KR20160001998A - 발광 소자 및 이를 포함하는 발광 소자 패키지 - Google Patents

발광 소자 및 이를 포함하는 발광 소자 패키지 Download PDF

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Abstract

실시 예의 발광 소자는 서브 마운트와, 서브 마운트 위에 수평 방향으로 상호 이격되어 배치된 제1 및 제2 금속 패드와, 서브 마운트 위에 배치되며, 제1 및 제2 금속 패드와 각각 연결된 제1 및 제2 도전형 반도체층과 제1 및 제2 도전형 반도체층 사이에 배치된 활성층을 포함하는 발광 구조물 및 광 추출 구조를 가지고 서브 마운트 위에 배치되어 발광 구조물로부터 방출된 광을 반사시키는 반사층을 포함한다.

Description

발광 소자 및 이를 포함하는 발광 소자 패키지{Light Emitting Device and Light Emitting Package including the device}
실시 예는 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 소자가 심자외선 파장 대역의 광을 방출할 경우, 광은 발광 소자의 탑(top) 방향보다는 측면(side) 방향으로 더 방출되어, 광 추출 효율이 저하되는 문제점이 있다.
실시 예는 광 추출 효율이 개선되고 우수한 방열 특성을 갖는 발광 소자 및 이를 포함하는 발광 소자 패키지를 제공한다.
실시 예의 발광 소자는, 서브 마운트; 상기 서브 마운트 위에 수평 방향으로 상호 이격되어 배치된 제1 및 제2 금속 패드; 상기 서브 마운트 위에 배치되며, 상기 제1 및 제2 금속 패드와 각각 연결된 제1 및 제2 도전형 반도체층과 상기 제1 및 제2 도전형 반도체층 사이에 배치된 활성층을 포함하는 발광 구조물; 및 광 추출 구조를 가지고 상기 서브 마운트 위에 배치되어, 상기 발광 구조물로부터 방출된 광을 반사시키는 반사층을 포함할 수 있다.
상기 방출된 광의 파장은 330 ㎚ 이하일 수 있다. 상기 활성층에 포함된 알루미늄의 조성비는 20% 내지 75%일 수 있다.
상기 서브 마운트는 서로 인접하는 제1 및 제2 영역을 갖고, 상기 발광 구조물은 상기 제1 영역 위에 배치되고, 상기 반사층은 상기 제2 영역 위에 배치될 수 있다. 또한, 상기 제1 영역 위에 상기 반사층이 배치되지 않을 수 있다.
상기 발광 구조물과 상기 반사층은 수직 방향으로 부분적으로 오버랩될 수도 있고, 오버랩되지 않을 수도 있다.
상기 제2 영역의 상부면은 상기 제1 영역의 상부면에 대해 경사질 수 있다.
상기 서브 마운트는 전기적 절연성을 갖는 물질을 포함할 수도 있고, 전기적 전도성을 갖는 물질을 포함할 수도 있다.
상기 발광 소자는, 상기 제1 및 제2 금속 패드와 상기 서브 마운트 사이에 배치된 절연층을 더 포함할 수 있다. 상기 절연층은 상기 반사층과 상기 서브 마운트 사이로 연장 배치될 수 있다.
상기 절연층은 상기 반사층의 광 추출 구조와 동일한 단면 형상을 가질 수 있다. 또는, 상기 절연층은 평평한 단면 형상을 가질 수도 있다. 상기 반사층 아래의 상기 서브 마운트의 상부는 상기 반사층의 광 추출 구조와 동일한 단면 형상을 가질 수 있다. 상기 반사층 아래의 상기 서브 마운트의 상부는 평평한 단면 형상을 가질 수 있다.
상기 발광 구조물의 상부의 제1 폭은 상기 발광 구조물의 하부의 제2 폭보다 클 수도 있고, 작을 수도 있다.
상기 광 추출 구조는 랜덤한 단면 형상을 가질 수 있다. 상기 광 추출 구조는 반구형, 다각형 또는 원뿔 단면 형상을 가질 수 있다.
상기 반구형 광 추출 구조의 측부의 접선과 상기 수평 방향으로의 가상의 수평선이 이루는 측벽 각도는 30° 내지 65°일 수 있다.
상기 반구형 형상의 곡률 반경은 0.5 ㎛ 내지 2.0 ㎛일 수 있다. 상기 광 추출 구조의 외형비는 0.7 내지 3.0일 수 있다. 상기 광 추출 구조의 면적 필 팩터는 30% 내지 90%일 수 있다.
다른 실시 예에 의한 발광 소자 패키지는, 패키지 몸체; 및 상기 패키지 몸체 위에 배치되며, 상기 발광 소자를 포함할 수 있다.
실시 예에 의한 발광 소자 및 이를 포함하는 발광 소자 패키지는 서브 마운트 위에 광 추출 구조의 반사층을 배치함으로써 개선된 광 추출 효율을 갖고 우수한 방열 특성을 갖는다.
도 1은 일 실시 예에 의한 발광 소자의 단면도를 나타낸다.
도 2는 도 1에 도시된 서브 마운트의 제2-1 또는 제2-2 영역에 배치된 광 추출 구조를 갖는 반사층만의 사시도를 나타낸다.
도 3a 내지 도 3d는 도 1에 도시된 서브 마운트의 제2-1 또는 제2-2 영역에 배치된 반사층의 다양한 실시 예들의 단면도를 나타낸다.
도 4는 다른 실시 예에 의한 발광 소자의 단면도를 나타낸다.
도 5a 내지 도 5e는 도 4에 예시된 절연층과 반사층의 다른 실시 예에 의한 다양한 단면 형상을 나타낸다.
도 6은 또 다른 실시 예에 의한 발광 소자의 단면도를 나타낸다.
도 7은 또 다른 실시 예에 의한 발광 소자의 단면도를 나타낸다.
도 8은 발광 소자의 면적 필 팩터에 따른 광 추출 효율을 보이는 그래프이다.
도 9는 광 추출 구조의 외형비에 따른 광 추출 효율을 보이는 그래프이다.
도 10은 광 추출 구조의 곡률 반경에 따른 광 추출 효율을 보이는 그래프이다.
도 11은 광 추출 구조의 측벽 각도 및 높이의 변화에 따른 광 추출 효율을 보이는 그래프이다.
도 12a 및 도 12b는 발광 소자에서 방출되는 광의 평면내 모습을 나타내는 도면이다.
도 13은 지연 시간에 따른 상대적 광 추출 효율을 나타내는 그래프이다.
도 14는 일 실시 예에 의한 발광 소자 패키지의 단면도를 나타낸다.
도 15는 실시예에 의한 공기 살균 장치의 사시도를 나타낸다.
도 16은 실시 예에 따른 발광 소자 패키지를 포함하는 헤드 램프를 나타낸다.
도 17은 실시 예에 따른 발광 소자 또는 발광 소자 패키지를 포함하는 조명 장치를 나타낸다.
이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시 예를 들어 설명하고, 발명에 대한 이해를 돕기 위해 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시 예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시 예들에 한정되는 것으로 해석되지 않아야 한다. 본 발명의 실시 예들은 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 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)”로 표현되는 경우 하나의 element를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.
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.
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 일 실시 예에 의한 발광 소자(100A)의 단면도를 나타낸다.
도 1에 예시된 발광 소자(100A)는 서브 마운트(110A), 기판(120), 발광 구조물(130), 제1 및 제2 전극(142, 144), 제1 및 제2 금속 패드(152, 154), 제1 및 제2 상부 범프 금속층(162A, 162B), 제1 및 제2 범프(164A, 164B), 제1 및 제2 하부 범프 금속층(166A, 166B) 및 반사층(170A)을 포함한다.
기판(120)은 활성층(134)에서 방출된 광이 출사될 수 있도록, 광 투과성을 갖는 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 기판(120)은 사파이어(Al2O3), SiC, GaAs, GaN, ZnO, Si, GaP, InP, Ge 중 적어도 하나로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
또한, 기판(120)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.
비록 도시되지는 않았지만, 기판(120)과 발광 구조물(130) 사이에 버퍼층이 더 배치될 수도 있다. 버퍼층은 기판(120)과 발광 구조물(130) 사이의 격자 정합을 개선시키는 역할을 한다. 예를 들어, 버퍼층은 AlN을 포함하거나 언도프드 질화물을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 버퍼층은 기판(120)의 종류와 발광 구조물(130)의 종류에 따라 생략될 수도 있다.
기판(120)과 서브 마운트(110A) 사이에 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 기판(120)과 활성층(134) 사이에 배치되며, 반도체 화합물로 형성될 수 있다. 예를 들어, 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.
만일, 도 1에 예시된 발광 소자(100A)가 자외선(UV) 특히 심자외선(DUV:Deep UV) 파장 대역의 광을 방출할 경우, 제1 도전형 반도체층(132)은 GaN보다 자외선 파장 대역의 광의 흡수가 적은 InAlGaN 또는 AlGaN 중 적어도 하나를 포함할 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 특히 심자외선 대역의 광을 방출할 수 있다. 예를 들어, 활성층(134)에서 방출된 광의 파장은 330 ㎚ 이하일 수 있으며, 활성층(134)이 알루미늄을 포함할 경우, 활성층(134)에 포함된 알루미늄의 조성비는 20% 내지 75%일 수 있으나, 실시 예는 활성층(134)에 포함된 물질이나 특정 물질의 조성비에 국한되지 않는다.
제2 도전형 반도체층(136)은 활성층(134)의 하부에 배치될 수 있다. 제2 도전형 반도체층(136)은 반도체 화합물로 형성될 수 있다. 예를 들어, 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. 특히, 도 1에 예시된 발광 소자(100A)가 자외선(UV) 특히 심자외선(DUV) 파장 대역의 광을 방출할 경우, 제2 도전형 반도체층(136)이 GaN으로 형성될 경우, 자외선 파장 대역의 광이 GaN에 흡수되어 광 추출 효율이 감소될 수 있다. 따라서, 제2 도전형 반도체층(136)은 GaN보다 자외선 파장 대역의 광의 흡수가 적은 InAlGaN 또는 AlGaN 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또한, 제2 도전형 반도체층(136)이 InAlGaN이나 AlGaN만으로 형성될 경우 제2 전극(144)을 통한 정공의 주입이 원활하지 않을 수 있으므로, GaN을 더 포함하여 이루어질 수 있다.
다음으로, 제1 전극(142)은 제1 도전형 반도체층(132) 하부에 배치된다. 제1 전극(142)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(142)을 형성할 수 있다.
또한, 제1 전극(142)은 오믹 접촉하는 물질을 포함하여 오믹 역할을 수행하여 별도의 오믹층(미도시)이 배치될 필요가 없을 수도 있고, 별도의 오믹층이 제1 전극(142)의 아래에 배치될 수도 있다.
제2 전극(144)은 제2 도전형 반도체층(136)에 접해 있으며, 금속으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 제2 전극(144)은 Ag, Ni, Al, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au, Hf 및 이들의 선택적인 조합으로 이루어질 수 있다.
제2 전극(144)은 투명 전도성 산화막(TCO:Tranparent Conductive Oxide)일 수도 있다. 예를 들어, 제2 전극(144)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. 제2 전극(144)은 제2 도전형 반도체층(136)과 오믹 접촉하는 물질을 포함할 수 있다.
또한, 제2 전극(144)은 오믹 특성을 갖는 반사 전극 재료로 단층 또는 다층으로 형성될 수 있다. 만일, 제2 전극(144)이 오믹 역할을 수행할 경우, 별도의 오믹층(미도시)은 형성되지 않을 수 있다.
서브 마운트(110A)는 전기적 절연성을 갖는 물질을 포함할 수 있다. 따라서, 도 1에 예시된 발광 소자(100A)는 제1 및 제2 금속 패드(152, 154)와 서브 마운트(110A) 사이에 별도의 절연층을 요구하지 않는다.
서브 마운트(110A)는 예를 들어 높은 전기적 절연성을 갖는 AlN이나 BN 또는, 도핑되지 않은(undoped) 탄화규소(SiC), GaN, GaAs, Si 등의 반도체 기판으로 이루어질 수 있다. 또한, 서브 마운트(110A)는 전기적 절연성을 갖되, 열전도도가 우수한 물질로 이루어질 수도 있다.
또한, 서브 마운트(110A) 내에 제너 다이오드 형태의 정전기(ESD:Electro Static Discharge) 방지를 위한 소자가 포함될 수도 있다.
서브 마운트(110A)는 서로 인접하는 제1 영역(A1)과 제2 영역(A21, A22)으로 구분될 수 있다.
이하, 제1 영역(A1)이란 그 영역(A1)의 상부면(이하 '제1 상부면')에 발광 구조물(130)이 배치되는 영역으로서 정의된다. 또한, 제2 영역(A21, A22)이란 그 영역(A21, A22)의 상부면(이하 '제2 상부면')에 후술되는 반사층(170A)이 배치되는 영역으로서 정의되며, 제2-1 영역(A21) 또는 제2-2 영역(A22) 중 적어도 하나를 포함한다.
도 1의 경우, 제1 영역(A1)은 서브 마운트(110A)의 중앙에 위치하고, 제2 영역(A21, A22)은 제1 영역(A1)의 좌측과 우측에 각각 위치하는 것으로 도시되어 있으나, 실시 예는 제1 및 제2 영역(A1, A21, A22)의 위치에 국한되지 않는다. 즉, 도 1에 도시된 바와 달리, 제1 영역(A1)은 제2-1 영역(A21)의 좌측에 배치될 수도 있고, 제2-2 영역(A22)의 우측에 배치될 수도 있다. 경우에 따라, 제2-1 영역(A21) 또는 제2-2 영역(A22)은 생략될 수도 있다.
제1 및 제2 금속 패드(152, 154)는 서브 마운트(110A) 위에 수평 방향으로 상호 이격되어 배치된다. 여기서, 수평 방향이란, 서브 마운트(110A)의 두께 방향에 수직한 방향일 수도 있고, 두께 방향과 다른 방향일 수도 있다.
제1 및 제2 범프(164A, 164B)를 통해 제1 및 제2 도전형 반도체층(132, 136)은 제1 및 제2 금속 패드(152, 154)와 각각 전기적으로 연결된다. 즉, 제1 도전형 반도체층(132)은 제1 전극(142)과 제1 범프(164A)를 통해 제1 금속 패드(152)에 전기적으로 연결되며, 제2 도전형 반도체층(136)은 제2 전극(144)과 제2 범프(164B)를 통해 제2 금속 패드(154)에 전기적으로 연결될 수 있다.
제1 전극(142)과 제1 범프(164A) 사이에 제1 상부 범프 금속층(162A)이 더 배치되고, 제1 금속 패드(152)와 제1 범프(164A) 사이에 제1 하부 범프 금속층(166A)이 더 배치될 수도 있다. 여기서, 제1 상부 범프 금속층(162A)과 제1 하부 범프 금속층(166A)은 제1 범프(164A)가 위치할 자리를 표시하는 역할을 수행한다.
이와 비슷하게 제2 전극(144)과 제2 범프(164B) 사이에 제2 상부 범프 금속층(162B)이 더 배치되고, 제2 금속 패드(154)와 제2 범프(164B) 사이에 제2 하부 범프 금속층(166B)이 더 배치될 수도 있다. 여기서, 제2 상부 범프 금속층(162B)과 제2 하부 범프 금속층(166B)은 제2 범프(164B)가 위치할 자리를 표시하는 역할을 수행한다.
한편, 반사층(170A)은 서브 마운트(110A) 위에 배치되며, 발광 구조물(130)로부터 방출된 광을 반사시키기 위해, 광 추출 구조를 가질 수 있다. 특히, 반사층(170A)은 발광 구조물(130)의 측면으로부터 방출되는 광을 반사시킬 수 있다.
반사층(170A)은 서브 마운트(110A)의 제1 영역(A1)의 제1 상부면 위에는 배치되지 않고, 제2 영역(A21, A22)의 제2 상부면 위에만 배치될 수 있지만, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.
발광 구조물(130)과 반사층(170A)은 수직 방향으로 부분적으로 일정 영역(OA)만큼 오버랩될 수 있다. 여기서, '수직 방향'이란, 서브 마운트(110A)의 두께 방향을 의미할 수 있다.
도 1을 참조하면, 발광 구조물(130)의 상부의 폭(이하, '제1 폭')(W1)이 발광 구조물(130)의 하부의 폭(이하, '제2 폭)(W2)보다 크기 때문에, 발광 구조물(130)이 서브 마운트(110A)의 제1 상부면에 배치된다고 하더라도, 발광 구조물(130)의 상부와 기판(120)은 제2 영역(A21, A22)에 배치된 반사층(170A)과 수직 방향으로 부분적으로 오버랩될 수 있다. 도 1에서 기판(120)의 폭도 상부가 하부보다 큰 것으로 도시되어 있지만, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 즉, 다른 실시 예에 의하면, 도 1에 예시된 바와 달리 기판(120)의 상부 폭과 하부 폭은 동일할 수도 있다. 이는 도 4의 경우도 마찬가지이다.
또한, 도 1에 예시된 바와 같이 발광 구조물(130)의 측부와 서브 마운트(110A)의 두께 방향으로 형성된 가상의 수직선이 이루는 제1 경사각(θ1)은 양의 값일 수 있다. 이와 같이 제1 경사각(θ1)이 양의 값일 경우, 발광 구조물(130)의 측면으로부터 방출된 광은 제1 경사각(θ1)이 '0'인 경우와 비교할 때 반사층(170A)에서 더욱 잘 반사될 수 있다.
도 1의 경우, 서브 마운트(110A)의 제2 상부면(A21) 위에 배치된 반사층(170A)과 제2 상부면(A22) 위에 배치된 반사층(170A)이 제1 영역(A1)을 중심으로 서로 대칭인 단면 형상을 갖는 것으로 도시되어 있지만, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 즉, 다른 실시 예에 의하면, 제2-1 및 제2-2 영역(A21, A22)에 배치된 제1 반사층(170A)은 제1 영역(A1)을 중심으로 서로 비대칭인 단면 형상을 가질 수도 있다.
실시 예에 의하면, 반사층(170A)의 광 추출 구조는 도 1에 예시된 바와 같이 주기적인 단면 형상을 가질 수도 있지만, 랜덤(random)한 단면 형상을 가질 수도 있다.
도 2는 도 1에 도시된 서브 마운트(110A)의 제2-1 영역(A21) 또는 제2-2 영역(A22)에 배치된 광 추출 구조를 갖는 반사층(170A)만의 사시도를 나타낸다.
도 3a 내지 도 3d는 도 1에 도시된 서브 마운트(110A)의 제2-1 또는 제2-2 영역(A21, A22)에 배치된 반사층의 다양한 실시 예들의 단면도를 나타낸다.
도 1, 도 2, 도 3a 내지 도 3d에 예시된 바와 같이, 반사층(170A, 170B, 170C, 170D, 170E)의 광 추출 구조는 서브 마운트(110A, 110B)의 제2 상부면 위에서 서로 소정 간격(d)만큼 수평 방향으로 이격되어 배치될 수 있다.
또한, 반사층(170A, 170B, 170C)의 광 추출 구조는 도 1, 도 2, 도 3a 또는 도 3b에 예시된 바와 같이 반구형 단면 형상을 가질 수 있지만, 실시 예는 이에 국한되지 않으며, 광 추출 구조는 다양한 단면 형상을 가질 수 있다.
즉, 다른 예에 의하면, 반사층의 광 추출 구조는 다각형 단면 형상을 가질 수도 있다. 예를 들어, 도 3c에 예시된 바와 같이 반사층(170D)의 광 추출 구조는 삼각형 단면 형상을 가질 수도 있고, 도 3d에 예시된 바와 같이 반사층(170E)의 광 추출 구조는 사각 단면 형상을 가질 수도 있다.
이때, 도 3c에 예시된 단면 형상은 반사층(170D)의 광 추출 구조가 원뿔인 경우에 해당할 수도 있다.
또한, 반사층(170A, 170D, 170E) 아래에 위치한 서브 마운트(110A)의 제2 영역(A21, A22)의 제2 상부면은 도 1, 도 2, 도 3c 또는 도 3d에 예시된 바와 같이 평평할 수 있다.
또는, 반사층(170B, 170C) 아래에 위치한 서브 마운트(110B)의 제2 영역(A21, A22)의 제2 상부면은 반사층(170B, 170C)의 광 추출 구조와 동일한 단면 형상을 가질 수도 있다.
또한, 도 3b를 제외한 도 1, 도 2, 도 3a, 도 3c, 도 3d에 예시된 반사층(170A, 170B, 170D, 170E)은 서로 소정 간격(d)으로 이격된 반면, 도 3b에 예시된 반사층(170C)은 이격된 공간의 서브 마운트(110B)의 위에도 배치될 수 있다. 도 1, 도 2, 도 3a, 도 3c 및 도 3d에 예시된 반사층(170A, 170B, 170D, 170E)의 경우에도 그 이격된 공간에 서브 마운트(110A, 110B)의 상부를 노출시키는 대신에, 도 3b에 예시된 바와 같이 반사층으로 덮을 수 있다.
도 4는 다른 실시 예에 의한 발광 소자(100B)의 단면도를 나타낸다.
도 4에 예시된 발광 소자(100B)는 서브 마운트(110C), 기판(120), 발광 구조물(130), 제1 및 제2 전극(142, 144), 제1 및 제2 금속 패드(152, 154), 제1 및 제2 상부 범프 금속층(162A, 162B), 제1 및 제2 범프(164A, 164B), 제1 및 제2 하부 범프 금속층(166A, 166B), 반사층(170F) 및 절연층(180A)을 포함한다.
도 1에 예시된 발광 소자(100A)와 달리 도 4에 예시된 발광 소자(100B)의 경우 제1 폭(W1)은 제2 폭(W2)보다 더 작을 수 있다. 따라서, 도 4에 예시된 바와 같이, 발광 구조물(130)의 측부와 서브 마운트(110C)의 두께 방향으로 형성된 가상의 수직선이 이루는 제2 경사각(θ2)은 양의 값일 수 있다. 도 1에 예시된 발광 소자(100A)와 달리 도 4에 예시된 발광 소자(100B)의 경우, 발광 구조물(130)과 반사층(170F)은 수직 방향으로 서로 오버랩되지 않는다.
또한, 도 1에 예시된 반사층(170A)은 서로 소정 간격(d)으로 이격되어 배치된 광 추출 구조를 갖는 반면, 도 4에 예시된 반사층(170F)은 서로 이격되지 않고 접하여 배치된 광 추출 구조를 갖는다.
또한, 도 1에 예시된 발광 소자(100A)에서 서브 마운트(110A)는 전기적 절연성을 갖는 반면, 도 4에 예시된 발광 소자(100B)에서 서브 마운트(110C)는 전기적 전도성을 가질 수 있다. 예를 들어, 서브 마운트(110C)는 도핑된 탄화규소(SiC), GaN, GaAs, Si 등의 반도체 기판으로 이루어질 수 있으며, 이에 국한되지 않고 전기 전도도와 열전도도가 우수한 물질로 이루어질 수도 있다.
이와 같이, 서브 마운트(110C)가 전기적 전도성을 갖는 물질로 이루어질 경우 서브 마운트(110C) 위에 배치된 제1 및 제2 금속 패드(152, 154)를 서로 전기적으로 절연시킬 필요가 있다. 이를 위해 제1 및 제2 금속 패드(152, 154)와 서브 마운트(110C) 사이에 전기적 절연성을 갖는 절연층(180A)이 더 배치될 수 있다. 이러한 절연층(180A)은 반사층(170F)과 서브 마운트(110C) 사이로 연장 배치될 수 있다.
전술한 차이점을 제외하면, 도 4에 예시된 발광 소자(100B)는 도 1에 예시된 발광 소자(100A)와 동일하므로, 동일한 참조부호를 사용하였으며 중복되는 설명을 생략한다.
도 5a 내지 도 5e는 도 4에 예시된 절연층(180A)과 반사층(170F)의 다른 실시 예에 의한 다양한 단면 형상을 나타낸다.
서브 마운트 또는 절연층 중 적어도 하나는 반사층의 광 추출 구조와 동일하거나 다른 단면 형상을 가질 수 있다. 이에 대해 예를 들어 설명하면 다음과 같다.
도 4 또는 도 5c에 예시된 서브 마운트(110C)와 절연층(180A)은 평평한 단면 형상을 갖는다.
또는, 도 5b 또는 도 5e에 예시된 바와 같이 서브 마운트(110C)는 평평한 단면 형상을 갖는 반면, 절연층(180C, 180E)의 상부는 반사층(170G, 170I)의 광 추출 구조와 동일한 단면 형상을 가질 수 있다.
또는, 도 5a 또는 도 5d에 예시된 바와 같이, 서브 마운트(110D, 110E)의 상부와 절연층(180B, 180D)은 반사층(170G, 170I)의 광 추출 구조의 단면 형상과 동일한 단면 형상을 가질 수 있다.
도 6은 또 다른 실시 예에 의한 발광 소자(100C)의 단면도를 나타낸다.
도 6에 예시된 발광 소자(100C)는 서브 마운트(110C), 기판(120), 발광 구조물(130), 제1 및 제2 전극(142, 144), 제1 및 제2 금속 패드(152, 154), 제1 및 제2 상부 범프 금속층(162A, 162B), 제1 및 제2 범프(164A, 164B), 제1 및 제2 하부 범프 금속층(166A, 166B), 반사층(170F) 및 절연층(180F)을 포함한다.
도 4에 예시된 발광 소자(100C)에서 절연층(180A)은 서브 마운트(110C)의 제1 영역(A1)과 제2 영역(A21, A22)의 제1 및 제2 상부면 위에 모두 배치된다. 반면에, 도 6에 예시된 발광 소자(100C)에서 절연층(180F)은 서브 마운트(110C)의 제1 영역(A1)의 제1 상부면 위에만 배치된다.
도 1에 예시된 발광 소자(100A)에서 제1 폭(W1)은 제2 폭(W2)보다 크고, 도 4에 예시된 발광 소자(100B)에서 제1 폭(W1)은 제2 폭(W2)보다 작다. 반면에, 도 6에 예시된 발광 소자(100C)에서 제1 폭(W1)과 제2 폭(W2)은 서로 동일하다. 이는, 도 4에 예시된 제2 경사각(θ2)이 '0'임을 의미한다.
전술한 차이점을 제외하면, 도 6에 예시된 발광 소자(100C)는 도 4에 예시된 발광 소자(100B)와 동일하므로 동일한 참조부호를 사용하였으며, 중복되는 설명을 생략한다.
전술한 절연층(180A ~ 180F) 각각은 예를 들어, SiO2, TiO2, SnO, ZnO, SixOy, SixNy(예를 들어, x=3이고 y=4이거나, x=y=1), SiOxNy, ITO 또는 AZO 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 실시 예는 이러한 물질에 국한되지 않는다.
도 7은 또 다른 실시 예에 의한 발광 소자(100D)의 단면도를 나타낸다.
도 7에 예시된 발광 소자(100D)는 서브 마운트(110F), 기판(120), 발광 구조물(130), 제1 및 제2 전극(142, 144), 제1 및 제2 금속 패드(152, 154), 제1 및 제2 상부 범프 금속층(162A, 162B), 제1 및 제2 범프(164A, 164B), 제1 및 제2 하부 범프 금속층(166A, 166B) 및 반사층(170J)을 포함한다.
도 1에 예시된 발광 소자(100A)의 경우, 서브 마운트(110A)의 제1 영역(A1)의 제1 상부면과 제2 영역(A21, A22)의 제2 상부면은 동일 수평면이다. 반면에, 도 7에 예시된 발광 소자(100D)의 경우, 서브 마운트(110F)의 제2 영역(A21, A22)의 제2 상부면이 형성하는 가상의 연속선(112)은 제1 영역(A1)의 제1 상부면에 대해 제3 경사각(θ3)만큼 경사져 있다. 이와 같이, 제3 경사각(θ3)만큼 서브 마운트(110F)의 제2 영역(A21, A22)의 상부가 경사질 경우 그렇지 않은 경우와 비교할 때 발광 구조물(130)의 측부로부터 방출되는 광이 반사층(170J)에서 보다 더 많이 반사되어 광 추출 효율을 개선시킬 수 있다. 발광 구조물(130)로부터 방출되는 광의 지향각이 120° 내지 140°임을 고려할 때, 반사층(170J)의 광 추출 구조에서 반사된 광은 발광 구조물(130)로 재입사되기 어렵고 상부로 방출될 수 있어, 광 추출 효율이 개선될 수 있다.
또한, 도 1에 예시된 발광 소자(100A)에서 기판(120)과 발광 구조물(130)의 측부는 제1 경사각(θ1)만큼 기울어진 반면, 도 7에 예시된 발광 소자(100D)에서 기판(120)과 발광 구조물(130)의 측부는 경사져 있지 않다. 즉, 도 7에 예시된 바와 같이, 발광 구조물(130)의 측부와 서브 마운트(110F)의 두께 방향으로 형성된 가상의 수직선이 이루는 제1 경사각(θ1)은 '0'의 값일 수 있다.
또한, 도 1에 예시된 발광 소자(100A)에서 서브 마운트(110A)의 제2 영역(A21, A22)의 상부는 평평한 단면 형상을 갖는 반면, 도 7에 예시된 서브 마운트(110F)의 상부는 반사층(170J)의 광 추출 구조와 동일한 단면 형상을 갖는다.
또한, 도 1에 예시된 반사층(170A)은 서로 소정 간격(d) 이격되어 배치된 반면, 도 7에 예시된 반사층(170J)은 서로 이격되지 않고 인접하여 배치된다.
전술한 차이점을 제외하면, 도 7에 예시된 발광 소자(100D)는 도 1에 예시된 발광 소자(100A)와 동일하므로, 동일한 참조부호를 사용하였으며 중복되는 설명을 생략한다.
전술한 실시 예에서, 서브 마운트(110A ~ 110F)의 제2-1 영역(A21) 및 제2-2 영역(A22)의 상부에 반사층(170A ~ 170J)이 모두 배치된 것으로 설명하였지만, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 즉, 다른 실시 예에 의하면, 제2-1 영역(A21) 또는 제2-2 영역(A22) 중 한 곳에만, 반사층(170A ~ 170J)이 배치될 수 있음은 물론이다.
전술한 실시 예에 의한, 반사층(170A ~ 170J)은 알루미늄(Al), 은(Ag), 니켈(Ni), 백금(Pt), 로듐(Rh), 혹은 Al이나 Ag이나 Pt나 Rh를 포함하는 합금을 포함하는 금속층으로 이루어질 수 있으나, 실시 예는 반사층(170A ~ 170J)의 물질에 국한되지 않는다.
이하, 전술한 실시 예에서와 같이, 서브 마운트(110A ~ 110F)의 상부에 반사층(170A ~ 170J)이 배치될 경우, 발광 소자(100A ~ 100D)의 광 추출 효율의 개선을 다음과 같이 첨부된 도면을 참조하여 다음과 같이 설명한다.
도 8은 발광 소자(100A ~ 100D)의 면적 필 팩터(AFF:Area Fill Factor)에 따른 광 추출 효율을 보이는 그래프로서, 종축은 광 추출 효율을 나타내고, 횡축은 AFF를 각각 나타낸다.
AFF란, 도 1 내지 도 7에 예시된 발광 소자(100A ~ 100D)에서 반사층(170A ~ 170J)의 광 추출 구조가 차지하는 면적을 의미할 수 있다.
도 8을 참조하면, AFF가 증가할 수록 광 추출 효율은 개선됨을 알 수 있다. 이때, AFF가 30%(도 8에서 0.3에 해당)보다 작을 경우 광 추출 효율의 개선은 미미하고, AFF가 90%(도 8에서 0.9에 해당)보다 클 경우 광 추출 효율은 오히려 감소할 수 있다. 따라서, AFF는 예를 들어 30% 내지 90%일 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.
도 9는 광 추출 구조의 외형비(Aspect Ratio)에 따른 광 추출 효율을 보이는 그래프로서, 종축은 광 추출 효율을 나타내고 횡축은 외형비를 각각 나타낸다.
도 1, 도 2, 도 3a, 도 3b, 도 4, 도 5a, 도 5b, 도 6 또는 도 7에 예시된 바와 같이 반사층(170A, 170B, 170C, 170F, 170G, 170J)의 광 추출 구조가 반구형 단면 형상을 가질 경우, 외형비란 반구의 반지름(또는, 곡률 반경)(r)에 대한 높이(h)의 비율(h/r)로서 정의될 수 있다.
이때, 도 9를 참조하면, 외형비가 0.7보다 작을 경우 광 추출 효율의 개선은 미미하고, 외형비가 3.0보다 클 경우 광 추출 효율은 포화되는 반면 높이(h)는 계속 증가할 수 있다. 따라서, 외형비는 예를 들어 0.7 내지 3.0일 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.
도 10은 광 추출 구조의 곡률 반경(radius)에 따른 광 추출 효율을 보이는 그래프로서, 종축은 광 추출 효율을 나타내고 횡축은 곡률 반경을 각각 나타낸다.
도 1, 도 2, 도 3a, 도 3b, 도 4, 도 5a, 도 5b, 도 6 또는 도 7에 예시된 바와 같이 반사층(170A, 170B, 170C, 170F, 170G, 170J)의 광 추출 구조가 반구형 단면 형상을 가질 경우, 도 10을 참조하면, 곡률 반경이 0.5 ㎛보다 작을 경우 광 추출 효율의 개선은 미미하고, 곡률 반경이 2.0 ㎛ 보다 클 경우 광 추출 효율을 포화되는 반면 곡률 반경만 증가할 수 있다. 따라서, 광 추출 구조의 곡률 반경은 예를 들어 0.5 ㎛ 내지 2.0 ㎛일 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.
도 11은 광 추출 구조의 측벽 각도(θ4) 및 높이(h)의 변화에 따른 광 추출 효율을 보이는 그래프로서, 횡축은 측벽 각도(θ4)를 나타내고, 왼쪽 종축은 광 추출 효율을 나타내고 오른쪽 종축은 높이를 나타낸다.
도 1, 도 2, 도 3a, 도 3b, 도 4, 도 5a, 도 5b, 도 6 또는 도 7에 예시된 바와 같이 반사층(170A, 170B, 170C, 170F, 170G, 170J)의 광 추출 구조가 반구형 단면 형상을 갖거나, 도 3c, 도 5c, 도 5d, 또는 도 5e에 예시된 바와 같이 반사층(170D, 170H, 170I)의 광 추출 구조가 원뿔 형상을 가질 경우, 광 추출 구조의 측부의 접선(114)과 수평 방향으로의 가상의 수평선(111)이 이루는 측벽 각도(θ4)가 30°보다 작으면 광 추출효율의 개선은 미미하고 65°보다 클 경우 광 추출 효율이 포화될 수 있다(도 11의 '192' 참조). 따라서, 측벽 각도(θ4)는 예를 들어 30° 내지 65°일 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.
또한, 도 1, 도 2, 도 3a, 도 3b, 도 4, 도 5a, 도 5b, 도 6 또는 도 7에 예시된 바와 같이 반사층(170A, 170B, 170C, 170F, 170G, 170J)의 광 추출 구조가 반구형 단면 형상을 갖거나, 도 3c, 도 5c, 도 5d, 또는 도 5e에 예시된 바와 같이 반사층(170D, 170H, 170I)의 광 추출 구조가 원뿔 형상을 가질 경우, 도 11을 참조하면 높이(h)를 증가시킬 경우 광 추출 효율은 개선됨을 알 수 있다 (도 11의 '194' 참조). 그러나, 비록 도시되지는 않았지만, 높이를 4 ㎛ 보다 크게 증가시킬 경우 광 추출 효율은 포화될 수 있다.
도 12a 및 도 12b는 발광 소자에서 방출되는 광의 평면내(in-plane) 모습을 나타내는 도면이다.
도 13은 지연 시간(propagation time)에 따른 상대적 광 추출 효율을 나타내는 그래프로서, 횡축은 지연 시간을 나타내고 종축은 상대적 광 추출 효율을 나타낸다.
일반적으로 발광 소자가 심자외선 파장 대역을 갖는 광을 방출할 경우, 광 분광 크기(light polarization strength)가 활성층(134)에 포함된 알루미늄의 조성비 증가에 의해 도 12a에 도시된 바와 같이 TM 모드(mode)로부터 도 12b에 도시된 바와 같이 TE 모드로 분극의 방향이 바뀌게 된다. 분극 방향이 TE 모드로 바뀌게 되면, 탈출 원뿔(escape cone) 즉, 탑 방향으로의 광 추출 효율이 현저히 감소하고 측면 방향으로의 발광의 강도가 증가하게 된다. 따라서, 기존의 경우 서브 마운트 위에 광 추출 구조를 갖는 반사층을 배치하지 않은 반면, 전술한 본 실시 예의 경우 서브 마운트(110A ~ 110F) 위에 광 추출 구조를 갖는 반사층(170A ~ 170J)을 배치한다. 따라서, 광 추출 구조를 갖는 반사층(170A ~ 170J)에서 TE 모드로 추출된 광자를 반사시킴으로써, 도 13에 예시된 바와 같이 기존(198) 대비하여 실시 예(196)에 의할 경우 상대적으로 광 추출 효율이 개선됨을 알 수 있다.
또한, 전술한 실시 예에 의한 발광 소자(100A ~ 100D)의 경우 광 추출 구조를 갖는 반사층(170A ~ 170J)이 서브 마운트(110A ~ 110F) 위에 배치됨으로 인해, 표면적이 넓어지기 때문에, 열전달 효율이 향상되어 방열 특성이 개선될 수 있다.
이하, 실시 예에 의한 발광 소자 패키지(200)에 대해 첨부된 도면을 참조하여 다음과 같이 설명한다.
도 14는 일 실시 예에 의한 발광 소자 패키지(200)의 단면도를 나타낸다.
도 14에 도시된 발광 소자 패키지(200)는 발광 소자(100E), 패키지 몸체(210), 절연부(220), 몰딩부(230) 및 제1 및 제2 와이어(242, 244)를 포함한다.
패키지 몸체(210)는 전기적인 전도성뿐만 아니라 반사성을 갖는 물질로 이루어질 수 있다. 만일, 발광 소자(100E)가 자외선 파장 대역의 광을 방출할 경우 방열 특성과 반사성을 향상시키기 위해, 패키지 몸체(210)는 알루미늄 재질로 구현될 수 있으나 이에 국한되지 않는다.
패키지 몸체(210)는 서로 전기적으로 이격되어 배치된 제1 및 제2 몸체부(212, 214)를 포함한다. 전술한 바와 같이, 제1 및 제2 몸체부(212, 214)가 전기적 전도성을 갖는 알루미늄 재질로 구현될 경우, 절연부(220)는 제1 몸체부(212)와 제2 몸체부(214)를 전기적으로 서로 분리시키는 역할을 한다.
발광 소자(100E)는 패키지 몸체(210) 위에 배치된다. 도 14의 경우 발광 소자(100E)가 제1 몸체부(212) 위에 배치된 것으로 도시되어 있지만, 다른 실시 예에 의하면, 발광 소자(100E)는 제2 몸체부(214) 위에 배치될 수도 있다.
발광 소자(100E)는 서브 마운트(110G), 기판(120), 발광 구조물(130), 제1 및 제2 전극(142, 144), 제1 및 제2 금속 패드(152, 154), 제1 및 제2 상부 범프 금속층(162A, 162B), 제1 및 제2 범프(164A, 164B), 제1 및 제2 하부 범프 금속층(166A, 166B) 및 반사층(170K)을 포함한다.
서브 마운트(110G)는 도 5a에 예시된 서브 마운트(110D)와 마찬가지로 반사층(170K)의 광 추출 구조와 동일한 단면 형상을 갖는다. 그러나, 도 5a에 예시된 서브 마운트(110D)가 전기적 전도성을 갖는 반면, 서브 마운트(110G)는 전기적 절연성을 가지므로, 별도의 절연층(180B)을 포함하지 않는다.
또한, 반사층(170K)은 도 5a에 예시된 반사층(170G)과 마찬가지로, 소정 간격(d)으로 이격됨이 없이 서브 마운트(110G)의 제2 영역(A21, A22)에서 제2 상부면 위에 배치된다. 또한, 제1 폭(W1)과 제2 폭(W2)은 서로 동일하다.
전술한 차이점을 제외하면, 도 14에 예시된 발광 소자(100E)는 도 1에 예시된 발광 소자(100A)와 동일하므로 중복되는 설명을 생략한다.
다른 실시 예에 의하면, 발광 소자(100E) 대신에 전술한 실시 예에 의한 발광 소자(100A ~ 100D)가 도 14에 도시된 바와 같이 패키지 몸체(210) 위에 배치될 수도 있다.
제1 및 제2 와이어(242, 244)는 패키지 몸체(210)와 발광 소자(100E)를 전기적으로 연결하는 역할을 한다. 즉, 제1 금속 패드(152)는 제1 와이어(242)를 통해 제1 몸체부(212)와 전기적으로 연결되고, 제2 금속 패드(154)는 제2 와이어(244)를 통해 제2 몸체부(214)와 전기적으로 연결된다.
몰딩 부재(230)는 제1 및 제2 몸체부(212, 214)에 의해 형성된 캐비티에 채워져 발광 소자(100E)를 포위하여 배치될 수 있다. 또한, 몰딩 부재(230)는 형광체를 포함하여, 발광 소자(100E)에서 방출된 광의 파장을 변화시킬 수 있다.
도 14에 예시된 단면도는 실시 예의 이해를 돕기 위한 일 례에 불과하며, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 즉, 다른 실시예에 의하면, 캐비티가 형성되지 않고 몰딩 부재(230)는 평평한 패키지 몸체(210)의 상부에 배치될 수도 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 15는 실시예에 의한 공기 살균 장치(500)의 사시도를 나타낸다.
도 15를 참조하면, 공기 살균 장치(500)는, 케이싱(501)의 일면에 실장된 발광 모듈부(510)와, 방출된 심자외선 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 15에 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 심자외선을 방출하는 역할을 한다. 이를 위해, 발광 모듈부(510)는 모듈 기판(512)과, 모듈 기판(512)에 탑재된 다수의 발광 소자 패키지(200)를 포함한다. 여기서, 발광 소자 패키지(200)는 도 14에 예시된 발광 소자 패키지(200)에 해당할 수 있다.
모듈 기판(512)은 케이싱(501)의 내면을 따라 단일 열로 배치되어 있으며, 회로 패턴(미도시)을 포함하는 PCB일 수 있으며, 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 자외선을 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 15에 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 15에 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 16은 실시 예에 따른 발광 소자 패키지를 포함하는 헤드 램프(head lamp, 900)를 나타낸다.
도 16을 참조하면, 헤드 램프(900)는 발광 모듈(901), 리플렉터(reflector, 902), 쉐이드(903) 및 렌즈(904)를 포함한다.
발광 모듈(901)은 모듈 기판(미도시) 상에 배치되는 복수의 발광 소자 패키지들(미도시)을 포함할 수 있다. 이때, 발광 소자 패키지는 도 14에 도시된 바와 같을 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 17은 실시 예에 따른 발광 소자 또는 발광 소자 패키지를 포함하는 조명 장치(1000)를 나타낸다.
도 17을 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, 도 4, 도 6, 또는 도 7에 도시된 발광 소자(100A ~ 100D) 또는 도 14에 예시된 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(ElectroStatic discharge) 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 실시 예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시 예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시 예에 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 ~ 100E: 발광 소자 110A ~ 110G: 서브 마운트
120: 기판 130: 발광 구조물
132: 제1 도전형 반도체층 134: 활성층
136: 제2 도전형 반도체층 142: 제1 전극
144: 제2 전극 152: 제1 금속 패드
154: 제2 금속 패드 162A: 제1 상부 범프 금속층
162B: 제2 상부 범프 금속층 164A: 제1 범프
164B: 제2 범프 166A: 제1 하부 범프 금속층
166B: 제2 하부 범프 금속층 170A ~ 170K: 반사층
180A ~ 180E: 절연층 200: 발광 소자 패키지
210: 패키지 몸체 220: 절연부
230: 몰딩부 242: 제1 와이어
244: 제2 와이어 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 (25)

  1. 서브 마운트;
    상기 서브 마운트 위에 수평 방향으로 상호 이격되어 배치된 제1 및 제2 금속 패드;
    상기 서브 마운트 위에 배치되며, 상기 제1 및 제2 금속 패드와 각각 연결된 제1 및 제2 도전형 반도체층과 상기 제1 및 제2 도전형 반도체층 사이에 배치된 활성층을 포함하는 발광 구조물; 및
    광 추출 구조를 가지고 상기 서브 마운트 위에 배치되어, 상기 발광 구조물로부터 방출된 광을 반사시키는 반사층을 포함하는 발광 소자.
  2. 제1 항에 있어서, 상기 방출된 광의 파장은 330 ㎚ 이하인 발광 소자.
  3. 제2 항에 있어서, 상기 활성층에 포함된 알루미늄의 조성비는 20% 내지 75%인 발광 소자.
  4. 제1 항에 있어서, 상기 서브 마운트는 서로 인접하는 제1 및 제2 영역을 갖고,
    상기 발광 구조물은 상기 제1 영역 위에 배치되고,
    상기 반사층은 상기 제2 영역 위에 배치된 발광 소자.
  5. 제4 항에 있어서, 상기 제1 영역 위에 상기 반사층이 배치되지 않은 발광 소자.
  6. 제4 항에 있어서, 상기 발광 구조물과 상기 반사층은 수직 방향으로 부분적으로 오버랩된 발광 소자.
  7. 제4 항에 있어서, 상기 발광 구조물과 상기 반사층은 수직 방향으로 오버랩되지 않은 발광 소자.
  8. 제4 항에 있엉서, 상기 제2 영역의 상부면은 상기 제1 영역의 상부면에 대해 경사져 있는 발광 소자.
  9. 제1 항에 있어서, 상기 서브 마운트는 전기적 절연성을 갖는 물질을 포함하는 발광 소자.
  10. 제1 항에 있어서, 상기 서브 마운트는 전기적 전도성을 갖는 물질을 포함하는 발광 소자.
  11. 제10 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 금속 패드와 상기 서브 마운트 사이에 배치된 절연층을 더 포함하는 발광 소자.
  12. 제11 항에 있어서, 상기 절연층은 상기 반사층과 상기 서브 마운트 사이로 연장 배치된 발광 소자.
  13. 제12 항에 있어서, 상기 절연층은 상기 반사층의 광 추출 구조와 동일한 단면 형상을 갖는 발광 소자.
  14. 제11 항에 있어서, 상기 절연층은 평평한 단면 형상을 갖는 발광 소자.
  15. 제1 항에 있어서, 상기 반사층 아래의 상기 서브 마운트의 상부는 상기 반사층의 광 추출 구조와 동일한 단면 형상을 갖는 발광 소자.
  16. 제1 항에 있어서, 상기 반사층 아래의 상기 서브 마운트의 상부는 평평한 단면 형상을 갖는 발광 소자.
  17. 제1 항에 있어서, 상기 발광 구조물의 상부의 제1 폭은 상기 발광 구조물의 하부의 제2 폭보다 큰 발광 소자.
  18. 제1 항에 있어서, 상기 발광 구조물의 상부의 제1 폭은 상기 발광 구조물의 하부의 제2 폭보다 작은 발광 소자.
  19. 제1 항에 있어서, 상기 광 추출 구조는 랜덤한 단면 형상을 갖는 발광 소자.
  20. 제1 항에 있어서, 상기 광 추출 구조는 반구형, 다각형 또는 원뿔 단면 형상을 갖는 발광 소자.
  21. 제20 항에 있어서, 상기 반구형 광 추출 구조의 측부의 접선과 상기 수평 방향으로의 가상의 수평선이 이루는 측벽 각도는 30° 내지 65°인 발광 소자.
  22. 제20 항에 있어서, 상기 반구형 형상의 곡률 반경은 0.5 ㎛ 내지 2.0 ㎛인 발광 소자.
  23. 제20 항에 있어서, 상기 광 추출 구조의 외형비는 0.7 내지 3.0인 발광 소자.
  24. 제1 항에 있어서, 상기 광 추출 구조의 면적 필 팩터는 30% 내지 90%인 발광 소자.
  25. 패키지 몸체; 및
    상기 패키지 몸체 위에 배치되며, 상기 제1 항 내지 제24 항 중 어느 한 항에 기재된 발광 소자를 포함하는 발광 소자 패키지.
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