KR20150054357A - 발광 소자 및 이를 포함하는 발광 소자 패키지 - Google Patents

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Abstract

실시예의 발광 소자는 제1 도전형 반도체층, 제1 도전형 반도체층의 아래에 배치된 활성층 및 활성층의 아래에 배치된 제2 도전형 반도체층을 포함하는 발광 구조물과, 수평 방향으로 서로 이격된 제1 및 제2 금속 패드가 상부에 배치된 서브 마운트와, 제1 도전형 반도체층과 제1 금속 패드 사이에 배치된 제1 전류 범프부와, 제2 도전형 반도체층과 제2 금속 패드 사이에 배치된 제2 전류 범프부 및 제1 또는 제2 도전형 반도체층 중 적어도 하나와 서브 마운트 사이에 배치된 적어도 하나의 열 범프부를 포함한다.

Description

발광 소자 및 이를 포함하는 발광 소자 패키지{Light emitting device and package including the device}
실시예는 발광 소자 및 이를 포함하는 발광 소자 패키지에 관한 것이다.
발광 다이오드(LED:Light Emitting Diode)는 화합물 반도체의 특성을 이용하여 전기를 적외선 또는 빛으로 변환시켜서 신호를 주고 받거나, 광원으로 사용되는 반도체 소자의 일종이다.
Ⅲ-Ⅴ족 질화물 반도체(group Ⅲ-Ⅴ nitride semiconductor)는 물리적 및 화학적 특성으로 인해 발광 다이오드(LED) 또는 레이저 다이오드(LD:Laser Diode) 등 발광소자의 핵심 소재로 각광을 받고 있다.
이러한 발광 다이오드는 백열등과 형광등 등의 기존 조명기구에 사용되는 수은(Hg)과 같은 환경 유해물질이 포함되어 있지 않아 우수한 친환경성을 가지며, 긴 수명과 저전력 소비특성 등과 같은 장점이 있기 때문에 기존의 광원들을 대체하고 있다.
기존의 발광 소자의 경우 내부에서 발생된 열을 외부로 제대로 방출하지 못하여, 낮은 신뢰성을 갖는 문제점이 있다. 특히, 발광 소자가 심 자외선 광을 방출할 경우 높은 동작 전압으로 인해 더욱 많은 열이 발생하며 이 경우 신뢰성 문제는 더욱 심각해질 수 있다.
실시예는 개선된 열 방출 효율을 갖는 발광 소자 및 이를 포함하는 발광 소자 패키지를 제공한다.
실시예의 발광 소자는, 제1 도전형 반도체층, 상기 제1 도전형 반도체층의 아래에 배치된 활성층 및 상기 활성층의 아래에 배치된 제2 도전형 반도체층을 포함하는 발광 구조물; 수평 방향으로 서로 이격된 제1 및 제2 금속 패드가 상부에 배치된 서브 마운트; 상기 제1 도전형 반도체층과 상기 제1 금속 패드 사이에 배치된 제1 전류 범프부; 상기 제2 도전형 반도체층과 상기 제2 금속 패드 사이에 배치된 제2 전류 범프부; 및 상기 제1 또는 제2 도전형 반도체층 중 적어도 하나와 상기 서브 마운트 사이에 배치된 적어도 하나의 열 범프부를 포함한다.
상기 발광 소자는 상기 적어도 하나의 열 범프부와 상기 서브 마운트 사이에 배치된 하부 열 패드를 더 포함한다.
상기 하부 열 패드는 금속 물질을 포함할 수 있다.
상기 서브 마운트는 리세스를 포함하고, 상기 하부 열 패드는 상기 리세스 내에 배치될 수 있다.
상기 발광 소자는, 상기 하부 열 패드와 상기 서브 마운트 사이에 배치되는 절연층을 더 포함할 수 있다.
상기 서브 마운트는 상기 제1 또는 제2 금속 패드에 인접한 돌출부를 더 포함하고, 상기 열 범프부는 상기 제1 또는 제2 도전형 반도체층 중 적어도 하나와 상기 서브 마운트의 돌출부 사이에 배치될 수 있다.
상기 발광 소자는, 상기 제1 전류 범프부와 상기 제1 도전형 반도체층 사이에 배치된 제1 전극; 및 상기 제2 전류 범프부와 상기 제2 도전형 반도체층 사이에 배치된 제2 전극을 더 포함할 수 있다.
상기 적어도 하나의 열 범프부는 상기 제1 또는 제2 전극 중 적어도 하나와 상기 서브 마운트 사이에 배치되 수 있다.
상기 발광 소자는, 상기 제1 또는 제2 도전형 반도체층 중 적어도 하나와 상기 적어도 하나의 열 범프부 사이에서 상기 제1 또는 제2 전극과 이격되어 배치된 적어도 하나의 상부 열 패드를 더 포함할 수 있다.
상기 적어도 하나의 상부 열 패드의 전기 저항은 상기 제1 또는 제2 전극의 전기 저항보다 클 수 있다.
상기 적어도 하나의 상부 열 패드는 열 전도성을 갖고 전기적 절연성을 갖는 물질을 포함할 수 있다. 또는, 상기 적어도 하나의 상부 열 패드는 금속 물질을 포함할 수 있다.
상기 열 범프부의 길이는 상기 제1 또는 제2 전류 범프부의 길이와 동일할 수 있고, 상기 열 범프부의 폭은 상기 제1 또는 제2 전류 범프부의 폭보다 클 수 있다.
상기 활성층은 330 ㎚ 내지 405 ㎚의 자외선 파장 대역의 광을 방출할 수 있다.
다른 실시예에 의한 발광 소자 패키지는, 캐비티를 정의하는 패키지 몸체; 상기 캐비티 내의 상기 패키지 몸체 위에 배치된 전술한 발광 소자; 및 상기 캐비티에 채워져 상기 발광 소자를 포위하는 몰딩 부재를 포함할 수 있다.
실시예에 따른 발광 소자 및 이를 포함하는 발광 소자 패키지는 발광 구조물에서 발생된 열을 열 범프부를 통해 서브 마운트로 원할히 방출하기 때문에 개선된 열 방출 효율을 갖는다.
도 1은 실시예에 의한 발광 소자의 배면도를 나타낸다.
도 2는 도 1에 도시된 Ⅰ-Ⅰ' 선을 따라 절취한 발광 소자의 일 실시예에 의한 단면도를 나타낸다.
도 3은 도 1에 도시된 Ⅰ-Ⅰ' 선을 따라 절취한 발광 소자의 다른 실시예에 의한 단면도를 나타낸다.
도 4는 도 1에 도시된 Ⅰ-Ⅰ' 선을 따라 절취한 발광 소자의 또 다른 실시예에 의한 단면도를 나타낸다.
도 5는 다른 실시예에 의한 발광 소자의 배면도를 나타낸다.
도 6은 도 5에 도시된 Ⅱ-Ⅱ' 선을 따라 절취한 발광 소자의 일 실시예에 의한 단면도를 나타낸다.
도 7은 도 5에 도시된 Ⅱ-Ⅱ' 선을 따라 절취한 발광 소자의 다른 실시예에 의한 단면도를 나타낸다.
도 8은 도 5에 도시된 Ⅱ-Ⅱ' 선을 따라 절취한 발광 소자의 또 다른 실시예에 의한 단면도를 나타낸다.
도 9는 또 다른 실시예에 의한 발광 소자의 배면도를 나타낸다.
도 10은 도 9에 도시된 Ⅲ-Ⅲ'선을 따라 절취한 발광 소자의 실시예에 의한 단면도를 나타낸다.
도 11은 실시 예에 따른 발광 소자 패키지의 단면도이다.
도 12는 실시 예에 따른 발광 소자 패키지를 포함하는 공기 살균 장치의 사시도를 나타낸다.
도 13은 실시 예에 따른 발광 소자 패키지를 포함하는 표시 장치를 나타낸다.
도 14는 실시 예에 따른 발광 소자 패키지를 포함하는 헤드 램프를 나타낸다.
도 15는 실시 예에 따른 발광 소자 또는 발광 소자 패키지를 포함하는 조명 장치를 나타낸다.
이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시예를 들어 설명하고, 발명에 대한 이해를 돕기 위해 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되지 않아야 한다. 본 발명의 실시예들은 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.
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 두 개의 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)로 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.
또한, 이하에서 이용되는 "제1" 및 "제2," "상부" 및 "하부" 등과 같은 관계적 용어들은, 그런 실체 또는 요소들 간의 어떠한 물리적 또는 논리적 관계 또는 순서를 반드시 요구하거나 내포하지는 않으면서, 어느 한 실체 또는 요소를 다른 실체 또는 요소와 구별하기 위해서만 이용될 수도 있다.
도 1은 실시예에 의한 발광 소자의 배면도를 나타내고, 도 2 내지 도 4는 도 1에 도시된 Ⅰ-Ⅰ' 선을 따라 절취한 발광 소자(100A ~ 100C)의 실시예의 단면도를 나타낸다. 설명의 편의상, 도 1에서, 도 2 내지 도 4에 도시된 서브 마운트(180), 제1 내지 제3 절연층(176-1, 176-2, 192-1, 192-2, 194), 하부 열 패드(174-1, 174-2), 제1 및 제2 금속 패드(182-1, 182-2, 184), 제1 전극(144-1, 144-2), 제2 전극(154), 제1 오믹층(142-1, 142-2) 및 제2 오믹층(152)의 도시는 생략되었다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 발광 소자(100A ~ 100C)는 기판(110), 버퍼층(120), 발광 구조물(130), 제1 전극(144-1, 144-2), 제2 전극(154), 제1 전류 범프부(162-1, 162-2), 제2 전류 범프부(164), 제1 금속 패드(182-1, 182-2), 제2 금속 패드(184), 적어도 하나의 열 범프부(172-1, 172-2) 및 서브 마운트(180)를 포함한다.
기판(110)의 아래에 버퍼층(120)이 배치된다. 발광 구조물(130)에서 방출된 광이 기판(110)을 통해 출사될 수 있도록, 기판(110)은 투광성을 가질 수 있다. 예를 들어, 기판(110)은 사파이어(Al2O3), SiC, GaAs, GaN, ZnO, Si, GaP, InP, Ge 중 적어도 하나로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 또한, 기판(110)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.
버퍼층(120)은 기판(110)과 발광 구조물(130)의 사이에 배치되어 기판(110)과 발광 구조물(130) 사이의 격자 정합을 개선시키는 역할을 한다. 예를 들어, 버퍼층(120)은 AlN을 포함하거나 언도프드 질화물을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 버퍼층(120)은 기판(110)의 종류와 발광 구조물(130)의 종류에 따라 생략될 수도 있다.
버퍼층(120)의 아래에 발광 구조물(130)이 배치된다. 발광 구조물(130)은 제1 도전형 반도체층(132), 활성층(134) 및 제2 도전형 반도체층(136)을 포함한다.
제1 도전형 반도체층(132)은 버퍼층(120)과 활성층(134) 사이에 배치되며 반도체 화합물로 형성될 수 있다. 제1 도전형 반도체층(132)은 Ⅲ-Ⅴ족, Ⅱ-Ⅵ족 등의 화합물 반도체로 구현될 수 있으며, 제1 도전형 도펀트가 도핑될 수 있다. 예를 들어, 제1 도전형 반도체층(132)은 AlxInyGa(1-x-y)N (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질, InAlGaN, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP, AlGaInP 중 어느 하나 이상으로 형성될 수 있다. 제1 도전형 반도체층(132)이 n형 반도체층인 경우, 제1 도전형 도펀트는 Si, Ge, Sn, Se, Te 등과 같은 n형 도펀트를 포함할 수 있다. 제1 도전형 반도체층(132)은 단층 또는 다층으로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 특히, 도 2 내지 도 4에 예시된 발광 소자(100A ~ 100C)는 자외선(UV) 특히, 심자외선(DUV) 파장 대역의 광을 방출하므로, 제1 도전형 반도체층(132)은 GaN보다 자외선 파장 대역의 광의 흡수가 적은 InAlGaN 및 AlGaN 중 적어도 하나에 의해 구현될 수 있다.
활성층(134)은 제1 도전형 반도체층(132)과 제2 도전형 반도체층(136) 사이에 배치되며, 단일 우물 구조, 다중 우물 구조, 단일 양자 우물 구조, 다중 양자 우물(MQW:Multi Quantum Well) 구조, 양자점 구조 또는 양자선 구조 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 활성층(134)은 Ⅲ-Ⅴ족 원소의 화합물 반도체 재료를 이용하여 우물층과 장벽층, 예를 들면 InGaN/GaN, InGaN/InGaN, GaN/AlGaN, InAlGaN/GaN, GaAs(InGaAs),/AlGaAs, GaP(InGaP)/AlGaP 중 어느 하나 이상의 페어 구조로 형성될 수 있으나 이에 한정되지는 않는다. 우물층은 장벽층의 에너지 밴드 갭보다 작은 에너지 밴드 갭을 갖는 물질로 형성될 수 있다. 특히, 활성층(134)은 자외선 파장 예를 들어 330 ㎚ 내지 405 ㎚의 파장을 갖는 광을 방출할 수 있다.
제2 도전형 반도체층(136)은 활성층(134)의 아래에 배치되며, 반도체 화합물로 형성될 수 있다. 제2 도전형 반도체층(136)은 Ⅲ-Ⅴ족, Ⅱ-Ⅵ족 등의 화합물 반도체로 구현될 수 있으며, 제2 도전형 도펀트가 도핑될 수 있다. 예컨대, InxAlyGa1 -x- yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질 또는 AlInN, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP, AlGaInP 중 어느 하나 이상으로 형성될 수 있다. 제2 도전형 반도체층(136)이 p형 반도체층인 경우, 제2 도전형 도펀트는 Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등과 같은 p형 도펀트일 수 있다.
만일, 도 2 내지 도 4에 예시된 발광 소자(100A ~ 100C)가 자외선(UV)(특히, DUV) 파장 대역의 광을 방출할 경우, 제2 도전형 반도체층(136)이 GaN으로 형성된다면, 자외선 파장 대역의 광이 GaN에 흡수되어 광 추출 효율이 감소될 수 있다. 그러므로, 제2 도전형 반도체층(136)은 InAlGaN 및 AlGaN 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 그러나, 제2 도전형 반도체층(136)이 InAlGaN이나 AlGaN만으로 형성될 경우 제2 전극(154)을 통한 정공의 주입이 원활하지 않을 수 있으므로, GaN으로 이루어진 층을 InAlGaN으로 이루어진 층(또는, AlGaN으로 이루어진 층)과 제2 전극(154) 사이에 배치할 수도 있다.
도 2 내지 도 4에 예시된 제2 도전형 반도체층(136)의 하부는 도 1에 예시된 활성 영역(AA:Active Area)에 해당한다.
제1 금속 패드(182-1, 182-2)와 제2 금속 패드(184)는 서브 마운트(180)의 상부에 수평 방향으로 서로 이격되어 전기적으로 분리되어 배치된다. 제1 금속 패드(182-1, 182-2)는 제1 전극(144-1, 144-2)을 마주보고, 제2 금속 패드(184)는 제2 전극(154)을 마주 보도록 배치된다.
서브 마운트(180)는 폴리프탈아미드(PolyPhthal Amide, PPA), 액정 고분자(Liquid Crystal Polymer, LCP), 폴리아미드9T(PolyAmide9T, PA9T), 등과 같은 수지, 금속, 감광성 유리(photo sensitive glass), AlN, BN, 탄화 규소(SiC), GaN, GaAs, 사파이어, 세라믹, 실리콘, 인쇄회로기판(Printed Circuit Board, PCB) 등을 포함할 수 있다. 그러나 실시 예에 따른 서브 마운트(180)가 이러한 물질로 한정되는 것은 아니다.
제1 전류 범프부(162-1)는 제1 도전형 반도체층(132)과 제1 금속 패드(182-1) 사이에 배치되고, 제1 전류 범프부(162-2)는 제1 도전형 반도체층(132)과 제1 금속 패드(182-2) 사이에 배치된다. 제2 전류 범프부(164)는 제2 도전형 반도체층(136)과 제2 금속 패드(184) 사이에 배치된다.
도시되지는 않았지만, 제1 전극(144-1, 144-2)과 제1 전류 범프부(162-1, 162-2) 사이에 제1 상부 범프 금속층이 더 배치되고, 제1 금속 패드(182-1, 182-2)와 제1 전류 범프부(162-1, 162-2) 사이에 제1 하부 범프 금속층이 더 배치될 수도 있다. 여기서, 제1 상부 범프 금속층과 제1 하부 범프 금속층은 제1 전류 범프부(162-1, 162-2)가 위치할 자리를 표시하는 역할을 수행한다. 이와 비슷하게 제2 전극(154)과 제2 전류 범프부(164) 사이에 제2 상부 범프 금속층이 더 배치되고, 제2 금속 패드(184)와 제2 전류 범프부(164) 사이에 제2 하부 범프 금속층이 더 배치될 수도 있다. 여기서, 제2 상부 범프 금속층과 제2 하부 범프 금속층은 제2 전류 범프부(164)가 위치할 자리를 표시하는 역할을 수행한다.
도 1을 참조하면, 4개의 제1 전류 범프부(162-1, 162-2)가 제1 도전형 반도체층(132)의 4개의 귀퉁이에서 제1 전극(144-1, 144-2)에 접하여 배치되고, 액티브 영역(AA)에는 5개의 제2 전류 범프부(164)가 십자가 모양으로 배치되어 있으나, 실시예는 제1 전류 범프부(162-1, 162-2) 및 제2 전류 범프부(164) 각각의 개수와 배치 형태에 국한되지 않는다.
한편, 실시예에 의한 발광 소자에서 적어도 하나의 열 범프부가 제1 또는 제2 도전형 반도체층(132, 136) 중 적어도 하나와 서브 마운트(180) 사이에 배치될 수 있다.
예를 들어, 도 1 내지 도 4에 예시된 발광 소자(100A ~ 100C)는 4개의 열 범프부(172-1, 172-2)를 포함한다. 열 범프부(172-1, 172-2) 각각은 제1 도전형 반도체층(132)과 서브 마운트(180) 사이에 배치된다.
열 범프부(172-1, 172-2)는 제1 및 제2 전류 범프부(162-1, 162-2)와 동일하거나 다른 재질에 의해 구현될 수 있다.
이와 같이, 열 범프부(172-1, 172-2)가 제1 도전형 반도체층(132)과 서브 마운트(180) 사이에 배치됨으로 인해, 발광 구조물(130)에서 발생한 열이 열 범프부(172-1, 172-2)를 통해 서브 마운트(180)로 용이하게 방출될 수 있다.
또한, 도 2 및 도 3에 예시된 바와 같이, 발광 소자(100A, 100B)는 하부 열 패드(174-1, 174-2)를 더 포함할 수 있다. 하부 열 패드(174-1, 174-2)는 열 범프부(172-1, 172-2)와 서브 마운트(180) 사이에 배치된다.
또한, 서브 마운트(180)는 도 2 또는 도 3에 예시된 바와 같이 리세스(recess)(180A)를 포함할 수 있다. 이 경우, 하부 열 패드(174-1, 174-2)는 서브 마운트(180)의 리세스(180A) 내에 배치될 수 있다.
만일, 서브 마운트(180)가 금속 물질이나 반도체 물질 등 도전형 물질로 구현될 경우, 도 2에 예시된 바와 같이 발광 소자(100A)는 제1 절연층(176-1, 176-2)을 더 포함할 수 있다. 제1 절연층(176-1, 176-2)은 하부 열 패드(174-1, 174-2)와 도전형 서브 마운트(180) 사이에 배치되어, 하부 열 패드(174-1, 174-2)와 서브 마운트(180)를 서로 전기적으로 절연시킨다. 제1 절연층(176-1, 176-2)은 발광 구조물(130)로부터 열 범프부(172-1, 172-2)를 통해 화살표 방향(20)으로 전달된 열을 가둘 수 있기 때문에, 발광 소자(100A)의 방열 효율이 개선될 수 있다.
또한, 서브 마운트(180)가 절연 물질로 구현될 경우, 도 3에 예시된 바와 같이, 하부 열 패드(174-1, 174-2)와 서브 마운트(180)를 전기적으로 절연시키는 제1 절연층(176-1, 176-2)이 필요하지 않다. 이 경우, 도 3에 예시된 하부 열 패드(174-1, 174-2)와 서브 마운트(180)가 접하는 면적을 넓게하면 방열 효과가 더욱 개선될 수 있다.
또한, 서브 마운트(180)가 절연 물질로 구현될 때, 도 4에 예시된 바와 같이 서브 마운트(180)는 돌출부(180B)를 포함할 수 있다. 여기서, 돌출부(180B)는 제1 금속 패드(182-1, 182-2)에 인접하여 배치될 수 있다. 이 경우, 열 범프부(172-1, 172-2)는 제1 도전형 반도체층(132)과 서브 마운트(180)의 돌출부(180B) 사이에 배치된다.
한편, 제1 전극(144-1, 144-2)은 제1 전류 범프부(162-1, 162-2)와 제1 도전형 반도체층(132) 사이에 배치되고, 제2 전극(154)은 제2 전류 범프부(164)와 제2 도전형 반도체층(136) 사이에 배치된다.
제1 전극(144-1, 144-2)은 예를 들어 AlN 및 BN 중 적어도 하나를 포함할 수 있지만 이에 국한되지 않는다. 즉, 활성층(134)에서 방출된 광을 흡수하지 않고 반사시키거나 투과시킬 수 있고, 제1 도전형 반도체층(132) 상에 양질로 성장될 수 있는 어느 물질이든지 제1 전극(144-1, 144-2)을 형성할 수 있다.
또한, 제1 전극(144-1, 144-2)은 오믹 접촉하는 물질을 포함하여 오믹 역할을 수행하여 별도의 제1 오믹층(142-1, 142-2)이 배치될 필요가 없을 수도 있고, 별도의 제1 오믹층(142-1, 142-2)이 제1 전극(144-1, 144-2)과 제1 도전형 반도체층(132)의 사이에 배치될 수도 있다.
또한, 제2 전극(154)은 제2 도전형 반도체층(136) 상에 금속으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 제2 전극(154)은 은(Ag), 니켈(Ni), 알루미늄(Al), 로듐(Rh), 팔라듐(Pd), 이리듐(Ir), 루테늄(Ru), 마그네슘(Mg), 아연(Zn), 백금(Pt), 금(Au), 하프늄(Hf) 및 이들의 선택적인 조합으로 이루어질 수 있다.
제2 전극(154)은 투명 전도성 산화막(TCO:Tranparent Conductive Oxide)일 수도 있다. 예를 들어, 제2 전극(154)은 전술한 금속 물질과 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/IrOx/Au, 및 Ni/IrOx/Au/ITO 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 이러한 재료로 한정하지는 않는다.
또한, 제2 전극(154)은 제2 도전형 반도체층(136)과 오믹 접촉하는 물질을 포함할 수 있다. 즉, 제2 전극(154)는 오믹 특성을 갖는 반사 전극 재료로 단층 또는 다층으로 형성될 수 있다. 만일, 제2 전극(154)이 오믹 역할을 수행할 경우 별도의 제2 오믹층(152)은 형성되지 않을 수 있고, 별도의 제2 오믹층(152)이 제2 전극(154)과 제2 도전형 반도체층(136) 사이에 배치될 수도 있다.
또한, 도 3 및 도 4에 예시된 발광 소자(100B, 100C)는 상부 열 패드(146-1, 146-2)를 더 포함할 수 있다. 상부 열 패드(146-1, 146-2)는 제1 도전형 반도체층(132)과 열 범프부(172-1, 172-2) 사이에서 제1 전극(144-1, 144-2)과 이격되어 배치된다. 도 2에 예시된 열 범프부(172-1, 172-2)가 제1 전극(144-1, 144-2)과 서브 마운트(180) 사이에 배치되는 반면, 도 3 및 도 4에 예시된 열 범프부(172-1, 172-2)는 상부 열 패드(146-1, 146-2)와 서브 마운트(180) 사이에 배치된다.
상부 열 패드(146-1, 146-2)는 금속 물질로 이루어질 수도 있고, 열 전도성과 전기적 절연성을 동시에 갖는 물질로 이루어질 수도 있다.
도 5는 다른 실시예에 의한 발광 소자의 배면도를 나타내고, 도 6 내지 도 8은 도 5에 도시된 Ⅱ-Ⅱ' 선을 따라 절취한 발광 소자(100D ~ 100F)의 실시예에 의한 단면도를 나타낸다. 도 1과 마찬가지로, 설명의 편의상, 도 5에 도시된 발광 소자에서, 도 6 내지 도 8에 도시된 서브 마운트(180), 제1 내지 제3 절연층(176, 192, 194), 하부 열 패드(174-3), 상부 열 패드(146-3), 제1 및 제2 금속 패드(182, 184), 제1 전극(144), 제2 전극(154), 제1 오믹층(142) 및 제2 오믹층(152)의 도시는 생략되었다.
한편, 도 1 내지 도 4에 예시된 발광 소자(100A ~ 100C)의 경우 열 범프부(172-1, 172-2)는 제1 도전형 반도체층(132)과 서브 마운트(180) 사이에 배치된다. 그러나, 다른 실시예에 의하면, 도 5 내지 도 8에 예시된 발광 소자(100D ~ 100F)에서 열 범프부(172-3)는 제2 도전형 반도체층(136)과 서브 마운트(180) 사이에 배치될 수 있다. 즉, 열 범프부(172-3)는 도 1에 도시된 액티브 영역(AA)에서 가운데 배치된 제2 전류 범프부의 자리에 도 5에 예시된 바와 같이 배치될 수 있지만, 실시예는 이러한 열 범프부(172-3)의 위치에 국한되지 않는다.
이를 제외하면, 도 5 내지 도 8에 예시된 발광 소자(100D ~ 100F)는 도 1 내지 도 4에 예시된 발광 소자(100A ~ 100C)와 동일하므로 중복되는 설명을 생략한다. 즉, 도 6 내지 도 8에 예시된 기판(110), 버퍼층(120), 발광 구조물(130), 제1 오믹층(142), 제1 전극(144), 제2 오믹층(152), 제2 전극(154), 제1 금속 패드(182), 제2 금속 패드(184) 및 서브 마운트(180)는 도 2 내지 도 4에 예시된 기판(110), 버퍼층(120), 발광 구조물(130), 제1 오믹층(142-1, 142-2), 제1 전극(144-1, 144-2), 제2 오믹층(152), 제2 전극(154), 제1 금속 패드(182-1, 182-2), 제2 금속 패드(184) 및 서브 마운트(180)에 각각 해당한다.
도 6에 예시된 발광 소자(100D)는 도 2에 예시된 발광 소자(100A)와 마찬가지로, 하부 열 패드(174-3) 및 제1 절연층(176)을 포함할 수 있다. 하부 열 패드(174-3) 및 제1 절연층(176)은 도 2에 예시된 하부 열 패드(174-1, 174-2) 및 제1 절연층(176-1, 176-2)에 각각 해당하므로 중복되는 설명을 생략한다.
도 2에 예시된 발광 소자(100A)의 열 범프부(172-1, 172-2)가 제1 전극(144-1, 144-2)과 서브 마운트(180) 사이에 배치되는 반면, 도 6에 예시된 바와 같이 발광 소자(100D)의 열 범프부(172-3)는 제2 전극(154)과 서브 마운트(180) 사이에 배치된다.
또는, 도 4에 예시된 발광 소자(100C)의 열 범프부(172-1, 172-2)는 서브 마운트(180)의 돌출부(180B)와 제1 도전형 반도체층(132) 사이에 배치된다. 반면에, 도 7에 예시된 발광 소자(100E)의 열 범프부(172-3)는 서브 마운트(180)의 돌출부(180B)와 제2 도전형 반도체층(136) 사이에 배치된다. 즉, 도 4에 예시된 바와 같이, 도 7에 예시된 서브 마운트(180)는 제2 금속 패드(184)와 인접한 돌출부(180B)를 포함한다.
또한, 도 3 및 도 4에 예시된 발광 소자(100B, 100C)의 상부 열 패드(146-1, 146-2)가 제1 도전형 반도체층(132)과 열 범프부(172-1, 172-2) 사이에서 제1 전극(144-1, 144-2)과 이격되어 배치된 반면, 도 7 및 도 8에 예시된 발광 소자(100E, 100F)의 상부 열 패드(146-3)는 제2 도전형 반도체층(136)과 열 범프부(172-3) 사이에서 제2 전극(154)과 이격되어 배치된다. 도 7 및 도 8에 예시된 상부 열 패드(146-3)는 도 3 및 도 4에 예시된 상부 열 패드(146-1, 146-2)와 동일한 기능을 수행하며 동일한 재질로 형성될 수 있다.
또한, 도 8에 예시된 바와 같이, 열 범프부(172-3)는 상부 열 패드(146-3)와 서브 마운트(180)의 평평한 상부면(180C) 사이에 배치될 수도 있다.
도 9는 또 다른 실시예에 의한 발광 소자의 배면도를 나타내고, 도 10은 도 9에 도시된 Ⅲ-Ⅲ'선을 따라 절취한 발광 소자(100G)의 실시예에 의한 단면도를 나타낸다. 도 1과 마찬가지로, 설명의 편의상, 도 9에 도시된 발광 소자에서, 도 10에 도시된 서브 마운트(180), 제2 및 제3 절연층(192, 194), 하부 열 패드(174-4, 174-5), 상부 열 패드(146-4, 146-5), 제1 및 제2 금속 패드(182, 184), 제1 전극(144), 제2 전극(154), 제1 오믹층(142) 및 제2 오믹층(152)의 도시는 생략되었다.
도 1 내지 도 8에 예시된 발광 소자(100A ~ 100F)와 달리, 도 9 및 도 10에 예시된 발광 소자(100G)는 제2 도전형 반도체층(136)과 서브 마운트(180)의 사이에 배치된 열 범프부(172-4)뿐만 아니라 제1 도전형 반도체층(132)과 서브 마운트(180)의 사이에 배치된 열 범프부(172-5)도 포함한다. 이와 같이, 열 범프부(172-4, 172-5)는 제1 및 제2 도전형 반도체층(132, 136) 각각과 서브 마운트(180) 사이에 배치될 수 있다.
이를 제외하면, 도 9 및 도 10에 예시된 발광 소자(100G)는 도 3에 예시된 발광 소자(100C)와 유사하므로, 중복되는 부분에 대해서는 설명을 생략한다.
도 2 내지 도 4 및 도 6 내지 도 8에 예시된 전술한 발광 소자(100A ~ 100G)는 일 례에 불과하며, 다양한 다른 형태를 가질 수 있다.
예를 들어, 도 2 내지 도 4에 예시된 열 범프부(172-1, 172-2)는 도 8에 예시된 바와 같이 서브 마운트(180)의 평평한 면(180C) 위에 배치될 수도 있다.
또한, 도 6에 예시된 발광 소자(100D)는 도 3에 예시된 바와 같이 제1 절연층(176)을 포함하지 않을 수도 있다. 이 경우, 도 6에 예시된 하부 열 패드(174-3)는 도 3에 예시된 바와 같이 제1 절연층(176)을 매개로 하지 않고 서브 마운트(180)와 직접 접하여 배치될 수 있다.
또한, 서브 마운트(180)가 전도성을 갖는 물질로 구현될 경우, 도 10에 예시된 발광 소자(100G)는 도 2 및 도 6에 예시된 바와 같이, 하부 열 패드(174-4, 174-5)와 서브 마운트(180) 사이에 배치된 제1 절연층을 더 포함할 수도 있다. 이 경우, 도 10에 예시된 하부 열 패드(174-4, 174-5)는 도 2 또는 도 6에 예시된 바와 같이 제1 절연층(176-1, 176-2, 176)에 의해 서브 마운트(180)와 전기적으로 분리된다.
또한, 도 10에 예시된 발광 소자(100G)의 하부 열 패드(174-4, 174-5)는 서브 마운트(180)의 리세스(180A)에 매립된 것으로 도시되어 있지만, 실시예는 이에 국한되지 않는다. 예를 들어, 다른 실시예에 의하면, 열 범프부(172-4, 172-5)는 도 4 또는 도 7에 예시된 바와 같이 서브 마운트(180)의 돌출부(180B)와 발광 구조물(130) 사이에 배치될 수도 있고, 도 8에 예시된 바와 같이 서브 마운트(180)의 평평한 상부면(180C)과 발광 구조물(130) 사이에 배치될 수도 있다.
도 2 내지 도 4, 도 6 내지 도 8 및 도 10에 도시된 발광 소자(100A ~ 100G) 각각은 제2 절연층(192-1, 192-2, 192)과 제3 절연층(194)을 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 서브 마운트(180)가 전기적 도전성을 갖는 물질로 구현될 경우, 제2 절연층(192-1, 192-2, 192)은 제1 금속 패드(182-1, 182-2, 182)를 서브 마운트(180)와 전기적으로 절연시키는 역할을 하고, 제3 절연층(194)은 제2 금속 패드(184)와 서브 마운트(180)를 전기적으로 절연시키는 역할을 한다.
제1 절연층(176-1, 176-2, 176), 제2 절연층(192-1, 192-2, 192) 및 제3 절연층(194) 각각은 SiO2, TiO2, SnO, ZnO, SixOy, SixNy(예를 들어, x=3이고 y=4이거나, x=y=1), SiOxNy, ITO 또는 AZO 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
그러나, 서브 마운트(180)가 전기적으로 절연성을 갖는 물질로 구현될 경우, 도 2 내지 도 4, 도 6 내지 도 8 및 도 10에 도시된 발광 소자(100A ~ 100G) 각각에서 제2 절연층(192-1, 192-2, 192)과 제3 절연층(194)은 생략될 수도 있다. 이 경우, 제2 절연층(192-1, 192-2, 192)과 제3 절연층(194)이 배치된 위치에 반사층을 배치시켜, 발광 구조물(130)로부터 방출되어 서브 마운트(130)로 향하는 광이 반사층에서 반사됨으로써 광 추출 효율이 향상될 수 있다.
또한, 도 2 내지 도 4 및 도 10에 예시된 열 범프부(172-1, 172-2, 172-5)의 제1 길이(L1, L12)는 제1 전류 범프부(162-1, 162-2, 162)의 제2 길이(L2)와 동일할 수도 있고 다를 수도 있다.
또한, 도 6 내지 도 8 및 도 10에 예시된 열 범프부(172-3, 172-4)의 제1 길이(L1, L11)는 제2 전류 범프부(164)의 제3 길이(L3)와 동일할 수도 있고 다를 수도 있다.
또한, 도 2 내지 도 4 및 도 10에 예시된 열 범프부(172-1, 172-2, 172-5)의 제1 폭(W1, W12)은 제1 전류 범프부(162-1, 162-2, 162)의 제2 폭(W2)보다 클 수 있다. 도 6 내지 도 8 및 도 10에 예시된 열 범프부(172-3, 172-4)의 제1 폭(W1, W11)은 제2 전류 범프부(164)의 제3 폭(W3)보다 클 수 있다. 이와 같이, 제1 폭(W1)이 제2 또는 제3 폭(W2, W3)보다 더 클 경우, 발광 구조물(130)에서 발생된 열이 열 범프부(172-1, 172-2, 172-3, 172-4, 172-5)를 통해 더욱 용이하게 서브 마운트(180)로 방출될 수 있다.
도 2, 도 3, 도 6, 도 10에 예시된 하부 열 패드(174-1, 174-2, 174-3, 174-4, 174-5)가 금속 물질로 구현될 경우, 발광 구조물(130)로부터 화살표 방향(20, 22, 24, 26)으로 열 범프부(172-1, 172-2, 172-3, 172-4, 172-5)를 통해 전달된 열이 더욱 용이하게 서브 마운트(180)로 방출될 수 있다.
또한, 도 3, 도 4 및 도 10에 예시된 상부 열 패드(146-1, 146-2, 146-5)의 전기 저항은 제1 전극(144-1, 144-2, 144)의 전기 저항보다 클 수 있다.
이 경우, 도 3, 도 4 및 도 10을 참조하면, 전류가 전기 전도성이 제1 전극(144-1, 144-2, 144)보다 상대적으로 낮은 상부 열 패드(146-1, 146-2, 146-5)와 열 범퍼부(172-1, 172-2, 172-5)를 통해 흐르기보다는 전기 전도성이 상부 열 패드(146-1, 146-2, 146-5)보다 상대적으로 높은 제1 전극(144-1, 144-2, 144)과 제1 전류 범프부(162-1, 162-2, 162)를 통해 화살표 방향(30, 34)으로 흐를 수 있다.
또한, 도 7, 도 8 및 도 10에 예시된 상부 열 패드(146-3, 146-4)의 전기 저항은 제2 전극(154)의 전기 저항보다 클 수 있다.
이 경우, 도 7, 도 8 및 도 10을 참조하면, 전류가 전기 전도성이 제2 전극(154)보다 상대적으로 낮은 상부 열 패드(146-3, 146-4)와 열 범퍼부(172-3, 172-4)를 통해 흐르기보다는 전기 전도성이 상부 열 패드(146-3, 146-4)보다 상대적으로 높은 제2 전극(154)과 제2 전류 범프부(164)를 통해 화살표 방향(42, 44)으로 흐를 수 있다.
즉, 도 3, 도 4, 도 7, 도 8 및 도 10에 예시된 바와 같이, 상부 열 패드(146-1, 146-2, 146-3, 146-4, 146-5)와 열 범프부(172-1, 172-2, 172-3, 172-4, 172-5)는 발광 구조물(130)로부터 서브 마운트(180)로 열이 전달되는 경로(20, 22, 24, 26)를 형성하는 반면, 제1 전극(144-1, 144-2, 144)과 제1 전류 범프부(162-1, 162-2, 162) 및 제2 전극(154)과 제2 전류 범프부(164)는 전류가 흐르는 경로(30, 34, 42, 44)를 형성할 수 있다.
이를 위해, 상부 열 패드(146-1 ~ 146-5)는 금속 물질로 이루어질 수도 있고, 열 전도성을 갖고 전기적 절연성을 갖는 물질로 이루어질 수도 있다. 또한, 제1 전극(144-1, 144-2, 144)이나 제2 전극(154)보다 높은 전기 저항을 갖도록, 상부 열 패드(146-1 ~ 146-5)는 복수의 층들이 적층된 구조를 가질 수도 있다.
또한, 상부 열 패드(146-1 ~ 146-5)는 알루미늄(Al), 금(Au), 은(Ag), 텅스텐(W), 철(Fe), 구리(Cu), 납(Pb), 니켈(Ni), 백금(Pt), 베릴륨(Be), 타이타늄(Ti), 크롬(Cr), 팔라듐(Pd), 등과 같은 금속 물질 중 적어도 하나 또는 이를 포함하는 합금으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 상부 열 패드(146-1 ~ 146-5)가 0.028의 전기 저항을 갖는 알루미늄으로 구현될 경우, 제1 전극(144-1, 144-2, 144) 및 제2 전극(154) 각각은 0.028보다 작은 0.017의 전기 저항을 갖는 구리로 구현될 수 있다.
또한, 도 3, 도 4 및 도 10에 도시된 상부 열 패드(146-1, 146-2, 146-5)와 제1 도전형 반도체층(132)이 쇼트키 접촉(schottky contact)할 경우, 열 범프부(172-1, 172-2, 172-5)로의 전류 흐름이 차단될 수 있다. 이와 마찬가지로, 도 7, 도 8 및 도 10에 도시된 상부 열 패드(146-3, 146-4)와 제2 도전형 반도체층(136)이 쇼트키 접촉할 경우 열 범프부(172-3, 172-4)로의 전류 흐름이 차단될 수 있다. 이를 위해, 제1 또는 제2 도전형 반도체층(132, 136)과 쇼트키 접촉할 수 있는 금속 물질에 의해 상부 열 패드(146-1 ~ 146-5)를 구현할 수 있다.
전술한 바와 같이, 실시예에 의한 발광 소자(100A ~ 100G)는 열 흐름 경로와 전류 흐름 경로를 분리시켜, 발광 구조물(130)에서 발생된 열이 열 범프부(172-1 ~ 172-5)를 통해 서브 마운트(180)로 방출됨으로써, 열 방출 효율이 개선될 수 있다. 특히, 발광 구조물(130)에서 자외선 파장 대역의 광이 방출될 경우 높은 동작 전압으로 인해 많은 열이 발생할 때, 개선된 열 방출 효율을 갖는 실시예의 발광 소자가 유용하게 적용되어 신뢰성이 확보될 수 있다.
도 11은 실시 예에 따른 발광 소자 패키지(200)의 단면도이다.
실시 예에 따른 발광 소자 패키지(200)는 발광 소자(100A), 패키지 몸체부(210), 절연물(220), 몰딩부재(230), 제1 및 제2 와이어(242, 244)를 포함한다.
발광 소자(100A)는 도 2에 예시된 발광 소자로서, 동일한 참조부호를 사용하며 이에 대한 상세한 설명을 생략한다. 도 2에 예시된 발광 소자(100A) 이외에 도 3, 도 4, 도 6 내지 도 8 또는 도 10에 예시된 발광 소자(100B, 100C, 100D, 100E, 100F, 100G)가 도 11에 예시된 바와 같이 발광 소자(100A) 대신에 발광 소자 패키지(200)로 구현될 수 있음은 물론이다.
패키지 몸체(210)는 모듈 기판(미도시) 위에 배치되며, 제1 및 제2 패키지 몸체(212, 214)를 포함할 수 있다.
여기서, 모듈 기판은 인쇄 회로 기판(PCB:Printed Circuit Board)뿐만 아니라, 메탈 코어 PCB(MCPCB, Metal Core PCB), 연성(flexible) PCB 등을 포함할 수도 있으며, 실시 예는 이에 한정되지 않는다.
도 11에서 서브 마운트(180)는 제1 패키지 몸체(212) 위에 배치된 것으로 도시되어 있지만, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 즉, 서브 마운트(180)는 제1 패키지 몸체(212)가 아닌 제2 패키지 몸체(214) 위에 배치될 수도 있다. 발광 소자(100A)의 제1 금속 패드(182-1, 182-2) 및 제2 금속 패드(184)는 제1 및 제2 와이어(242, 244)에 의해 제1 및 제2 패키지 몸체(212, 214)에 각각 연결된다.
패키지 몸체부(210)는 전기적인 전도성뿐만 아니라 반사성을 갖는 물질로 이루어질 수 있다. 만일, 발광 소자(100A)가 자외선 파장 대역의 광을 방출할 경우 방열 특성과 반사성을 향상시키기 위해, 패키지 몸체부(210)는 알루미늄 재질로 구현될 수 있으나 이에 국한되지 않는다.
만일, 제1 및 제2 패키지 몸체(212, 214)가 전기적 전도성을 갖는 알루미늄 재질로 구현될 경우, 절연물(220)은 제1 패키지 몸체(212)와 제2 패키지 몸체(214)를 전기적으로 서로 분리시키는 역할을 한다.
제1 도전형 반도체층(132)은 제1 전극(144-1, 144-2), 제1 전류 범프부(162-1, 162-2), 제1 금속 패드(182-1, 182-2), 제1 와이어(242) 및 제1 패키지 몸체(212)를 통해 모듈 기판과 전기적으로 연결될 수 있다. 또한, 제2 도전형 반도체층(136)은 제2 전극(154), 제2 전류 범프부(164), 제2 금속 패드(184), 제2 와이어(244) 및 제2 패키지 몸체(214)를 통해 모듈 기판과 전기적으로 연결될 수 있다.
몰딩 부재(230)는 제1 및 제2 패키지 몸체(212, 214)에 의해 형성된 캐비티에 채워져 발광 소자(100A)를 포위하여 보호할 수 있다. 또한, 몰딩 부재(230)는 형광체를 포함하여, 발광 소자(100A)에서 방출된 광의 파장을 변화시킬 수 있다.
다른 실시 예에 따른 발광 소자 패키지는 복수 개가 기판 상에 어레이되며, 발광 소자 패키지에서 방출되는 광의 경로 상에 광학 부재인 도광판, 프리즘 시트, 확산 시트, 형광 시트 등이 배치될 수 있다. 이러한 발광 소자 패키지, 기판, 광학 부재는 각종 살균 장치에 이용되거나 백라이트 유닛으로 기능하거나 조명 유닛으로 기능할 수 있으며, 예를 들어, 조명 시스템은 백라이트 유닛, 조명 유닛, 지시 장치, 램프, 가로등을 포함할 수 있다.
도 12는 실시 예에 따른 발광 소자 패키지를 포함하는 공기 살균 장치(500)의 사시도를 나타낸다.
도 12를 참조하면, 공기 살균 장치(500)는, 케이싱(501)의 일면에 실장된 발광 모듈부(510)와, 방출된 자외선 파장 대역의 광을 난반사시키는 난반사 반사 부재(530a, 530b)와, 발광 모듈부(510)에서 필요한 가용전력을 공급하는 전원 공급부(520)를 포함한다.
먼저 케이싱(501)은 장방형 구조로 이루어지며 발광 모듈부(510)와 난반사 반사부재(530a, 530b) 및 전원 공급부(520)를 모두 내장하는 일체형 즉 콤팩트한 구조로 형성될 수 있다. 또한, 케이싱(501)은 공기 살균 장치(500) 내부에서 발생된 열을 외부로 방출시키기에 효과적인 재질 및 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 케이싱(501)의 재질은 Al, Cu 및 이들의 합금 중 어느 하나의 재질로 이루어 질 수 있다. 따라서, 케이싱(501)의 외기와의 열전달 효율이 향상되어, 방열 특성이 개선될 수 있다.
또는, 케이싱(501)은 특유한 외부 표면 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 케이싱(501)은 예를 들어 코러게이션(corrugation) 또는 메쉬(mesh) 또는 불특정 요철 무늬 형상으로 돌출 형성되는 외부 표면 형상을 가질 수 있다. 따라서, 케이싱(501)의 외기와의 열전달 효율이 더욱 향상되어 방열 특성이 개선될 수 있다.
한편, 이러한 케이싱(501)의 양단에는 부착판(550)이 더 배치될 수 있다. 부착판(550)은 도 12에 예시된 바와 같이 케이싱(501)을 전체 설비 장치에 구속시켜 고정하는데 사용되는 브라켓 기능의 부재를 의미한다. 이러한 부착판(550)은 케이싱(501)의 양단에서 일측 방향으로 돌출 형성될 수 있다. 여기서, 일측 방향은 심자외선이 방출되고 난반사가 일어나는 케이싱(501)의 내측 방향일 수 있다.
따라서, 케이싱(501)으로부터 양단 상에 구비된 부착판(550)은 전체 설비 장치와의 고정 영역을 제공하여, 케이싱(501)이 보다 효과적으로 고정 설치될 수 있도록 한다.
부착판(550)은 나사 체결 수단, 리벳 체결 수단, 접착 수단 및 탈착 수단 중 어느 하나의 형태를 가질 수 있으며, 이들 다양한 결합 수단의 방식은 당업자의 수준에서 자명하므로, 여기서 상세한 설명은 생략하기로 한다.
한편, 발광 모듈부(510)는 전술한 케이싱(501)의 일면 상에 실장 되는 형태로 배치된다. 발광 모듈부(510)는 공기 중의 미생물을 살균 처리하도록 자외선 특히 심자외선 광을 방출하는 역할을 한다. 이를 위해, 발광 모듈부(510)는 기판(512)과, 기판(512)에 탑재된 다수의 발광 소자 패키지(200)를 포함한다. 여기서, 발광 소자 패키지(200)는 도 11에 예시된 발광 소자 패키지(200)에 해당할 수 있으나 이에 국한되지 않는다.
기판(512)은 케이싱(501)의 내면을 따라 단일 열로 배치되어 있으며, 회로 패턴(미도시)을 포함하는 PCB일 수 있다. 다만, 기판(512)은 일반 PCB 뿐 아니라, 메탈 코어 PCB(MCPCB, Metal Core PCB), 연성(flexible) PCB 등을 포함할 수도 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
다음으로, 난반사 반사부재(530a, 530b)는 전술한 발광 모듈부(510)에서 방출된 심자외선 광을 강제로 난반사시키도록 형성되는 반사판 형태의 부재를 의미한다. 이러한 난반사 반사부재(530a, 530b)의 전면 형상 및 배치 형상은 다양한 형상을 가질 수 있다. 난반사 반사부재(530a, 530b)의 면상 구조(예: 곡률반경 등)를 조금씩 변경하여 설계함에 따라, 난반사된 심자외선이 중첩되게 조사되어 조사 강도가 강해지거나, 또는 조사 영역되는 영역의 폭이 확장될 수 있다.
전원 공급부(520)는 전원을 도입 받아 전술된 발광 모듈부(510)에서 필요한 가용전력을 공급하는 역할을 한다. 이러한 전원 공급부(520)는 전술한 케이싱(501) 내에 배치될 수 있다. 도 7에 예시된 바와 같이, 전원 공급부(520)는 난반사 반사부재(530a, 530b)와 발광 모듈부(510) 사이의 이격 공간의 내벽 쪽에 배치될 수 있다. 외부 전원을 전원 공급부(520) 측으로 도입시키기 위해 상호 간을 전기적으로 연결하는 전원 연결부(540)가 더 배치될 수 있다.
도 12에 예시된 바와 같이, 전원 연결부(540)의 형태는 면상일 수 있으나, 외부의 전원 케이블(미도시)이 전기적으로 접속될 수 있는 소켓 또는 케이블 슬롯의 형태를 가질 수 있다. 그리고 전원 케이블은 플렉시블한 연장 구조를 가져, 외부 전원과의 연결이 용이한 형태로 이루어질 수 있다.
도 13은 실시 예에 따른 발광 소자 패키지를 포함하는 표시 장치(800)를 나타낸다.
도 13을 참조하면, 표시 장치(800)는 바텀 커버(810)와, 바텀 커버(810) 상에 배치되는 반사판(820)과, 광을 방출하는 발광 모듈(830, 835)과, 반사판(820)의 전방에 배치되며 발광 모듈(830, 835)에서 발산되는 빛을 표시 장치 전방으로 안내하는 도광판(840)과, 도광판(840)의 전방에 배치되는 프리즘 시트들(850, 860)을 포함하는 광학 시트와, 광학 시트 전방에 배치되는 디스플레이 패널(870)과, 디스플레이 패널(870)과 연결되고 디스플레이 패널(870)에 화상 신호를 공급하는 화상 신호 출력 회로(872)와, 디스플레이 패널(870)의 전방에 배치되는 컬러 필터(880)를 포함할 수 있다. 여기서, 바텀 커버(810), 반사판(820), 발광 모듈(830,835), 도광판(840) 및 광학 시트는 백라이트 유닛(Backlight Unit)을 이룰 수 있다.
발광 모듈은 기판(830) 상에 실장되는 발광 소자 패키지들(835)을 포함할 수 있다. 여기서, 기판(830)은 PCB 등이 사용될 수 있다. 발광 소자 패키지(835)는 도 11에 도시된 실시 예(200)일 수 있다.
바텀 커버(810)는 표시 장치(800) 내의 구성 요소들을 수납할 수 있다. 그리고, 반사판(820)은 본 도면처럼 별도의 구성요소로 마련될 수도 있으며, 도광판(840)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.
그리고, 도광판(840)은 폴리메틸메타크릴레이트(PolyMethylMethAcrylate; PMMA), 폴리카보네이트(PolyCarbonate; PC), 또는 폴리에틸렌(PolyEthylene; PE) 등으로 형성될 수 있다.
그리고, 제1 프리즘 시트(850)는 지지 필름의 일면에, 투광성이면서 탄성을 갖는 중합체 재료로 형성될 수 있으며, 중합체는 복수 개의 입체구조가 반복적으로 형성된 프리즘층을 가질 수 있다. 여기서, 복수 개의 패턴은 도시된 바와 같이 마루와 골이 반복적으로 스트라이프 타입으로 구비될 수 있다.
그리고, 제2 프리즘 시트(860)에서 지지 필름 일면의 마루와 골의 방향은, 제1 프리즘 시트(850) 내의 지지필름 일면의 마루와 골의 방향과 수직할 수 있다. 이는 발광 모듈과 반사 시트로부터 전달된 빛을 디스플레이 패널(870)의 전면으로 고르게 분산하기 위함이다.
그리고, 도시되지는 않았으나, 도광판(840)과 제1 프리즘 시트(850) 사이에 확산 시트가 배치될 수 있다. 확산 시트는 폴리에스터와 폴리카보네이트 계열의 재료로 이루어질 수 있으며, 백라이트 유닛으로부터 입사된 빛을 굴절과 산란을 통하여 광 투사각을 최대로 넓힐 수 있다. 그리고, 확산 시트는 광확산제를 포함하는 지지층과, 광출사면(제1 프리즘 시트 방향)과 광입사면(반사시트 방향)에 형성되며 광확산제를 포함하지 않는 제1 레이어와 제2 레이어를 포함할 수 있다.
실시 예에서 확산 시트, 제1 프리즘시트(850), 및 제2 프리즘시트(860)가 광학 시트를 이루는데, 광학 시트는 다른 조합 예를 들어, 마이크로 렌즈 어레이로 이루어지거나 확산 시트와 마이크로 렌즈 어레이의 조합 또는 하나의 프리즘 시트와 마이크로 렌즈 어레이의 조합 등으로 이루어질 수 있다.
디스플레이 패널(870)에 액정 표시 패널(Liquid crystal display)이 배치될 수 있는데, 액정 표시 패널 외에 광원을 필요로 하는 다른 종류의 표시 장치가 구비될 수 있다.
도 14는 실시 예에 따른 발광 소자 패키지를 포함하는 헤드 램프(head lamp, 900)를 나타낸다.
도 14를 참조하면, 헤드 램프(900)는 발광 모듈(901), 리플렉터(reflector, 902), 쉐이드(903) 및 렌즈(904)를 포함한다.
발광 모듈(901)은 기판(미도시) 상에 배치되는 복수의 발광 소자 패키지들(미도시)을 포함할 수 있다. 이때 발광 소자 패키지는 도 11에 도시된 실시 예(200)일 수 있다.
리플렉터(902)는 발광 모듈(901)로부터 조사되는 빛(911)을 일정 방향, 예컨대, 전방(912)으로 반사시킨다.
쉐이드(903)는 리플렉터(902)와 렌즈(904) 사이에 배치되며, 리플렉터(902)에 의하여 반사되어 렌즈(904)로 향하는 빛의 일부분을 차단 또는 반사하여 설계자가 원하는 배광 패턴을 이루도록 하는 부재로서, 쉐이드(903)의 일측부(903-1)와 타측부(903-2)는 서로 높이가 다를 수 있다.
발광 모듈(901)로부터 조사되는 빛은 리플렉터(902) 및 쉐이드(903)에서 반사된 후 렌즈(904)를 투과하여 차체 전방을 향할 수 있다. 렌즈(904)는 리플렉터(902)에 의하여 반사된 빛을 전방으로 굴절시킬 수 있다.
도 15는 실시 예에 따른 발광 소자 또는 발광 소자 패키지를 포함하는 조명 장치(1000)를 나타낸다.
도 15를 참조하면, 조명 장치(1000)는 커버(1100), 광원 모듈(1200), 방열체(1400), 전원 제공부(1600), 내부 케이스(1700) 및 소켓(1800)을 포함할 수 있다. 또한, 실시 예에 따른 조명 장치(1000)는 부재(1300)와 홀더(1500) 중 어느 하나 이상을 더 포함할 수 있다.
광원 모듈(1200)은 도 1 내지 도 10에 예시된 발광 소자(100A ~ 100G), 또는 도 11에 도시된 발광 소자 패키지(200)를 포함할 수 있다.
커버(1100)는 벌브(bulb) 또는 반구의 형상일 수 있으며, 속이 비어 있고, 일 부분이 개구된 형상일 수 있다. 커버(1100)는 광원 모듈(1200)과 광학적으로 결합될 수 있다. 예를 들어, 커버(1100)는 광원 모듈(1200)로부터 제공되는 빛을 확산, 산란 또는 여기시킬 수 있다. 커버(1100)는 일종의 광학 부재일 수 있다.
커버(1100)는 방열체(1400)와 결합될 수 있다. 커버(1100)는 방열체(1400)와 결합하는 결합부를 가질 수 있다.
커버(1100)의 내면에는 유백색 도료가 코팅될 수 있다. 유백색의 도료는 빛을 확산시키는 확산재를 포함할 수 있다. 커버(1100)의 내면의 표면 거칠기는 커버(1100)의 외면의 표면 거칠기보다 크게 형성될 수 있다. 이는 광원 모듈(1200)로부터의 빛이 충분히 산란 및 확산되어 외부로 방출시키기 위함이다.
커버(1100)의 재질은 유리(glass), 플라스틱, 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 폴리카보네이트(PC) 등일 수 있다. 여기서, 폴리카보네이트는 내광성, 내열성, 강도가 뛰어나다. 커버(1100)는 외부에서 광원 모듈(1200)이 보이도록 투명할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니고 불투명할 수 있다. 커버(1100)는 블로우(blow) 성형을 통해 형성될 수 있다.
광원 모듈(1200)은 방열체(1400)의 일 면에 배치될 수 있으며, 광원 모듈(1200)로부터 발생한 열은 방열체(1400)로 전도될 수 있다. 광원 모듈(1200)은 광원부(1210), 연결 플레이트(1230) 및 커넥터(1250)를 포함할 수 있다.
부재(1300)는 방열체(1400)의 상면 위에 배치될 수 있고, 복수의 광원부(1210)와 커넥터(1250)가 삽입되는 가이드홈(1310)을 갖는다. 가이드홈(1310)은 광원부(1210)의 기판 및 커넥터(1250)와 대응 또는 정렬될 수 있다.
부재(1300)의 표면은 광 반사 물질로 도포 또는 코팅된 것일 수 있다.
예를 들면, 부재(1300)의 표면은 백색의 도료로 도포 또는 코팅된 것일 수 있다. 이러한 부재(1300)는 커버(1100)의 내면에 반사되어 광원 모듈(1200)을 향하여 되돌아오는 빛을 다시 커버(1100) 방향으로 반사할 수 있다. 따라서, 실시 예에 따른 조명 장치의 광 효율을 향상시킬 수 있다.
부재(1300)는 예로서 절연 물질로 이루어질 수 있다. 광원 모듈(1200)의 연결 플레이트(1230)는 전기 전도성의 물질을 포함할 수 있다. 따라서, 방열체(1400)와 연결 플레이트(1230) 사이에 전기적인 접촉이 이루어질 수 있다. 부재(1300)는 절연 물질로 구성되어 연결 플레이트(1230)와 방열체(1400)의 전기적 단락을 차단할 수 있다. 방열체(1400)는 광원 모듈(1200)로부터의 열과 전원 제공부(1600)로부터의 열을 전달받아 방열할 수 있다.
홀더(1500)는 내부 케이스(1700)의 절연부(1710)의 수납홈(1719)을 막는다. 따라서, 내부 케이스(1700)의 절연부(1710)에 수납되는 전원 제공부(1600)는 밀폐될 수 있다. 홀더(1500)는 가이드 돌출부(1510)를 가질 수 있으며, 가이드 돌출부(1510)는 전원 제공부(1600)의 돌출부(1610)가 관통하는 홀을 가질 수 있다.
전원 제공부(1600)는 외부로부터 제공받은 전기적 신호를 처리 또는 변환하여 광원 모듈(1200)로 제공한다. 전원 제공부(1600)는 내부 케이스(1700)의 수납홈(1719)에 수납될 수 있고, 홀더(1500)에 의해 내부 케이스(1700)의 내부에 밀폐될 수 있다. 전원 제공부(1600)는 돌출부(1610), 가이드부(1630), 베이스(1650) 및 연장부(1670)를 포함할 수 있다.
가이드부(1630)는 베이스(1650)의 일 측에서 외부로 돌출된 형상을 가질 수 있다. 가이드부(1630)는 홀더(1500)에 삽입될 수 있다. 베이스(1650)의 일 면 위에는 다수의 부품이 배치될 수 있다. 다수의 부품은 예를 들어, 외부 전원으로부터 제공되는 교류 전원을 직류 전원으로 변환하는 직류변환장치, 광원 모듈(1200)의 구동을 제어하는 구동칩, 광원 모듈(1200)을 보호하기 위한 ESD 보호 소자 등을 포함할 수 있으나 이에 대해 한정하지는 않는다.
연장부(1670)는 베이스(1650)의 다른 일 측에서 외부로 돌출된 형상을 가질 수 있다. 연장부(1670)는 내부 케이스(1700)의 연결부(1750) 내부에 삽입될 수 있고, 외부로부터의 전기적 신호를 제공받을 수 있다. 예컨대, 연장부(1670)는 내부 케이스(1700)의 연결부(1750)와 폭이 같거나 작을 수 있다. 연장부(1670)에는 "+ 전선"과 "- 전선"의 각 일 단이 전기적으로 연결될 수 있고, "+ 전선"과 "- 전선"의 다른 일 단은 소켓(1800)에 전기적으로 연결될 수 있다.
내부 케이스(1700)는 내부에 전원 제공부(1600)와 함께 몰딩부를 포함할 수 있다. 몰딩부는 몰딩 액체가 굳어진 부분으로서, 전원 제공부(1600)가 내부 케이스(1700) 내부에 고정될 수 있도록 한다.
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.
100A ~ 100G: 발광 소자 110: 기판
120: 버퍼층 130: 발광 구조물
132: 제1 도전형 반도체층 134: 활성층
136: 제2 도전형 반도체층 142-1, 142-2, 152: 오믹층
144-1, 144-2, 144, 154: 전극 146-1 ~ 146-5: 상부 열 패드
162-1, 162-2, 162, 164: 전류 범프부
172-1 ~ 172-5: 열 범프부 174-1, 174-2: 하부 열 패드
176-1, 176-2, 176: 제1 절연층 180: 서브 마운트
182-1, 182-2, 182: 제1 금속 패드 184: 제2 금속 패드
192-1, 192-2, 192: 제2 절연층 194: 제3 절연층
200: 발광 소자 패키지 210: 기판
220A, 220B: 패키지 몸체 230: 절연물
242, 244: 와이어 250: 몰딩 부재
500: 공기 살균 장치 501: 케이싱
510: 발광 모듈부 530a, 530b: 난반사 반사 부재
520: 전원 공급부 800: 표시 장치
810: 바텀 커버 820: 반사판
830, 835, 901: 발광 모듈 840: 도광판
850, 860: 프리즘 시트 870: 디스플레이 패널
872: 화상 신호 출력 회로 880: 컬러 필터
900: 헤드 램프 902: 리플렉터
903: 쉐이드 904: 렌즈
1000: 조명 장치 1100: 커버
1200: 광원 모듈 1400: 방열체
1600: 전원 제공부 1700: 내부 케이스
1800: 소켓

Claims (15)

  1. 제1 도전형 반도체층, 상기 제1 도전형 반도체층의 아래에 배치된 활성층 및 상기 활성층의 아래에 배치된 제2 도전형 반도체층을 포함하는 발광 구조물;
    수평 방향으로 서로 이격된 제1 및 제2 금속 패드가 상부에 배치된 서브 마운트;
    상기 제1 도전형 반도체층과 상기 제1 금속 패드 사이에 배치된 제1 전류 범프부;
    상기 제2 도전형 반도체층과 상기 제2 금속 패드 사이에 배치된 제2 전류 범프부; 및
    상기 제1 또는 제2 도전형 반도체층 중 적어도 하나와 상기 서브 마운트 사이에 배치된 적어도 하나의 열 범프부를 포함하는 발광 소자.
  2. 제1 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 열 범프부와 상기 서브 마운트 사이에 배치된 하부 열 패드를 더 포함하는 발광 소자.
  3. 제2 항에 있어서, 상기 하부 열 패드는 금속 물질을 포함하는 발광 소자.
  4. 제1 항 내지 제3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 서브 마운트는 리세스를 포함하고, 상기 하부 열 패드는 상기 리세스 내에 배치되는 발광 소자.
  5. 제4 항에 있어서, 상기 하부 열 패드와 상기 서브 마운트 사이에 배치되는 절연층을 더 포함하는 발광 소자.
  6. 제1 항에 있어서, 상기 서브 마운트는 상기 제1 또는 제2 금속 패드에 인접한 돌출부를 더 포함하고,
    상기 열 범프부는 상기 제1 또는 제2 도전형 반도체층 중 적어도 하나와 상기 서브 마운트의 돌출부 사이에 배치된 발광 소자.
  7. 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
    상기 제1 전류 범프부와 상기 제1 도전형 반도체층 사이에 배치된 제1 전극; 및
    상기 제2 전류 범프부와 상기 제2 도전형 반도체층 사이에 배치된 제2 전극을 더 포함하는 발광 소자.
  8. 제7 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 열 범프부는 상기 제1 또는 제2 전극 중 적어도 하나와 상기 서브 마운트 사이에 배치된 발광 소자.
  9. 제7 항에 있어서,
    상기 제1 또는 제2 도전형 반도체층 중 적어도 하나와 상기 적어도 하나의 열 범프부 사이에서 상기 제1 또는 제2 전극과 이격되어 배치된 적어도 하나의 상부 열 패드를 더 포함하는 발광 소자.
  10. 제9 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 상부 열 패드의 전기 저항은 상기 제1 또는 제2 전극의 전기 저항보다 큰 발광 소자.
  11. 제9 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 상부 열 패드는 열 전도성을 갖고 전기적 절연성을 갖는 물질을 포함하는 발광 소자.
  12. 제9 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 상부 열 패드는 금속 물질을 포함하는 발광 소자.
  13. 제1 항에 있어서, 상기 열 범프부의 폭은 상기 제1 또는 제2 전류 범프부의 폭보다 큰 발광 소자.
  14. 제1 항에 있어서, 상기 활성층은 330 ㎚ 내지 405 ㎚의 자외선 파장 대역의 광을 방출하는 발광 소자.
  15. 캐비티를 정의하는 패키지 몸체;
    상기 캐비티 내의 상기 패키지 몸체 위에 배치된 제1 항 내지 제3 항, 제6 항 및 제13 항 내지 제14 항 중 어느 한 항에 기재된 발광 소자; 및
    상기 캐비티에 채워져 상기 발광 소자를 포위하는 몰딩 부재를 포함하는 발광 소자 패키지.
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