 연결될 수 있다. 제2 전극(미도시)은 외부에서 제공되는 전원을 제2 반도체층(136)에 제공할 수 있다.
제1 전극(미도시) 및 제2 전극(미도시)은 전도성 물질 예를 들어, 인듐(In), 코발트(Co), 규소(Si), 게르마늄(Ge), 금(Au), 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 루테늄(Ru), 레늄(Re), 마그네슘(Mg), 아연(Zn), 하프늄(Hf), 탄탈(Ta), 로듐(Rh), 이리듐(Ir), 텅스텐(W), 티타늄(Ti), 은(Ag), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 나이오븀(Nb), 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 구리(Cu), 및 티타늄 텅스텐 합금(WTi) 중에서 선택된 금속 또는 합금을 이용하여 단층 또는 다층으로 형성될 수 있으나, 이에 한정하지 아니한다.
투명전극층(140)은 제2 반도체층(136)에 오믹접촉될 수 있다. 투명전극층(140)은 하나의 층 또는 번갈아 적층되는 복수개의 층을 포함할 수 있다. 투명전극층(140)은 투광성 전도층과 금속층을 선택적으로 포함할 수 있다. 투명전극층(140)은 제2 반도체층(136)에 캐리어의 주입을 원활히 할 수 있다.
예를 들어, 투명전극층(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), IrOx, RuOx, RuOx/ITO, Ni, Ag, Ni/IrOx/Au, 및 Ni/IrOx/Au/ITO 중 하나 이상을 이용하여 단층 또는 다층으로 구현할 수 있다.
투명전극층(140)은 발광구조물(130)보다 굴절율이 작을 수 있다. 예를 들어, 발광구조물(130)이 파란색 파장의 빛을 방출하는 경우, 발광구조물(130)은 질화갈륨(GaN)을 포함할 수 있다. 발광구조물(130)은 질화갈륨을 포함하는 경우, 약 2.4의 굴절율을 가질 수 있다.
투명전극층(140)은 ITO를 포함할 수 있다. 투명전극층(140)은 ITO를 포함하는 경우, 굴절율이 약 2.0 일 수 있다. 투명전극층(140)은 절연층(150)보다 굴절율이 클 수 있다.
절연층(150)은 투명전극층(140) 상에 배치될 수 있다. 절연층(150)은 전기 절연성을 가질 수 있다. 절연층(150)은 규소(Si)를 포함할 수 있다. 절연층(150)은 규소산화물(SiO2)을 포함할 수 있다.
절연층(150)은 투명전극층(140)보다 굴절율이 작을 수 있다. 절연층(150)은 규소산화물을 포함하는 경우, 굴절율이 약 1.5 일 수 있다. 절연층(150)은 형광체층(170)과 굴절율이 동일하거나, 더 클 수 있으나, 이에 한정하지 아니한다.
가이드층(160)은 절연층(150)상에 배치될 수 있다. 가이드층(160)은 형광체층(170)과 절연층(150) 사이에 배치될 수 있다. 가이드층(160)은 형광체층(170)의 굴절율과 절연층(150)의 굴절율보다 높은 굴절율을 가질 수 있다.
가이드층(160)은 형광체층(170) 및 절연층(150)보다 굴절율이 큰 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 가이드층(160)은 알루미늄산화물(AlxOy), 지르콘산화물(ZrOx) 또는 티타늄산화물(TiOx) 중 어느 하나의 물질을 포함할 수 있다.
예를 들어, 가이드층(160)이 알루미늄 산화물(Al2O3)을 포함하는 경우, 굴절율이 1.78일 수 있다. 가이드층(160)은 알루미늄 산화물을 포함하는 경우, 절연층(150)과 형광체층(170)보다 높은 굴절율을 포함할 수 있다.
도 2 를 참조하면, 발광소자(100)의 가이드층(160), 절연층(150) 및 형광체층(170)에서의 굴절율의 변화를 볼 수 있다. 도 2 의 가로 방향은 굴절율을 크기를 나타내며, 세로 방향은 층의 높이를 나타낸다.
발광소자(100)는 발광구조물(130)로부터 절연층(150)까지는 점차 굴절율이 줄어들 수 있다. 발광소자(100)는 절연층(150)에서 가이드층(160)으로 가는 경우, 굴절율이 급 상승할 수 있다. 가이드층(160)에서 형광체층(170)으로 갈수록 굴절율이 줄어들 수 있다.
발광구조물(130)에서 방출된 빛은 가이드층(160)에 집중될 수 있다. 가이드층(160)은 투명한 물질을 포함할 수 있다. 가이드층(160)은 절연층(150) 및 형광체층(170) 보다 굴절율이 높은 물질을 포함하여, 발광구조물(130)에서 방출된 빛이 집중될 수 있다.
가이드층(160)은 집중된 빛을 양 측방으로 방출할 수 있다. 가이드층(160) 내부에 집중된 빛은 가이드층(160)의 상면과 하면에 반사되어, 가이드층(160)의 측방으로 방출될 수 있다.
형광체층(170)은 투명한 물질을 포함할 수 있다. 형광체층(170)은 가이드층(160)보다 굴절율이 작은 물질을 포함할 수 있다. 형광체층(170)은 규소(Si)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 형광체층(170)은 산화규소(SiO2)를 포함할 수 있다.
가이드층(160)은 두께가 100nm 내지 2㎛일 수 있다. 가이드층(160)은 두께가 100nm 미만인 경우, 폭이 너무 좁아, 광을 집중시켜, 외부로 발산하는 효과가 미약해질 수 있고, 두께가 2㎛ 초과인 경우에는 되려, 광을 과도하게 흡수하여, 발광소자(100)의 광추출효율이 떨어질 수 있다.
도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광소자 패키지(300)를 나타낸 사시도이며, 도 3b는 다른 실시예에 따른 발광소자 패키지(300)의 단면을 도시한 단면도이다.
도 3a 및 도 3b 를 참조하면, 실시예에 따른 발광소자 패키지(300)는 캐비티가 형성된 몸체(310), 몸체(310)에 실장된 제1 및 제2 전극(340, 350) 제1 및 제2 전극과 전기적으로 연결되는 발광소자(320) 및 캐비티에 형성되는 봉지재(330)를 포함할 수 있고, 봉지재(330)는 형광체(미도시)를 포함할 수 있다.
발광소자 패키지(300)는 봉지재(330)가 형광체를 포함할 수 있다. 예를 들어, 발광소자 패키지(300)는 도 1에서 설명한 일 실시예의 발광소자의 형광체층을 봉지재(330)로 대신할 수 있다. 봉지재(330)는 굴절율이 발광소자의 가이드층보다 낮을 수 있다.
다른 실시예의 경우, 발광소자 패키지(300)는 발광소자(320)가 형광체층을 포함할 수 있다. 봉지재(330)는 발광소자(320)의 형광체층보다 굴절율이 작을 수 있다.
몸체(310)는 폴리프탈아미드(PPA:Polyphthalamide)와 같은 수지 재질, 실리콘(Si), 알루미늄(Al), 알루미늄 나이트라이드(AlN), 액정폴리머(PSG, photo sensitive glass), 폴리아미드9T(PA9T), 신지오택틱폴리스티렌(SPS), 금속 재질, 사파이어(Al2O3), 베릴륨 옥사이드(BeO), 인쇄회로기판(PCB, Printed Circuit Board), 세라믹 중 적어도 하나로 형성될 수 있다. 몸체(310)는 사출 성형, 에칭 공정 등에 의해 형성될 수 있으나 이에 대해 한정하지는 않는다.
몸체(310)의 내측면은 경사면이 형성될 수 있다. 이러한 경사면의 각도에 따라 발광소자(320)에서 방출되는 광의 반사각이 달라질 수 있으며, 이에 따라 외부로 방출되는 광의 지향각을 조절할 수 있다.
몸체(310)에 형성되는 캐비티를 위에서 바라본 형상은 원형, 사각형, 다각형, 타원형 등의 형상일 수 있으며, 특히 모서리가 곡선인 형상일 수도 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
봉지재(330)는 캐비티에 충진될 수 있으며, 형광체(미도시)를 포함할 수 있다. 봉지재(330)는 투명한 실리콘, 에폭시, 및 기타 수지 재질로 형성될 수 있다. 봉지재(330)는 캐비티 내에 충진한 후, 이를 자외선 또는 열 경화하는 방식으로 형성될 수 있다.
형광체(미도시)는 발광소자(320)에서 방출되는 광의 파장에 따라 종류가 선택되어 발광소자 패키지(300)가 백색광을 구현하도록 할 수 있다.
봉지재(330)에 포함되어 있는 형광체(미도시)는 발광소자(320)에서 방출되는 광의 파장에 따라 청색 발광 형광체, 청록색 발광 형광체, 녹색 발광 형광체, 황녹색 발광 형광체, 황색 발광 형광체, 황적색 발광 형광체, 오렌지색 발광 형광체, 및 적색 발광 형광체중 하나가 적용될 수 있다.
형광체(미도시)는 발광소자(320)에서 방출되는 제1 빛을 가지는 광에 의해 여기 되어 제2 빛을 생성할 수 있다. 예를 들어, 발광소자(320)가 청색 발광 다이오드이고 형광체(미도시)가 황색 형광체인 경우, 황색 형광체는 청색 빛에 의해 여기되어 황색 빛을 방출할 수 있으며, 청색 발광 다이오드에서 발생한 청색 빛 및 청색 빛에 의해 여기 되어 발생한 황색 빛이 혼색됨에 따라 발광소자 패키지(300)는 백색 빛을 제공할 수 있다.
발광소자(320)가 녹색 발광 다이오드인 경우는 magenta 형광체 또는 청색과 적색의 형광체(미도시)를 혼용하는 경우, 발광소자(320)가 적색 발광 다이오드인 경우는 Cyan형광체 또는 청색과 녹색 형광체를 혼용하는 경우를 예로 들 수 있다.
형광체(미도시)는 YAG계, TAG계, 황화물계, 실리케이트계, 알루미네이트계, 질화물계, 카바이드계, 니트리도실리케이트계, 붕산염계, 불화물계, 인산염계 등의 공지된 것일 수 있다.
몸체(310)에는 제1 전극(340) 및 제2 전극(350)이 실장될 수 있다. 제1 전극(340) 및 제2 전극(350)은 발광소자(320)와 전기적으로 연결되어 발광소자(320)에 전원을 공급할 수 있다.
제1 전극(340) 및 제2 전극(350)은 서로 전기적으로 분리되며, 발광소자(320)에서 발생된 빛을 반사시켜 광 효율을 증가시킬 수 있다. 제1 전극(340) 및 제2 전극(350)은 발광소자(320)에서 발생된 열을 외부로 배출시킬 수 있다.
도 3b에서는 발광소자(320)가 제1 전극(340) 상에 실장되었으나, 이에 한정되지 않으며, 발광소자(320)와 제1 전극(340) 및 제2 전극(350)은 와이어 본딩(wire bonding) 방식, 플립 칩(flip chip) 방식 또는 다이 본딩 방식 중 어느 하나에 의해 전기적으로 연결될 수도 있다.
제1 전극(340) 및 제2 전극(350)은 금속 재질, 예를 들어, 티타늄(Ti), 구리(Cu), 니켈(Ni), 금(Au), 크롬(Cr), 탄탈늄(Ta), 백금(Pt), 주석(Sn), 은(Ag), 인(P), 알루미늄(Al), 인듐(In), 팔라듐(Pd), 코발트(Co), 실리콘(Si), 게르마늄(Ge), 하프늄(Hf), 루테늄(Ru), 철(Fe) 중에서 하나 이상의 물질 또는 합금을 포함할 수 있다. 제1 전극(340) 및 제2 전극(350)은 단층 또는 다층 구조를 가지도록 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
발광소자(320)는 제1 전극(340) 상에 실장되며, 예를 들어, 적색, 녹색, 청색, 백색 등의 빛을 방출하는 발광 소자 또는 자외선을 방출하는 UV(Ultra Violet) 발광 소자일 수 있으나, 이에 대해 한정하지는 않는다. 발광 소자(320)는 한 개 이상 실장될 수 있다.
발광소자(320)는 그 전기 단자들이 모두 상부 면에 형성된 수평형 타입(Horizontal type)이거나, 또는 상, 하부 면에 형성된 수직형 타입(Vertical type), 또는 플립 칩 모두에 적용 가능하다.
발광소자 패키지(300)는 발광소자를 포함할 수 있다.
실시예에 따른 발광소자 패키지(300)는 복수개가 기판 상에 어레이되며, 발광소자 패키지(300)의 광 경로 상에 광학 부재인 도광판, 프리즘 시트, 확산 시트 등이 배치될 수 있다.
발광소자 패키지(300), 기판, 광학 부재는 라이트 유닛으로 기능할 수 있다. 또 다른 실시 예는 발광소자(미도시) 또는 발광소자 패키지(300)를 포함하는 표시 장치, 지시 장치, 조명 시스템으로 구현될 수 있으며, 예를 들어, 조명 시스템은 램프, 가로등을 포함할 수 있다.
도 4a는 일 실시예에 따른 발광소자를 포함하는 조명 시스템(400)을 도시한 사시도이며, 도 4b는 도 4a의 조명 시스템의 D-D' 단면을 도시한 단면도이다.
즉, 도 4b 는 도 4a의 조명 시스템(400)을 길이방향(Z)과 높이방향(X)의 면으로 자르고, 수평방향(Y)으로 바라본 단면도이다.
도 4a 및 도 4b를 참조하면, 조명 시스템(400)은 몸체(410), 몸체(410)와 체결되는 커버(430) 및 몸체(410)의 양단에 위치하는 마감캡(450)을 포함할 수 있다.
몸체(410)의 하부면에는 발광소자 모듈(443)이 체결되며, 몸체(410)는 발광소자 패키지(444)에서 발생한 열이 몸체(410)의 상부면을 통해 외부로 방출할 수 있도록 전도성 및 열 발산 효과가 우수한 금속재질로 형성될 수 있고, 이에 한정하지 아니한다.
발광소자 패키지(444)는 발광소자(미도시)를 포함한다.
발광소자 패키지(444)는 기판(442) 상에 다색, 다열로 실장되어 모듈을 이룰 수 있으며, 동일한 간격으로 실장되거나 또는 필요에 따라서 다양한 이격 거리를 가지고 실장될 수 있어 밝기 등을 조절할 수 있다. 기판(442)으로 MCPCB(Metal Core PCB) 또는 FR4 재질의 PCB 를 사용할 수 있다.
커버(430)는 몸체(410)의 하부면을 감싸도록 원형의 형태로 형성될 수 있으며, 이에 한정되지 않는다.
커버(430)는 내부의 발광소자 모듈(443)을 외부의 이물질 등으로부터 보호할 수 있다. 커버(430)는 발광소자 패키지(444)에서 발생한 광의 눈부심을 방지하고, 외부로 광을 균일하게 방출할 수 있도록 확산입자를 포함할 수 있으며, 또한 커버(430)의 내면 및 외면 중 적어도 어느 한 면에는 프리즘 패턴 등이 형성될 수 있다. 또한 커버(430)의 내면 및 외면 중 적어도 어느 한 면에는 형광체가 도포될 수도 있다.
발광소자 패키지(444)에서 발생하는 광은 커버(430)를 통해 외부로 방출되므로, 커버(430)는 광투과율이 우수하여야 하며, 발광소자 패키지(444)에서 발생하는 열에 견딜 수 있도록 충분한 내열성을 구비하고 있어야 하는바, 커버(430)는 폴리에틸렌테레프탈레이트 (Polyethylen?Terephthalate;?PET), 폴리카보네이트(Polycarbonate;?PC), 또는 폴리메틸 메타크릴레이트(Polymethyl Methacrylate; PMMA) 등을 포함하는 재질로 형성될 수 있다.
마감캡(450)은 몸체(410)의 양단에 위치하며 전원장치(미도시)를 밀폐하는 용도로 사용될 수 있다. 마감캡(450)에는 전원 핀(452)이 형성되어 있어, 실시예에 따른 조명 시스템(400)은 기존의 형광등을 제거한 단자에 별도의 장치 없이 곧바로 사용할 수 있게 된다.
도 5 는 일 실시예에 따른 발광소자를 포함하는 액정표시장치의 분해 사시도이다.
도 5 는 에지-라이트 방식으로, 액정 표시 장치(500)는 액정표시패널(510)과 액정표시패널(510)로 빛을 제공하기 위한 백라이트 유닛(570)을 포함할 수 있다.
액정표시패널(510)은 백라이트 유닛(570)으로부터 제공되는 광을 이용하여 화상을 표시할 수 있다. 액정표시패널(510)은 액정을 사이에 두고 서로 대향하는 컬러 필터 기판(512) 및 박막 트랜지스터 기판(514)을 포함할 수 있다.
컬러 필터 기판(512)은 액정표시패널(510)을 통해 디스플레이되는 화상의 색을 구현할 수 있다.
박막 트랜지스터 기판(514)은 구동 필름(517)을 통해 다수의 회로부품이 실장되는 인쇄회로기판(518)과 전기적으로 접속되어 있다. 박막 트랜지스터 기판(514)은 인쇄회로기판(518)으로부터 제공되는 구동 신호에 응답하여 인쇄회로기판(518)으로부터 제공되는 구동 전압을 액정에 인가할 수 있다.
박막 트랜지스터 기판(514)은 유리나 플라스틱 등과 같은 투명한 재질의 다른 기판상에 박막으로 형성된 박막 트랜지스터 및 화소 전극을 포함할 수 있다.
백라이트 유닛(570)은 빛을 출력하는 발광소자 모듈(520), 발광소자 모듈(520)로부터 제공되는 빛을 면광원 형태로 변경시켜 액정표시패널(510)로 제공하는 도광판(530), 도광판(530)으로부터 제공된 빛의 휘도 분포를 균일하게 하고 수직 입사성을 향상시키는 다수의 필름(550, 560, 564) 및 도광판(530)의 후방으로 방출되는 빛을 도광판(530)으로 반사시키는 반사 시트(540)로 구성된다.
발광소자 모듈(520)은 복수의 발광소자 패키지(524)와 복수의 발광소자 패키지(524)가 실장되어 모듈을 이룰 수 있도록 PCB기판(522)을 포함할 수 있다.
발광소자 패키지(524)는 발광소자(미도시)를 포함한다.
백라이트유닛(570)은 도광판(530)으로부터 입사되는 빛을 액정 표시 패널(510) 방향으로 확산시키는 확산필름(566)과, 확산된 빛을 집광하여 수직 입사성을 향상시키는 프리즘필름(550)으로 구성될 수 있으며, 프리즘필름(550)를 보호하기 위한 보호필름(564)을 포함할 수 있다.
도 6 은 실시예에 따른 발광소자를 포함하는 액정표시장치의 분해 사시도이다. 다만, 도 5 에서 도시하고 설명한 부분에 대해서는 반복하여 상세히 설명하지 않는다.
도 6 은 실시예에 따른 직하 방식의 액정 표시 장치(600)이다. 액정 표시 장치(600)는 액정표시패널(610)과 액정표시패널(610)로 빛을 제공하기 위한 백라이트 유닛(670)을 포함할 수 있다. 액정표시패널(610)은 도 5 에서 설명한 바와 동일하므로, 상세한 설명은 생략한다.
백라이트 유닛(670)은 복수의 발광소자 모듈(623), 반사시트(624), 발광소자 모듈(623)과 반사시트(624)가 수납되는 하부 섀시(630), 발광소자 모듈(623)의 상부에 배치되는 확산판(640) 및 다수의 광학필름(660)을 포함할 수 있다.
발광소자 모듈(623)은 복수의 발광소자 패키지(622)와 복수의 발광소자 패키지(622)가 실장되어 모듈을 이룰 수 있도록 PCB기판(621)을 포함할 수 있다.
발광소자 패키지(622)는 발광소자(미도시)를 포함한다.
반사 시트(624)는 발광소자 패키지(622)에서 발생한 빛을 액정표시패널(610)이 위치한 방향으로 반사시켜 빛의 이용 효율을 향상시킨다.
발광소자 모듈(623)에서 발생한 빛은 확산판(640)에 입사하며, 확산판(640)의 상부에는 광학 필름(660)이 배치된다. 광학 필름(660)은 확산 필름(666), 프리즘필름(650) 및 보호필름(664)를 포함하여 구성된다.
실시예에 따른 발광소자는 상기한 바와 같이 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.
이상에서는 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.
100 : 발광소자
110 : 기판
132 : 제1 반도체층
134 : 활성층
136 : 제2 반도체층
140 : 투명전극층
150 : 절연층
160 : 가이드층
170 : 형광체층

Claims (11)

  1. 기판;
    상기 기판 상에 배치되고, 제1 반도체층, 제2 반도체층 및 상기 제1 반도체층과 상기 제2 반도체층 사이에 배치되는 활성층을 포함하는 발광구조물;
    상기 제2 반도체층 상에 배치되는 투명전극층;
    상기 투명전극층 상에 배치되고, 절연물질을 포함하는 절연층;
    상기 절연층 상에 배치되고, 형광체를 포함하는 형광체층; 및
    상기 형광체층과 상기 절연층 사이에 배치되며, 상기 형광체층 및 상기 절연층의 굴절율보다 큰 굴절율을 가지는 가이드층;을 포함하는 발광소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 가이드층은 알루미늄산화물(AlxOy), 지르콘산화물(ZrOx) 또는 티타늄산화물(TiOx)를 포함하는 발광소자.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 가이드층은 두께가 100nm 내지 2㎛ 인 발광소자.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 절연층은 규소산화물(SiO2)을 포함하는 발광소자.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 형광체층은 규소(Si)를 포함하는 발광소자.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 절연층은 상기 투명전극층보다 굴절율이 작은 발광소자.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 절연층과 상기 형광체층은 굴절율이 동일한 발광소자.
  8. 기판,
    상기 기판 상에 배치되고, 제1 반도체층, 제2 반도체층 및 상기 제1 반도체층과 상기 제2 반도체층 사이에 배치되는 활성층을 포함하는 발광구조물,
    상기 제2 반도체층 상에 배치되는 투명전극층,
    상기 투명전극층 상에 배치되고, 절연물질을 포함하는 절연층,
    상기 절연층 상에 배치되며, 상기 절연층의 굴절율보다 큰 굴절율을 가지는 가이드층을 포함하는 발광소자;
    상기 발광소자가 배치되는 캐비티를 형성하는 몸체;
    상기 발광소자와 전기적으로 연결되는 리드프레임; 및
    상기 캐비티 내부에 충진되며, 상기 가이드층보다 굴절율이 작은 봉지재;를 포함하는 발광소자 패키지.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 발광소자는 상기 가이드층 상에 배치되고, 상기 가이드층보다 굴절율이 작은 형광체층을 더 포함하고,
    상기 형광체층은 상기 봉지재보다 굴절율이 작은 발광소자 패키지.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 절연층은 상기 투명전극층보다 굴절율이 작은 발광소자.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 절연층과 상기 봉지재는 굴절율이 동일한 발광소자.
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