KR20150087623A - 발광소자 및 이를 포함하는 발광소자 패키지 - Google Patents
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Abstract
실시예는 복수 개의 패턴이 형성된 기판; 패턴에 접촉하며 상기 기판 상에 배치된 언도프드(undoped) 반도체층; 상기 패턴과 상기 언도프드 반도체층 사이에 형성된 에어 보이드(air void); 및 상기 언도프드 반도체층 상에 배치되고, 제1 도전형 반도체층과 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하는 발광 구조물을 포함하는 발광소자를 제공한다.
Description
실시예는 발광소자 및 이를 포함하는 발광소자 패키지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 광추출 효율이 향상된 발광소자에 관한 것이다.
GaN, AlGaN 등의 3-5 족 화합물 반도체는 넓고 조정이 용이한 밴드 갭 에너지를 가지는 등의 많은 장점으로 인해 광 전자 공학 분야(optoelectronics)와 전자 소자를 위해 등에 널리 사용된다.
특히, 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.
종래의 발광소자는 사파이어(Sapphire) 등으로 이루어진 기판 위에 언도프드 반도체층(un-GaN)과 제1 도전형 반도체층(n-GaN)과 활성층(MQW) 및 제2 도전형 반도체층(p-GaN)을 포함하는 발광구조물이 형성되고, 제1 도전형 반도체층과 제2 도전형 반도체층 상에 각각 제1 전극과 제2 전극이 배치될 수 있다.
발광소자는 제1 도전형 반도체층을 통해서 주입되는 전자와 제2 도전형 반도체층을 통해서 주입되는 정공이 서로 만나서 활성층을 이루는 물질 고유의 에너지 밴드에 의해서 결정되는 에너지를 갖는 빛을 방출한다. 활성층에서 방출되는 빛은 활성층을 이루는 물질의 조성에 따라 다를 수 있으며, 청색광이나 자외선(UV) 또는 심자외선(Deep UV) 또는 다른 파장 영역의 광일 수 있다.
발광소자의 광추출 효율을 향상시키기 위하여, 발광구조물의 표면을 식각하여 요철을 형성하는 방법과 기판의 표면에 패턴을 형성하는 방법이 있다.
도 1a 및 도 1b는 패턴이 형성된 사파이어 기판(PSS)의 일실시예들을 나타낸 도면이다.
사파이어 기판에 패턴을 형성하면 버퍼층이나 언도프드 반도체층으로부터 성장되는 발광 구조물에 결함(Dislocation) 밀도를 줄일 수 있고, 활성층에서 방출된 빛이 사파이어 기판의 패턴에서 반사 내지 굴절되어 광추출 효율을 향상시킬 수 있다.
그러나, 언도프드 반도체층과 사파이어 기판 사이에서의 광 굴절은 충분하지 못하여, 발광소자의 광추출 효율을 향상시키려는 다양한 노력이 계속되고 있다.
실시예는 발광소자의 광추출 효율을 향상시키고자 한다.
실시예는 복수 개의 패턴이 형성된 기판; 패턴에 접촉하며 상기 기판 상에 배치된 언도프드(undoped) 반도체층; 상기 패턴과 상기 언도프드 반도체층 사이에 형성된 에어 보이드(air void); 및 상기 언도프드 반도체층 상에 배치되고, 제1 도전형 반도체층과 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하는 발광 구조물을 포함하는 발광소자를 제공한다.
다른 실시예는 복수 개의 패턴이 형성된 기판; 상기 패턴에 접촉하며 상기 기판 상에 배치된 제1 도전형 반도체층; 상기 패턴과 상기 제1 도전형 반도체층 사이에 형성된 에어 보이드(air void); 및 상기 제1 도전형 반도체층 상에 배치되는 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하는 발광소자를 제공한다.
에어 보이드는 상기 패턴의 측면에 접촉할 수 있다.
패턴은 중앙 영역의 단면적이 상기 기판과 접촉하는 영역의 단면적보다 클 수 있다.
패턴의 가로 방향의 길이는 1 마이크로 미터 내지 3 마이크로 미터일 수 있다.
에어 보이드의 가로 방향의 길이는 상기 패턴의 가로 방향의 길이의 1/4 내지 1/2일 수 있다.
에어 보이드의 높이는 상기 패턴의 높이보다 작을 수 있다.
에어 보이드는 상기 기판에 접촉하는 영역의 가로 방향의 길이가 다른 영역의 가로 방향의 길이보다 클 수 있다.
기판과 상기 패턴은 동일한 재료로 이루어질 수 있다.
기판은 Al2O3, SiO2, SiC, Si, GaAs, GaN, ZnO, GaP, InP, Ge, Ga203 중 어느 하나로 이루어질 수 있다.
다른 실시예는 몸체; 상기 몸체에 배치된 제1 리드 프레임과 제2 리드 프레임; 상기 몸체에 배치되고 상기 제1 리드 프레임과 제2 리드 프레임에 전기적으로 연결된 상술한 발광소자; 및 상기 발광소자를 둘러싸는 몰딩부를 포함하는 발광소자 패키지를 제공한다.
실시예에 따른 발광소자는, 기판의 패턴 하부에 에어 보이드가 형성되어, 활성층에서 방출된 빛이 에어 보이드에서 굴절되고 산란되어 광추출 효율이 향상될 수 있다.
도 1a 및 도 1b는 종래의 발광소자에서 기판 상에 형성된 패턴을 나타낸 도면이고,
도 2a 및 도 2b는 발광소자의 제1 실시예의 구조를 나타낸 도면이고,
도 3은 발광소자의 제2 실시예의 구조를 나타낸 도면이고,
도 4a 내지 도 4e는 도 2a의 발광소자의 기판 상의 패턴의 제조방법을 나타낸 도면이고,
도 5는 발광소자를 포함하는 발광소자 패키지의 일실시예를 나타낸 도면이고,
도 6은 발광소자를 포함하는 영상표시장치의 일실시예를 나타낸 도면이고,
도 7은 발광소자를 포함하는 조명장치의 일실시예를 나타낸 도면이다.
도 2a 및 도 2b는 발광소자의 제1 실시예의 구조를 나타낸 도면이고,
도 3은 발광소자의 제2 실시예의 구조를 나타낸 도면이고,
도 4a 내지 도 4e는 도 2a의 발광소자의 기판 상의 패턴의 제조방법을 나타낸 도면이고,
도 5는 발광소자를 포함하는 발광소자 패키지의 일실시예를 나타낸 도면이고,
도 6은 발광소자를 포함하는 영상표시장치의 일실시예를 나타낸 도면이고,
도 7은 발광소자를 포함하는 조명장치의 일실시예를 나타낸 도면이다.
이하 상기의 목적을 구체적으로 실현할 수 있는 본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.
본 발명에 따른 실시예의 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 방향 뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.
도 2a 및 도 2b는 발광소자의 제1 실시예의 구조를 나타낸 도면이다.
본 실시예에 따른 발광소자(100a)는 복수 개의 패턴(115)이 형성된 기판(110)과, 패턴(115)에 접촉하며 기판 상에 배치된 언도프드(undoped) 반도체층(130), 패턴(115)과 언도프드 반도체층(130) 사이에 형성된 에어 보이드(air void, 120), 및 언도프드 반도체층(130) 상에 배치되고, 제1 도전형 반도체층(142)과 활성층(144) 및 제2 도전형 반도체층(146)을 포함하는 발광 구조물(140)을 포함할 수 있다.
기판(110)은 반도체 물질 성장에 적합한 물질이나 캐리어 웨이퍼로 형성될 수 있으며, 열 전도성이 뛰어난 물질로 형성될 수 있고, 전도성 기판 또는 절연성 기판을 포함할 수 있다. 예컨대, 사파이어(Al2O3), SiO2, SiC, Si, GaAs, GaN, ZnO, GaP, InP, Ge, Ga203 중 적어도 하나를 사용할 수 있다.
사파이어 등으로 기판(110)을 형성하고, 기판(110) 상에 GaN이나 AlGaN 등을 포함하는 발광구조물(220)이 배치될 때, GaN이나 AlGaN과 사파이어 사이의 격자 부정합(lattice mismatch)이 매우 크고 이들 사이에 열 팽창 계수 차이도 매우 크기 때문에, 결정성을 악화시키는 전위(dislocation), 멜트 백(melt-back), 크랙(crack), 피트(pit), 표면 모폴로지(surface morphology) 불량 등이 발생할 수 있으므로, AlN 등으로 버퍼층을 형성하거나 언도프드 반도체층(130)을 형성할 수 있다.
패턴(115)은 기판(110)과 동일한 재료로 이루어지고, 기판(110)의 표면이 일부 식각되어 형성될 수 있다. 패턴(115)은 도 2a에 도시된 형상 외에 다른 형상일 수 있고, 각각의 패턴(115)의 형상이 서로 다를 수도 있으나 식각 공정을 고려하면 서로 동일하거나 유사한 패턴(115)이 형성될 수 있다.
패턴(115)은 중앙 영역의 단면의 크기가 기판(110)과 접촉하는 영역의 단면의 크기보다 클 수 있고, 패턴(115)의 중앙 영역은 기하학적으로 패턴(115)의 정중앙을 의미하지는 않고 패턴(115)의 상부와 하부 사이의 영역을 의미한다.
그리고, 패턴(115)이 중앙 영역의 단면의 크기가 기판(110)과 접촉하는 영역의 단면의 크기보다 클 수 있으므로, 패턴은 중앙 영역에서의 한 변의 길이(d1)는가 기판(110)과 접촉하는 영역에서의 한 변의 길이(d2)보다 클 수 있다. 여기서, 한 변의 길이(d1, d2)는 패턴(115)의 가로 방향의 단면이 다각형인 경우이며, 만약 단면이 원형이면 지름일 수 있다.
에어 보이드(120)는 기판(110)과 패턴(115) 사이에 형성될 수 있는데, 보다 상세하게는 패턴(115)의 측면과 기판(110)의 상부 및 언도프드 반도체층(130)에 접촉하며 배치될 수 있다. 그리고, 패턴(115)이 도시된 바와 같이 중앙 영역의 길이(d1)보다 기판(110)과 접촉하는 영역의 길이(d2)가 짧으므로 패턴(115)의 하부가 내측으로 함몰된 형상일 수 있고, 패턴(115)이 함몰된 영역에 에어 보이드(120)가 삽입되어 배치될 수 있다.
패턴(115)의 가로 방향의 길이는 1 마이크로 미터 내지 3 마이크로 미터일 수 있는데, 가로 방향의 길이는 도 2a에서 한 변의 길이(d1, d2)들일 수 있다. 패턴(115)의 가로 방향의 길이가 너무 작으면 광산란에 의한 광추출 향상이 충분하지 못할 수 있고, 너무 크면 산란된 빛이 고르지 않고 얼룩이나 기타 광산란에 의한 흔적이 나타날 수 있다.
에어 보이드(120)의 가로 방향의 길이(d3)는 패턴의 가로 방향의 길이의 1/4 내지 1/2일 수 있다. 에어 보이드(120)의 가로 방향의 길이(d3)가 너무 작으면 광산란에 의한 광추출 향상이 충분하지 못할 수 있고, 너무 크면 패턴(115)의 하부 영역이 기판(110)에 안정적으로 고정되지 못할 수 있다.
에어 보이드(120)의 높이(h2)는 패턴(115)의 높이(h1)보다 작을 수 있는데, 에어 보이드(120)가 패턴(115)이 하부에서 내측으로 함몰된 영역에 삽입되어 배치됨에 따른 구조이다. 그리고, 에어 보이드(120)의 높이(h2)와 가로 방향의 길이(d3)는 나노 규모일 수 있다.
에어 보이드(120)는 기판(110)에 접촉하는 영역의 가로 방향의 길이(d3)가 다른 영역의 가로 방향의 길이보다 클 수 있는데, 도 2a에 도시된 구조에서는 에어 보이드(120)의 가로 방향의 길이는 기판(110)에 접촉하는 영역에서 가장 크고 발광 구조물(140) 방향으로 갈수록 줄어들 수 있다.
도 2b는 도 2a를 에어 보이드(120)의 중간 높이에서의 횡방향(가로 방향)의 단면도이고, 에어 보이드(120)가 패턴(115)의 둘레를 링(ring) 형태로 감싸고 있으며, 에어 보이드(120)의 둘레는 언도프드 반도체층(130)이 둘러싸고 있다.
언도프드 반도체층(130)은 기판(110)과 패턴(115) 및 에어 보이드(120)와 접촉하며 배치될 수 있는데, 경우에 따라 생략될 수 있고 도 3의 실시예에서도 동일하다. 패턴(120) 위에 언도프드 반도체층(130)이 성장하더라고 에어와 굴절률이 상이하여, 에어 보이드(120)와 언도프드 반도체층(130)의 사이에서 광산란이 발생할 수 있다.
발광 구조물(140)은 제1 도전형 반도체층(142)과 활성층(144) 및 제2 도전형 반도체층(146)을 포함하여 이루어진다.
제1 도전형 반도체층(142)은 Ⅲ-Ⅴ족, Ⅱ-Ⅵ족 등의 화합물 반도체로 구현될 수 있으며, 제1 도전형 도펀트가 도핑되어 제1 도전형의 반도체층일 수 있다. 제1 도전형 반도체층(142)은 AlxInyGa(1-x-y)N (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질, AlGaN, GaN, InAlGaN, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP, AlGaInP 중 어느 하나 이상으로 형성될 수 있다.
제1 도전형 반도체층(142)이 n형 반도체층인 경우, 제1 도전형 도펀트는 Si, Ge, Sn, Se, Te 등과 같은 n형 도펀트를 포함할 수 있다. 제1 도전형 반도체층(142)은 단층 또는 다층으로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
활성층(144)은 제1 도전형 반도체층(142)의 상부면에 배치되며, 단일 우물 구조(Double Hetero Structure), 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(144)은 Ⅲ-Ⅴ족 원소의 화합물 반도체 재료를 이용하여 우물층과 장벽층, 예를 들면 AlGaN/AlGaN, InGaN/GaN, InGaN/InGaN, AlGaN/GaN, 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.
제2 도전형 반도체층(146)은 활성층(144)의 표면에 반도체 화합물로 형성될 수 있다. 제2 도전형 반도체층(146)은 Ⅲ-Ⅴ족, Ⅱ-Ⅵ족 등의 화합물 반도체로 구현될 수 있으며, 제2 도전형 도펀트가 도핑될 수 있다. 제2 도전형 반도체층(146)은 예컨대, InxAlyGa1 -x-yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질, AlGaN, GaN AlInN, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP, AlGaInP 중 어느 하나 이상으로 형성될 수 있으며, 예를 들어 제2 도전형 반도체층(146)이 AlxGa(1-x)N으로 이루어질 수 있다.
제2 도전형 반도체층(146)은 제2 도전형 도펀트가 도핑되어 제2 도전형의 반도체층일 수 있는데, 제2 도전형 반도체층(146)이 p형 반도체층일 경우 제2 도전형 도펀트는 Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등과 같은 p형 도펀트일 수 있다. 제2 도전형 반도체층(146)은 단층 또는 다층으로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
도시되지는 않았으나, 활성층(144)과 제2 도전형 반도체층(146)의 사이에는 전자 차단층(Electron blocking layer)이 배치될 수 있다. 전자 차단층은 초격자(superlattice) 구조로 이루어질 수 있는데, 초격자는 예를 들어 제2 도전형 도펀트로 도핑된 AlGaN이 배치될 수 있고, 알루미늄의 조성비를 달리하는 GaN이 층(layer)을 이루어 복수 개 서로 교번하여 배치될 수도 있다.
도시되지는 않았으나 발광 구조물(140)의 일부 영역에서 제2 도전형 반도체층(146)으로부터 활성층(144)과 제1 도전형 반도체층(142)의 일부가 메사 식각되어, 제1 도전형 반도체층(142)의 표면이 노출된다.
노출된 제1 도전형 반도체층(142)의 표면과 제2 도전형 반도체층(146) 상에는 각각 제1 전극과 제2 전극이 배치되는데, 제1 전극과 제2 전극은 알루미늄(Al), 티타늄(Ti), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 구리(Cu), 금(Au) 중 적어도 하나를 포함하여 단층 또는 다층 구조로 형성될 수 있으며, 각각 와이어(미도시)에 연결될 수 있다.
그리고, 제2 도전형 반도체층(146)의 표면에는 요철이 형성되어 광추출 효율을 향상시킬 수 있고, 발광 구조물(140)의 둘레에는 패시베이션층이 형성될 수 있는데, 패시베이션층은 절연성 물질로 이루어질 수 있다. 상기 절연성 물질은 비전도성인 산화물이나 질화물로 이루어질 수 있고, 보다 상세하게는 실리콘 산화물(SiO2)층, 산화 질화물층, 산화 알루미늄층으로 이루어질 수 있다.
도 3은 발광소자의 제2 실시예의 구조를 나타낸 도면이다.
본 실시예에 따른 발광소자(100b)는 도 2a에 도시된 발광소자(100b)와 유사하나, 패턴(115)의 형상이 상이하다. 즉, 도 2a에서 패턴(115)의 수직 방향의 단면은 삼각형에서 하부의 양측면이 식각된 형상일 수 있고, 도 3에서 패턴(115)의 수직 방향의 단면은 원에서 하부의 양측면이 식각된 형상일 수 있으며, 각각의 식각된 영역에 에어 보이드(120)가 배치될 수 있다.
도 3에서 에어 보이드(120)와 패턴(115)의 크기 내지 위치 관계 등은 도 2a와 동일할 수 있다.
도 4a 내지 도 4e는 도 2a의 발광소자의 기판 상의 패턴의 제조방법을 나타낸 도면이다.
먼저, 도 4a에 도시된 바와 같이 기판(110)의 표면을 식각하여 패턴(115)을 형성하는데, 건식 식각의 방법으로 기판(110)의 표면이 식각될 수 있다.
도 4b에 도시된 바와 같이 식각된 패턴(115)의 주변에 포토 레지스트(200)를 도포하고, 도 4c에 도시된 바와 같이 포토 레지스트(200)를 식각하는데 습식 식각의 방법으로 포토 레지스트(200)의 하부면을 더 식각하여 측면과 하부면이 둔각을 이루게 식각할 수 있으며, 이때 'a' 영역에서 패턴(115)의 일부가 노출될 수 있다.
여기서, 포토 레지스트의 도포 후 노광 공정에서 아래쪽 부분을 노광을 덜하여 상술한 식각을 진행할 수 있는데, 초점을 조절하는 등의 방법으로 노광을 조절할 수 있다.
그리고, 도 4c에 도시된 바와 같이 포토 레지스트(200)가 제거되어 노출된 시판의 하부를 건식 식각의 방법으로 식각할 수 있는데, 이때 도 4c에서 'a' 영역에서 노출되었던 패턴이 제거되어 'b' 영역에 도시된 바와 같이 포토 레지스트(200)와 패턴(115)의 윤곽이 일치할 수 있다.
그리고, 포토 레지스트(200)를 제거하면, 도 4e에 도시된 패턴(115)이 완성된다.
도 4a 내지 도 4e에서 기판(110) 위에 하나의 패턴(115)이 도시되고 있으나, 기판(110)의 전체 영역에서 복수 개의 패턴(115)이 형성될 수 있다. 그리고, 도 4e의 구조 위에 언도프드 반도체층을 성장시키면, 패턴(115)의 하부에서 상술한 'b' 영역에서 언도프드 반도체층이 성장되지 않고 에어 보이드가 형성될 수 있다. 즉, 언도프드 반도체층은 초기에 수직 성장을 주로 하고 후에 수평 성장을 할 수 있다.
아래의 표는 도 2a의 실시예에 따른 발광소자을 종래의 비교예와 비교한 것이다. 에어 보이드가 형성된 실시예에 따른 발광소자는 동일한 파워를 입력하였을 때, 광추출 효율이 5.8% 정도 향상된 것을 알 수 있다.
| 입력 파워 | 효율 | ||
| 절대 값 | 상대값 | ||
| 비교예 | 1 | 0.836 | 0.94 |
| 실시예 | 1 | 0.885 | 1 |
도 5는 발광소자를 포함하는 발광소자 패키지의 일실시예를 나타낸 도면이다.
실시예에 따른 발광소자 패키지(400)는 캐비티를 포함하는 몸체(410)와, 상기 몸체(410)에 설치된 제1 리드 프레임(Lead Frame, 421) 및 제2 리드 프레임(422)과, 상기 몸체(410)에 설치되어 상기 제1 리드 프레임(421) 및 제2 리드 프레임(422)과 전기적으로 연결되는 상술한 실시예들에 따른 발광소자(200a)와, 상기 캐비티에 형성된 몰딩부(470)를 포함한다.
몸체(410)는 실리콘 재질, 합성수지 재질, 또는 금속 재질을 포함하여 형성될 수 있다. 상기 몸체(410)가 금속 재질 등 도전성 물질로 이루어지면, 도시되지는 않았으나 상기 몸체(410)의 표면에 절연층이 코팅되어 상기 제1,2 리드 프레임(421, 422) 간의 전기적 단락을 방지할 수 있다.
제1 리드 프레임(421) 및 제2 리드 프레임(422)은 서로 전기적으로 분리되며, 상기 발광소자(200a)에 전류를 공급한다. 또한, 제1 리드 프레임(421) 및 제2 리드 프레임(422)은 발광소자(200a)에서 발생된 광을 반사시켜 광 효율을 증가시킬 수 있으며, 발광소자(200a)에서 발생된 열을 외부로 배출시킬 수도 있다.
발광소자(200a)는 상술한 실시예들에 따른 발광소자일 수 있다.
발광소자(200a)는 제1 리드 프레임(421)에 도전성 페이스트(미도시) 등으로 고정될 수 있고, 전극(430)은 제2 리드 프레임에 와이어(450)로 본딩될 수 있다.
상기 몰딩부(470)는 상기 발광소자(200a)를 포위하여 보호할 수 있다. 또한, 상기 몰딩부(470) 상에는 형광체(480)가 포함될 수 있다. 이러한 구조는 형광체(480)가 분포되어, 발광소자(200a)로부터 방출되는 빛의 파장을 발광소자 패키지(400)의 빛이 출사되는 전 영역에서 변환시킬 수 있다.
발광소자 패키지(400)는 상술한 실시예들에 따른 발광소자 중 하나 또는 복수 개로 탑재할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
이하에서는 상술한 발광소자 패키지가 배치된 조명 시스템의 일실시예로서, 영상표시장치와 조명장치를 설명한다.
도 6은 발광소자가 배치된 영상표시장치의 일실시예를 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)의 발광소자는 상술한 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.
도 7은 발광소자가 배치된 조명장치의 일실시예를 나타낸 도면이다.
본 실시예에 따른 조명 장치는 커버(1100), 광원 모듈(1200), 방열체(1400), 전원 제공부(1600), 내부 케이스(1700), 소켓(1800)을 포함할 수 있다. 또한, 실시 예에 따른 조명 장치는 부재(1300)와 홀더(1500) 중 어느 하나 이상을 더 포함할 수 있고, 광원 모듈(1200)은 상술한 실시예들에 따른 발광소자 패키지를 포함할 수 있다.
커버(1100)는 벌브(bulb) 또는 반구의 형상을 가지며, 속이 비어 있고, 일 부분이 개구된 형상으로 제공될 수 있다. 상기 커버(1100)는 상기 광원 모듈(1200)과 광학적으로 결합될 수 있다. 예를 들어, 상기 커버(1100)는 상기 광원 모듈(1200)로부터 제공되는 빛을 확산, 산란 또는 여기 시킬 수 있다. 상기 커버(1100)는 일종의 광학 부재일 수 있다. 상기 커버(1100)는 상기 방열체(1400)와 결합될 수 있다. 상기 커버(1100)는 상기 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. 상기 커버(1100)의 내면의 표면 거칠기는 상기 커버(1100)의 외면의 표면 거칠기보다 크게 형성될 수 있다. 이는 상기 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, 폴리카보네이트는내광성, 내열성, 강도가 뛰어나다. 상기 커버(1100)는 외부에서 상기 광원 모듈(1200)이 보이도록 투명할 수 있고, 불투명할 수 있다. 상기 커버(1100)는 블로우(blow) 성형을 통해 형성될 수 있다.
광원 모듈(1200)은 상기 방열체(1400)의 일 면에 배치될 수 있다. 따라서, 광원 모듈(1200)로부터의 열은 상기 방열체(1400)로 전도된다. 상기 광원 모듈(1200)은 발광소자 패키지(1210), 연결 플레이트(1230), 커넥터(1250)를 포함할 수 있다.
부재(1300)는 상기 방열체(1400)의 상면 위에 배치되고, 복수의 발광소자 패키지(1210)들과 커넥터(1250)이 삽입되는 가이드홈(1310)들을 갖는다. 가이드홈(1310)은 상기 발광소자 패키지(1210)의 기판 및 커넥터(1250)와 대응된다.
부재(1300)의 표면은 빛 반사 물질로 도포 또는 코팅된 것일 수 있다. 예를 들면, 부재(1300)의 표면은 백색의 도료로 도포 또는 코팅된 것일 수 있다. 이러한 상기 부재(1300)는 상기 커버(1100)의 내면에 반사되어 상기 광원 모듈(1200)측 방향으로 되돌아오는 빛을 다시 상기 커버(1100) 방향으로 반사한다. 따라서, 실시 예에 따른 조명 장치의 광 효율을 향상시킬 수 있다.
부재(1300)는 예로서 절연 물질로 이루어질 수 있다. 상기 광원 모듈(1200)의 연결 플레이트(1230)는 전기 전도성의 물질을 포함할 수 있다. 따라서, 상기 방열체(1400)와 상기 연결 플레이트(1230) 사이에 전기적인 접촉이 이루어질 수 있다. 상기 부재(1300)는 절연 물질로 구성되어 상기 연결 플레이트(1230)와 상기 방열체(1400)의 전기적 단락을 차단할 수 있다. 상기 방열체(1400)는 상기 광원 모듈(1200)로부터의 열과 상기 전원 제공부(1600)로부터의 열을 전달받아 방열한다.
홀더(1500)는 내부 케이스(1700)의 절연부(1710)의 수납홈(1719)을 막는다. 따라서, 상기 내부 케이스(1700)의 상기 절연부(1710)에 수납되는 상기 전원 제공부(1600)는 밀폐된다. 홀더(1500)는 가이드 돌출부(1510)를 갖는다. 가이드 돌출부(1510)는 상기 전원 제공부(1600)의 돌출부(1610)가 관통하는 홀을 갖는다.
전원 제공부(1600)는 외부로부터 제공받은 전기적 신호를 처리 또는 변환하여 상기 광원 모듈(1200)로 제공한다. 전원 제공부(1600)는 상기 내부 케이스(1700)의 수납홈(1719)에 수납되고, 상기 홀더(1500)에 의해 상기 내부 케이스(1700)의 내부에 밀폐된다. 상기 전원 제공부(1600)는 돌출부(1610), 가이드부(1630), 베이스(1650), 연장부(1670)를 포함할 수 있다.
상기 가이드부(1630)는 상기 베이스(1650)의 일 측에서 외부로 돌출된 형상을 갖는다. 상기 가이드부(1630)는 상기 홀더(1500)에 삽입될 수 있다. 상기 베이스(1650)의 일 면 위에 다수의 부품이 배치될 수 있다. 다수의 부품은 예를 들어, 외부 전원으로부터 제공되는 교류 전원을 직류 전원으로 변환하는 직류변환장치, 상기 광원 모듈(1200)의 구동을 제어하는 구동칩, 상기 광원 모듈(1200)을 보호하기 위한 ESD(ElectroStatic discharge) 보호 소자 등을 포함할 수 있으나 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 연장부(1670)는 상기 베이스(1650)의 다른 일 측에서 외부로 돌출된 형상을 갖는다. 상기 연장부(1670)는 상기 내부 케이스(1700)의 연결부(1750) 내부에 삽입되고, 외부로부터의 전기적 신호를 제공받는다. 예컨대, 상기 연장부(1670)는 상기 내부 케이스(1700)의 연결부(1750)의 폭과 같거나 작게 제공될 수 있다. 상기 연장부(1670)에는 "+ 전선"과 "- 전선"의 각 일 단이 전기적으로 연결되고, "+ 전선"과 "- 전선"의 다른 일 단은 소켓(1800)에 전기적으로 연결될 수 있다.
내부 케이스(1700)는 내부에 상기 전원 제공부(1600)와 함께 몰딩부를 포함할 수 있다. 몰딩부는몰딩 액체가 굳어진 부분으로서, 상기 전원 제공부(1600)가 상기 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, 100b, 200a: 발광소자 110: 기판
115: 패턴 120: 에어 보이드
130: 언도프드 바도체층 140: 발광 구조물
142: 제1 도전형 반도체층 144: 활성층
146: 제2 도전형 반도체층 400: 발광소자 패키지
410: 몸체 421: 제1 리드 프레임
422: 제2 리드 프레임 450: 와이어
470: 몰딩부 480: 형광체
500: 영상표시장치
115: 패턴 120: 에어 보이드
130: 언도프드 바도체층 140: 발광 구조물
142: 제1 도전형 반도체층 144: 활성층
146: 제2 도전형 반도체층 400: 발광소자 패키지
410: 몸체 421: 제1 리드 프레임
422: 제2 리드 프레임 450: 와이어
470: 몰딩부 480: 형광체
500: 영상표시장치
Claims (11)
- 복수 개의 패턴이 형성된 기판;
상기 패턴에 접촉하며 상기 기판 상에 배치된 언도프드(undoped) 반도체층;
상기 패턴과 상기 언도프드 반도체층 사이에 형성된 에어 보이드(air void); 및
상기 언도프드 반도체층 상에 배치되고, 제1 도전형 반도체층과 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하는 발광 구조물을 포함하는 발광소자. - 복수 개의 패턴이 형성된 기판;
상기 패턴에 접촉하며 상기 기판 상에 배치된 제1 도전형 반도체층;
상기 패턴과 상기 제1 도전형 반도체층 사이에 형성된 에어 보이드(air void); 및
상기 제1 도전형 반도체층 상에 배치되는 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하는 발광소자. - 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
상기 에어 보이드는 상기 패턴의 측면에 접촉하는 발광소자. - 제1 항 또는 제2 항에 있어서, 상기 패턴은,
중앙 영역의 단면적이 상기 기판과 접촉하는 영역의 단면적보다 큰 발광소자. - 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
상기 패턴의 가로 방향의 길이는 1 마이크로 미터 내지 3 마이크로 미터인 발광소자. - 제5 항에 있어서,
상기 에어 보이드의 가로 방향의 길이는 상기 패턴의 가로 방향의 길이의 1/4 내지 1/2인 발광소자. - 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
상기 에어 보이드의 높이는 상기 패턴의 높이보다 작은 발광소자. - 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
상기 에어 보이드는 상기 기판에 접촉하는 영역의 가로 방향의 길이가 다른 영역의 가로 방향의 길이보다 큰 발광소자. - 제1항 또는 제2 항에 있어서,
상기 기판과 상기 패턴은 동일한 재료로 이루어지는 발광소자. - 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
상기 기판은 Al2O3, SiO2, SiC, Si, GaAs, GaN, ZnO, GaP, InP, Ge, Ga203 중 어느 하나로 이루어지는 발광소자. - 몸체;
상기 몸체에 배치된 제1 리드 프레임과 제2 리드 프레임;
상기 몸체에 배치되고 상기 제1 리드 프레임과 제2 리드 프레임에 전기적으로 연결된 제1 항 또는 제2 항의 발광소자; 및
상기 발광소자를 둘러싸는 몰딩부를 포함하는 발광소자 패키지.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| KR1020140007800A KR102145912B1 (ko) | 2014-01-22 | 2014-01-22 | 발광소자 및 이를 포함하는 발광소자 패키지 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020140007800A KR102145912B1 (ko) | 2014-01-22 | 2014-01-22 | 발광소자 및 이를 포함하는 발광소자 패키지 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20150087623A true KR20150087623A (ko) | 2015-07-30 |
| KR102145912B1 KR102145912B1 (ko) | 2020-08-19 |
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ID=53876801
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| KR1020140007800A KR102145912B1 (ko) | 2014-01-22 | 2014-01-22 | 발광소자 및 이를 포함하는 발광소자 패키지 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR102145912B1 (ko) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2017073939A1 (ko) * | 2015-10-27 | 2017-05-04 | 주식회사 루미스타 | 발광 소자 및 그 제조 방법 |
| US9739816B2 (en) | 2013-11-27 | 2017-08-22 | Analog Devices, Inc. | Capacitive sensor with differential shield |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101034085B1 (ko) * | 2009-12-10 | 2011-05-13 | 엘지이노텍 주식회사 | 발광소자 및 그 제조방법 |
| KR20130040532A (ko) * | 2011-10-14 | 2013-04-24 | 전북대학교산학협력단 | 모래시계 구조를 갖는 발광소자 및 그 제조방법 |
-
2014
- 2014-01-22 KR KR1020140007800A patent/KR102145912B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101034085B1 (ko) * | 2009-12-10 | 2011-05-13 | 엘지이노텍 주식회사 | 발광소자 및 그 제조방법 |
| KR20130040532A (ko) * | 2011-10-14 | 2013-04-24 | 전북대학교산학협력단 | 모래시계 구조를 갖는 발광소자 및 그 제조방법 |
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| WO2017073939A1 (ko) * | 2015-10-27 | 2017-05-04 | 주식회사 루미스타 | 발광 소자 및 그 제조 방법 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR102145912B1 (ko) | 2020-08-19 |
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