KR20160076660A - 자외선 발광소자 및 조명시스템 - Google Patents

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Abstract

실시예는 발광소자, 발광소자의 제조방법, 발광소자 패키지 및 조명시스템에 관한 것이다.
실시예에 따른 자외선 발광소자는 제1 도전형 반도체층과, 상기 제1도전형 반도체층 상에 활성층과, 상기 활성층 상에 제2도전형 반도체층과, 상기 제1 도전형 반도체층 상에 제1전극과, 상기 제2도전형 반도체층 상에 제2전극을 포함하고, 상기 제2전극은 탄소나노튜브(carbon nanotube)이다.

Description

자외선 발광소자 및 조명시스템{ULTRA VIOLET LIGHT EMITTING DEVICE AND LIGHTING SYSTEM}
실시예는 발광소자, 발광소자의 제조방법, 발광소자 패키지 및 조명시스템에 관한 것이다.
발광소자(Light Emitting Device)는 전기에너지가 빛 에너지로 변환되는 특성의 p-n 접합 다이오드를 주기율표상에서 Ⅲ족과 Ⅴ족의 원소가 화합하여 생성될 수 있다. LED는 화합물 반도체의 조성비를 조절함으로써 다양한 색상구현이 가능하다.
발광소자는 순방향전압 인가 시 n층의 전자와 p층의 정공(hole)이 결합하여 전도대(Conduction band)와 가전대(Valance band)의 밴드갭 에너지에 해당하는 만큼의 에너지를 발산하는데, 이 에너지가 빛의 형태로 발산되면 발광소자가 될 수 있다.
예를 들어, 질화물 반도체는 높은 열적 안정성과 폭넓은 밴드갭 에너지에 의해 광소자 및 고출력 전자소자 개발 분야에서 큰 관심을 받고 있다. 특히, 질화물 반도체를 이용한 청색(Blue) 발광소자, 녹색(Green) 발광소자, 자외선(UV) 발광소자 등은 상용화되어 널리 사용되고 있다.
종래의 자외선 발광소자의 컨택전극에서 자외선 파장에서의 광의 투과율이 현저히 낮아 광효율이 문제되고 있다.
실시예는 자외선 파장 영역에서도 고투과도와 고전도성을 가진 전극을 통해 발광효율이 개선된 자외선 발광소자, 발광소자의 제조방법, 발광소자 패키지 및 조명시스템을 제공하고자 한다.
실시예에 따른 자외선 발광소자는 제1 도전형 반도체층과, 상기 제1도전형 반도체층 상에 활성층과, 상기 활성층 상에 제2도전형 반도체층과, 상기 제1 도전형 반도체층 상에 제1전극과, 상기 제2도전형 반도체층 상에 제2전극을 포함하고,상기 제2전극은 탄소나노튜브(carbon nanotube)일 수 있다.
실시예에 따른 발광소자 패키지는 상기 자외선 발광소자를 구비할 수 있다.
실시예는 컨택전극을 탄소나노튜브로 배치하여 발광효율이 증대된 자외선 발광소자를 제공할 수 있다.
또한, 실시예에 따른 자외선 발광소자는 자외선 영역에서 높은 광투과율을 가질 수 있다.
또한, 실시예에 따른 자외선 발광소자는 높은 열전도성을 가진 전극을 통해 열을 효과적으로 외부로 방출할 수 있다.
도 1은 실시예에 따른 발광소자의 단면도이다.
도 2는 실시예에 따른 발광소자의 I-V 그래프이다.
도 3은 실시예에 따른 발광소자의 파장에 따른 발광 정도를 나타내는 그래프이다.
도 4 내지 도 7은 실시예에 따른 발광소자의 제조방법에 대한 공정 단면도이다.
도 8은 실시예에 따른 발광소자 패키지의 단면도이다.
도 9와 도 10은 실시예에 따른 조명장치를 나타낸 도면이다.
실시 예의 설명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴들의 "상/위(on/over)"에 또는 "아래(under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "상/위(on/over)"와 "아래(under)"는 "직접(directly)" 또는 "다른 층을 개재하여 (indirectly)" 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 각 층의 상/위 또는 아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다.
도 1은 실시예에 따른 발광소자의 단면도이다.
도 1을 참조하면, 실시예에 따른 발광소자(100)는 기판(105), 기판(105) 상에 제1도전형 반도체층(112), 제1도전형 반도체층(112) 상에 활성층(114), 활성층(114) 상에 제2도전형 반도체층(116), 제2도전형 반도체층(116) 상에 제2전극(130), 제1도전형 반도체층(112) 상에 제1전극(120)을 포함할 수 있다.
실시예에 따른 발광소자(100)는 제2전극(130)을 탄소나노튜브(carbon nano-tube; CNT)로 형성하여 발광효율을 증대시킬 수 있다.
탄소나노튜브는 탄소원자 하나가 주위의 다른 탄소원자와 육각형 벌집 무늬로 결합되어 돌돌 말린 튜브 형태로서, 전기전도도, 열전도도, 및 강도가 높고, 광투과율이 높은 물질이다. 예컨대, 탄소나노튜브는 한 개의 튜브로 이루어진 싱글 월 탄소나노튜브(single wall CNT), 두 개의 튜브가 겹쳐진 더블 월 탄소나노튜브(double wall CNT), 세 개 이상의 튜브로 이루어진 멀티 월 탄소나노튜브(multi wall CNT)로 나눌 수 있고, 본 발명의 실시예에 따른 발광소자(100)는 싱글 월 탄소나노튜브일 수 있으나, 이에 대해 한정하지 않는다.
종래기술에 의하면, 자외선 파장 대역의 빛을 발광하는 자외선 발광소자에서, 제2전극으로 Au 금속을 사용할 때, 상기 Au는 일함수가 높은 반면에, 자외선 광의 투과율이 낮아 광효율이 낮은 문제가 있다.
이에, 실시예에 따른 발광소자(100)는 제2전극(130)을 광 투과율이 높은 탄소나노튜브로 형성하여 상기의 문제점을 개선한 발광소자를 제공할 수 있다.
제2전극(130)의 두께는 4nm 이상 8nm 이하로 형성될 수 있으나, 이에 대해 한정하지 않는다. 예컨대, 제2전극(130)이 4nm의 탄소나노튜브로 형성될 경우, 280nm의 파장대의 광에 대한 투과도가 97%일 수 있고, 제2전극(130)이 8nm의 탄소나노튜브로 형성될 경우, 280nm의 파장대의 광에 대한 투과도가 94%일 수 있다.
실시예에서, 활성층(114)은 200nm 이상 360nm 이하의 파장의 빛을 발광할 수 있고, 실시예에 따라 280nm의 파장의 빛을 발광할 수 있으나, 이에 대해 한정하는 것은 아니다.
실시예는 도 1과 같이, 기판(105) 상에 발광구조물(110)이 배치되는 수평형 발광소자 일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니며, 수직형 발광소자 등에도 적용될 수 있다.
도 2는 실시예에 따른 발광소자의 I-V 그래프이다.
도 2의 그래프(A)는 제1전극(130)의 두께가 8nm일 때의 I-V 그래프이고, 도 2의 그래프(B)는 제1전극(130)의 두께가 4nm일 때의 I-V 그래프이다. 실시예에서, 그래프(A)는 20V일 때, 0.3×10-8A의 전류가 흐르고, 그래프(B)는 20V가 인가되면, 2.5*10-4A의 전류가 흐를 수 있다. 즉, 제1전극(130)의 두께가 4nm일 때, 전기적 연결이 우수할 수 있고, 동작전압이 두게까 8nm일 때보다 낮아질 수 있다.
도 3은 실시예에 따른 발광소자의 파장에 따른 발광 정도를 나타내는 그래프이다.
도 3의 그래프(A)는 제1전극(130)의 두께가 8nm일 때의 파장에 따른 광도를 나타내는 그래프이고, 도 3의 그래프(B)는 제1전극(130)의 두께가 4nm일 때의 파장에 따른 광도를 나타내는 그래프이다. 실시예에서, 그래프(A)는 280nm일 때 광도가 우수하고, 그래프(B)는 300nm일 때 광도가 우수할 수 있다.
도 2와 도 3을 참고하면, 제1전극(130)의 두께가 4nm일 때와 8nm일 때 전기적 연결이 가능하고, 300nm 이하의 파장대에서 광을 방출할 수 있는 것을 알 수 있다.
도 4 내지 도 7은 실시예에 따른 발광소자의 제조방법에 대한 공정 단면도이다.
먼저, 도 4와 같이 기판(105)을 준비한다. 기판(105)은 열전도성이 뛰어난 물질로 형성될 수 있으며, 전도성 기판 또는 절연성 기판일 수 있다.
예를 들어, 기판(105)은 사파이어(Al2O3), SiC, Si, GaAs, GaN, ZnO, GaP, InP, Ge, and Ga203 중 적어도 하나를 사용할 수 있다. 기판(105) 위에는 요철 구조가 형성될 수 있고, 상기 요철 구조의 단면은 원형, 타원형 또는 다각형일 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
이때, 기판(105) 위에는 버퍼층(미도시)이 형성될 수 있다. 상기 버퍼층은 이후 형성되는 발광구조물(110)의 재료와 기판(105)의 격자 부정합을 완화시켜 줄 수 있으며, 버퍼층의 재료는 3족-5족 화합물 반도체 예컨대, GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN 중 적어도 하나로 형성될 수 있다.
다음으로, 기판(105) 상에 제1도전형 반도체층(112), 활성층(114) 및 제2도전형 반도체층(116)을 포함하는 발광구조물(110)이 형성될 수 있다.
제1도전형 반도체층(112)은 반도체 화합물로 형성될 수 있고, 3족-5족, 2족-6족 등의 화합물 반도체로 구현될 수 있으며, 제1도전형 도펀트가 도핑될 수 있다. 제1도전형 반도체층(112)이 n형 반도체층인 경우, 제1 도전형 도펀트는 n형 도펀트로서, Si, Ge, Sn, Se, Te를 포함할 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
제1 도전형 반도체층(112)은 GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN,AlGaAs, InGaAs, AlInGaAs, GaP, AlGaP, InGaP, AlInGaP, InP 중 어느 하나 이상으로 형성될 수 있다.
활성층(114)은 단일 양자 우물 구조, 다중 양자 우물 구조(MQW: Multi Quantum Well), 양자 선(Quantum-Wire) 구조, 또는 양자 점(Quantum Dot) 구조 중 적어도 어느 하나로 형성될 수 있다. 예를 들어, 활성층(114)은 트리메틸 갈륨 가스(TMGa), 암모니아 가스(NH3), 질소 가스(N2), 및 트리메틸 인듐 가스(TMIn)가 주입되어 다중 양자우물구조가 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
활성층(114)은 양자우물/양자벽 구조일 수 있으며, 예를 들어 AlGaN/AlGaN, InGaN/GaN, InGaN/InGaN, GaN/AlGaN, InGaN/AlGaN, InAlGaN/GaN, GaAs/AlGaAs, InGaAs/AlGaAs, GaP/AlGaP, InGaP/AlGaP 중 어느 하나 이상의 페어 구조로 형성될 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
실시예에서 제1도전형 반도체층(112)이 n형 반도체층, 제2도전형 반도체층(116)이 p형 반도체층으로 형성되는 것으로 설명하였으나 이와 달리 제1도전형 반도체층(112)은 p형 반도체층, 제2도전형 반도체층(116)은 n형 반도체층으로 구현할 수도 있으며, 이에 한정되지 않는다.
또한 제2 도전형 반도체층(116) 위에는 제2 도전형과 반대의 극성을 갖는 반도체 예컨대 n형 반도체층(미도시)을 형성할 수 있다. 이에 따라 발광구조물(110)은 n-p 접합 구조, p-n 접합 구조, n-p-n 접합 구조, p-n-p 접합 구조 중 어느 한 구조로 구현할 수 있다.
다음으로 도 5와 같이, 제1도전형 반도체층(112)이 노출되도록 제2 도전형 반도체층(116)과 활성층(114)의 일부가 제거될 수 있다.
다음으로 도 6과 같이, 노출된 제1도전형 반도체층(112) 상에 제1전극(120)을 형성하여 실시예에 따른 발광소자를 형성할 수 있다.
다음으로 도 7과 같이, 제2도전형 반도체층(116) 상에 제2전극(130)을 형성할 수 있다.
제2전극(130)은 탄소나노튜브로 형성될 수 있고, 4nm 이상 8nm 이하의 두께로 형성될 수 있다. 예컨대, 제2전극(130)이 4nm의 탄소나노튜브로 형성될 경우, 280nm의 파장대의 광에 대한 투과도가 97%일 수 있고, 제2전극(130)이 8nm의 탄소나노튜브로 형성될 경우, 280nm의 파장대의 광에 대한 투과도가 94%일 수 있다.
제2전극(130)은 전기방전법(arc discharge), 레이저 증착법(laser vaporization), 플라즈마 화학기상증착법(plasma enhanced chemical vapor depostion; PECVD), 열화학 기상증착법(thermal chemical vapor depostion), 기상 합성법(vapor phase growth)를 이용해 제조될 수 있다.
실시예에 따른 발광소자는 패키지 형태로 복수개가 기판 상에 어레이될 수 있으며, 발광소자 패키지에서 방출되는 광의 경로 상에 광학 부재인 도광판, 프리즘 시트, 확산 시트, 형광 시트 등이 배치될 수 있다.
도 8은 실시예에 따른 발광소자 패키지의 단면도이다.
도 8은 실시예에 따른 발광소자 패키지의 단면도이다.
본 발명에 따른 발광 소자 패키지는 앞서 설명한 바와 같은 구조의 발광 소자가 장착될 수 있다.
발광 소자 패키지(200)는 패키지 몸체부(205)와, 패키지 몸체부(205) 상에 배치된 제3 전극층(213) 및 제4 전극층(214)과, 패키지 몸체부(205) 상에 배치되어 제3 전극층(213) 및 제4 전극층(214)과 전기적으로 연결되는 발광 소자(100)와, 발광 소자(100)를 포위하는 몰딩부재(230)가 포함된다.
패키지 몸체부(205)는 실리콘 재질, 합성수지 재질, 또는 금속 재질을 포함하여 형성될 수 있으며, 발광 소자(100)의 주위에 경사면이 형성될 수 있다.
제3 전극층(213) 및 제4 전극층(214)은 서로 전기적으로 분리되며, 발광 소자(100)에 전원을 제공하는 역할을 한다. 또한, 제3 전극층(213) 및 제4 전극층(214)은 발광 소자(100)에서 발생된 빛을 반사시켜 광 효율을 증가시키는 역할을 할 수 있으며, 발광 소자(100)에서 발생된 열을 외부로 배출시키는 역할을 할 수도 있다.
발광 소자(100)는 패키지 몸체부(205) 상에 배치되거나 제3 전극층(213) 또는 제4 전극층(214) 상에 배치될 수 있다.
발광 소자(100)는 제3 전극층(213) 및/또는 제4 전극층(214)과 와이어 방식, 플립칩 방식 또는 다이 본딩 방식 중 어느 하나에 의해 전기적으로 연결될 수도 있다. 실시예에서는 발광 소자(100)가 제3 전극층(213) 및 제4 전극층(214)과 각각 와이어를 통해 전기적으로 연결된 것이 예시되어 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
몰딩부재(230)는 발광 소자(100)를 포위하여 발광 소자(100)를 보호할 수 있다. 또한, 몰딩부재(230)에는 형광체(232)가 포함되어 발광 소자(100)에서 방출된 광의 파장을 변화시킬 수 있다.
도 9와 도 10은 실시예에 따른 조명장치를 나타낸 도면이다.
도 9에 도시된 바와 같이, 실시예에 따른 조명 장치는 커버(2100), 광원 모듈(2200), 방열체(2400), 전원 제공부(2600), 내부 케이스(2700), 소켓(2800)을 포함할 수 있다. 또한, 실시 예에 따른 조명 장치는 부재(2300)와 홀더(2500) 중 어느 하나 이상을 더 포함할 수 있다. 광원 모듈(2200)은 본 발명에 따른 발광소자(100) 또는 발광소자 패키지(200)를 포함할 수 있다.
예컨대, 커버(2100)는 벌브(bulb) 또는 반구의 형상을 가지며, 속이 비어 있고, 일 부분이 개구된 형상으로 제공될 수 있다. 커버(2100)는 광원 모듈(2200)과 광학적으로 결합될 수 있다. 예를 들어, 커버(2100)는 광원 모듈(2200)로부터 제공되는 빛을 확산, 산란 또는 여기 시킬 수 있다. 커버(2100)는 일종의 광학 부재일 수 있다. 커버(2100)는 방열체(2400)와 결합될 수 있다. 커버(2100)는 방열체(2400)와 결합하는 결합부를 가질 수 있다.
커버(2100)의 내면에는 유백색 도료가 코팅될 수 있다. 유백색의 도료는 빛을 확산시키는 확산재를 포함할 수 있다. 커버(2100)의 내면의 표면 거칠기는 커버(2100)의 외면의 표면 거칠기보다 크게 형성될 수 있다. 이는 광원 모듈(2200)로부터의 빛이 충분히 산란 및 확산되어 외부로 방출시키기 위함이다.
커버(2100)의 재질은 유리(glass), 플라스틱, 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 폴리카보네이트(PC) 등일 수 있다. 여기서, 폴리카보네이트는 내광성, 내열성, 강도가 뛰어나다. 커버(2100)는 외부에서 광원 모듈(2200)이 보이도록 투명할 수 있고, 불투명할 수 있다. 커버(2100)는 블로우(blow) 성형을 통해 형성될 수 있다.
광원 모듈(2200)은 방열체(2400)의 일 면에 배치될 수 있다. 따라서, 광원 모듈(2200)로부터의 열은 방열체(2400)로 전도된다. 광원 모듈(2200)은 광원부(2210), 연결 플레이트(2230), 커넥터(2250)를 포함할 수 있다.
부재(2300)는 방열체(2400)의 상면 위에 배치되고, 복수의 광원부(2210)들과 커넥터(2250)이 삽입되는 가이드홈(2310)들을 갖는다. 가이드홈(2310)은 광원부(2210)의 기판 및 커넥터(2250)와 대응된다.
부재(2300)의 표면은 빛 반사 물질로 도포 또는 코팅된 것일 수 있다. 예를 들면, 부재(2300)의 표면은 백색의 도료로 도포 또는 코팅된 것일 수 있다. 이러한 부재(2300)는 커버(2100)의 내면에 반사되어 광원 모듈(2200)측 방향으로 되돌아오는 빛을 다시 커버(2100) 방향으로 반사한다. 따라서, 실시 예에 따른 조명 장치의 광 효율을 향상시킬 수 있다.
부재(2300)는 예로서 절연 물질로 이루어질 수 있다. 광원 모듈(2200)의 연결 플레이트(2230)는 전기 전도성의 물질을 포함할 수 있다. 따라서, 방열체(2400)와 연결 플레이트(2230) 사이에 전기적인 접촉이 이루어질 수 있다. 부재(2300)는 절연 물질로 구성되어 연결 플레이트(2230)와 방열체(2400)의 전기적 단락을 차단할 수 있다. 방열체(2400)는 광원 모듈(2200)로부터의 열과 전원 제공부(2600)로부터의 열을 전달받아 방열한다.
홀더(2500)는 내부 케이스(2700)의 절연부(2710)의 수납홈(2719)를 막는다. 따라서, 내부 케이스(2700)의 절연부(2710)에 수납되는 전원 제공부(2600)는 밀폐된다. 홀더(2500)는 가이드 돌출부(2510)를 갖는다. 가이드 돌출부(2510)는 전원 제공부(2600)의 돌출부(2610)가 관통하는 홀을 갖는다.
전원 제공부(2600)는 외부로부터 제공받은 전기적 신호를 처리 또는 변환하여 광원 모듈(2200)로 제공한다. 전원 제공부(2600)는 내부 케이스(2700)의 수납홈(2719)에 수납되고, 홀더(2500)에 의해 내부 케이스(2700)의 내부에 밀폐된다.
전원 제공부(2600)는 돌출부(2610), 가이드부(2630), 베이스(2650), 연장부(2670)를 포함할 수 있다.
가이드부(2630)는 베이스(2650)의 일 측에서 외부로 돌출된 형상을 갖는다. 가이드부(2630)는 홀더(2500)에 삽입될 수 있다. 베이스(2650)의 일 면 위에 다수의 부품이 배치될 수 있다. 다수의 부품은 예를 들어, 외부 전원으로부터 제공되는 교류 전원을 직류 전원으로 변환하는 직류변환장치, 광원 모듈(2200)의 구동을 제어하는 구동칩, 광원 모듈(2200)을 보호하기 위한 ESD(ElectroStatic discharge) 보호 소자 등을 포함할 수 있으나 이에 대해 한정하지는 않는다.
연장부(2670)는 베이스(2650)의 다른 일 측에서 외부로 돌출된 형상을 갖는다. 연장부(2670)는 내부 케이스(2700)의 연결부(2750) 내부에 삽입되고, 외부로부터의 전기적 신호를 제공받는다. 예컨대, 연장부(2670)는 내부 케이스(2700)의 연결부(2750)의 폭과 같거나 작게 제공될 수 있다. 연장부(2670)에는 "+ 전선"과 "- 전선"의 각 일 단이 전기적으로 연결되고, "+ 전선"과 "- 전선"의 다른 일 단은 소켓(2800)에 전기적으로 연결될 수 있다.
내부 케이스(2700)는 내부에 전원 제공부(2600)와 함께 몰딩부를 포함할 수 있다. 몰딩부는 몰딩 액체가 굳어진 부분으로서, 전원 제공부(2600)가 내부 케이스(2700) 내부에 고정될 수 있도록 한다.
도 10을 참조하면, 본 발명에 따른 조명 장치는 커버(3100), 광원부(3200), 방열체(3300), 회로부(3400), 내부 케이스(3500), 소켓(3600)을 포함할 수 있다. 광원부(3200)는 실시 예에 따른 발광소자 또는 발광소자 패키지를 포함할 수 있다.
커버(3100)는 벌브(bulb) 형상을 가지며, 속이 비어 있다. 커버(3100)는 개구(3110)를 갖는다. 개구(3110)를 통해 광원부(3200)와 부재(3350)가 삽입될 수 있다.
커버(3100)는 방열체(3300)와 결합하고, 광원부(3200)와 부재(3350)를 둘러쌀 수 있다. 커버(3100)와 방열체(3300)의 결합에 의해, 광원부(3200)와 부재(3350)는 외부와 차단될 수 있다. 커버(3100)와 방열체(3300)의 결합은 접착제를 통해 결합할 수도 있고, 회전 결합 방식 및 후크 결합 방식 등 다양한 방식으로 결합할 수 있다. 회전 결합 방식은 방열체(3300)의 나사홈에 커버(3100)의 나사선이 결합하는 방식으로서 커버(3100)의 회전에 의해 커버(3100)와 방열체(3300)가 결합하는 방식이고, 후크 결합 방식은 커버(3100)의 턱이 방열체(3300)의 홈에 끼워져 커버(3100)와 방열체(3300)가 결합하는 방식이다.
커버(3100)는 광원부(3200)와 광학적으로 결합한다. 구체적으로 커버(3100)는 광원부(3200)의 발광 소자(3230)로부터의 광을 확산, 산란 또는 여기시킬 수 있다. 커버(3100)는 일종의 광학 부재일 수 있다. 여기서, 커버(3100)는 광원부(3200)로부터의 광을 여기시키기 위해, 내/외면 또는 내부에 형광체를 가질 수 있다.
커버(3100)의 내면에는 유백색 도료가 코팅될 수 있다. 여기서, 유백색 도료는 빛을 확산시키는 확산재를 포함할 수 있다. 커버(3100)의 내면의 표면 거칠기는 커버(3100)의 외면의 표면 거칠기보다 클 수 있다. 이는 광원부(3200)로부터의 광을 충분히 산란 및 확산시키기 위함이다.
커버(3100)의 재질은 유리(glass), 플라스틱, 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 폴리카보네이트(PC) 등일 수 있다. 여기서, 폴리카보네이트는 내광성, 내열성, 강도가 뛰어나다. 커버(3100)는 외부에서 광원부(3200)와 부재(3350)가 보일 수 있는 투명한 재질일 수 있고, 보이지 않는 불투명한 재질일 수 있다. 커버(3100)는 예컨대 블로우(blow) 성형을 통해 형성될 수 있다.
광원부(3200)는 방열체(3300)의 부재(3350)에 배치되고, 복수로 배치될 수 있다. 구체적으로, 광원부(3200)는 부재(3350)의 복수의 측면들 중 하나 이상의 측면에 배치될 수 있다. 그리고, 광원부(3200)는 부재(3350)의 측면에서도 상단부에 배치될 수 있다.
광원부(3200)는 부재(3350)의 6 개의 측면들 중 3 개의 측면들에 배치될 수 있다. 그러나 이에 한정하는 것은 아니고, 광원부(3200)는 부재(3350)의 모든 측면들에 배치될 수 있다. 광원부(3200)는 기판(3210)과 발광 소자(3230)를 포함할 수 있다. 발광 소자(3230)는 기판(3210)의 일 면 상에 배치될 수 있다.
기판(3210)은 사각형의 판 형상을 갖지만, 이에 한정되지 않고 다양한 형태를 가질 수 있다. 예를 들면, 기판(3210)은 원형 또는 다각형의 판 형상일 수 있다. 기판(3210)은 절연체에 회로 패턴이 인쇄된 것일 수 있으며, 예를 들어, 일반 인쇄회로기판(PCB: Printed Circuit Board), 메탈 코아(Metal Core) PCB, 연성(Flexible) PCB, 세라믹 PCB 등을 포함할 수 있다. 또한, 인쇄회로기판 위에 패키지 하지 않은 LED 칩을 직접 본딩할 수 있는 COB(Chips On Board) 타입을 사용할 수 있다. 또한, 기판(3210)은 광을 효율적으로 반사하는 재질로 형성되거나, 표면이 광을 효율적으로 반사하는 컬러, 예를 들어 백색, 은색 등으로 형성될 수 있다. 기판(3210)은 방열체(3300)에 수납되는 회로부(3400)와 전기적으로 연결될 수 있다. 기판(3210)과 회로부(3400)는 예로서 와이어(wire)를 통해 연결될 수 있다. 와이어는 방열체(3300)를 관통하여 기판(3210)과 회로부(3400)를 연결시킬 수 있다.
발광 소자(3230)는 적색, 녹색, 청색의 광을 방출하는 발광 다이오드 칩이거나 UV를 방출하는 발광 다이오드 칩일 수 있다. 여기서, 발광 다이오드 칩은 수평형(Lateral Type) 또는 수직형(Vertical Type)일 수 있고, 발광 다이오드 칩은 청색(Blue), 적색(Red), 황색(Yellow), 또는 녹색(Green)을 발산할 수 있다.
발광 소자(3230)는 형광체를 가질 수 있다. 형광체는 가넷(Garnet)계(YAG, TAG), 실리케이드(Silicate)계, 나이트라이드(Nitride)계 및 옥시나이트라이드(Oxynitride)계 중 어느 하나 이상일 수 있다. 또는 형광체는 황색 형광체, 녹색 형광체 및 적색 형광체 중 어느 하나 이상일 수 있다.
방열체(3300)는 커버(3100)와 결합하고, 광원부(3200)로부터의 열을 방열할 수 있다. 방열체(3300)는 소정의 체적을 가지며, 상면(3310), 측면(3330)을 포함한다. 방열체(3300)의 상면(3310)에는 부재(3350)가 배치될 수 있다. 방열체(3300)의 상면(3310)은 커버(3100)와 결합할 수 있다. 방열체(3300)의 상면(3310)은 커버(3100)의 개구(3110)와 대응되는 형상을 가질 수 있다.
방열체(3300)의 측면(3330)에는 복수의 방열핀(3370)이 배치될 수 있다. 방열핀(3370)은 방열체(3300)의 측면(3330)에서 외측으로 연장된 것이거나 측면(3330)에 연결된 것일 수 있다. 방열핀(3370)은 방열체(3300)의 방열 면적을 넓혀 방열 효율을 향상시킬 수 있다. 여기서, 측면(3330)은 방열핀(3370)을 포함하지 않을 수도 있다.
부재(3350)는 방열체(3300)의 상면(3310)에 배치될 수 있다. 부재(3350)는 상면(3310)과 일체일 수도 있고, 상면(3310)에 결합된 것일 수 있다. 부재(3350)는 다각 기둥일 수 있다. 구체적으로, 부재(3350)는 육각 기둥일 수 있다. 육각 기둥의 부재(3350)는 윗면과 밑면 그리고 6 개의 측면들을 갖는다. 여기서, 부재(3350)는 다각 기둥뿐만 아니라 원 기둥 또는 타원 기둥일 수 있다. 부재(3350)가 원 기둥 또는 타원 기둥일 경우, 광원부(3200)의 기판(3210)은 연성 기판일 수 있다.
부재(3350)의 6 개의 측면에는 광원부(3200)가 배치될 수 있다. 6 개의 측면 모두에 광원부(3200)가 배치될 수도 있고, 6 개의 측면들 중 몇 개의 측면들에 광원부(3200)가 배치될 수도 있다. 도 11에서는 6 개의 측면들 중 3 개의 측면들에 광원부(3200)가 배치되어 있다.
부재(3350)의 측면에는 기판(3210)이 배치된다. 부재(3350)의 측면은 방열체(3300)의 상면(3310)과 실질적으로 수직을 이룰 수 있다. 따라서, 기판(3210)과 방열체(3300)의 상면(3310)은 실질적으로 수직을 이룰 수 있다.
부재(3350)의 재질은 열 전도성을 갖는 재질일 수 있다. 이는 광원부(3200)로부터 발생되는 열을 빠르게 전달받기 위함이다. 부재(3350)의 재질로서는 예를 들면, 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 구리(Cu), 마그네슘(Mg), 은(Ag), 주석(Sn) 등과 상기 금속들의 합금일 수 있다. 또는 부재(3350)는 열 전도성을 갖는 열 전도성 플라스틱으로 형성될 수 있다. 열 전도성 플라스틱은 금속보다 무게가 가볍고, 단방향성의 열 전도성을 갖는 이점이 있다.
회로부(3400)는 외부로부터 전원을 제공받고, 제공받은 전원을 광원부(3200)에 맞게 변환한다. 회로부(3400)는 변환된 전원을 광원부(3200)로 공급한다. 회로부(3400)는 방열체(3300)에 배치될 수 있다. 구체적으로, 회로부(3400)는 내부 케이스(3500)에 수납되고, 내부 케이스(3500)와 함께 방열체(3300)에 수납될 수 있다. 회로부(3400)는 회로 기판(3410)과 회로 기판(3410) 상에 탑재되는 다수의 부품(3430)을 포함할 수 있다.
회로 기판(3410)은 원형의 판 형상을 갖지만, 이에 한정되지 않고 다양한 형태를 가질 수 있다. 예를 들면, 회로 기판(3410)은 타원형 또는 다각형의 판 형상일 수 있다. 이러한 회로 기판(3410)은 절연체에 회로 패턴이 인쇄된 것일 수 있다.
회로 기판(3410)은 광원부(3200)의 기판(3210)과 전기적으로 연결된다. 회로 기판(3410)과 기판(3210)의 전기적 연결은 예로서 와이어(wire)를 통해 연결될 수 있다. 와이어는 방열체(3300)의 내부에 배치되어 회로 기판(3410)과 기판(3210)을 연결할 수 있다.
다수의 부품(3430)은 예를 들어, 외부 전원으로부터 제공되는 교류 전원을 직류 전원으로 변환하는 직류변환장치, 광원부(3200)의 구동을 제어하는 구동칩, 광원부(3200)를 보호하기 위한 ESD(ElectroStatic discharge) 보호 소자 등을 포함할 수 있다.
내부 케이스(3500)는 내부에 회로부(3400)를 수납한다. 내부 케이스(3500)는 회로부(3400)를 수납하기 위해 수납부(3510)를 가질 수 있다.
수납부(3510)는 예로서 원통 형상을 가질 수 있다. 수납부(3510)의 형상은 방열체(3300)의 형상에 따라 달라질 수 있다. 내부 케이스(3500)는 방열체(3300)에 수납될 수 있다. 내부 케이스(3500)의 수납부(3510)는 방열체(3300)의 하면에 형성된 수납부에 수납될 수 있다.
내부 케이스(3500)는 소켓(3600)과 결합될 수 있다. 내부 케이스(3500)는 소켓(3600)과 결합하는 연결부(3530)를 가질 수 있다. 연결부(3530)는 소켓(3600)의 나사홈 구조와 대응되는 나사산 구조를 가질 수 있다. 내부 케이스(3500)는 부도체이다. 따라서, 회로부(3400)와 방열체(3300) 사이의 전기적 단락을 막는다. 예로서 내부 케이스(3500)는 플라스틱 또는 수지 재질로 형성될 수 있다.
소켓(3600)은 내부 케이스(3500)와 결합될 수 있다. 구체적으로, 소켓(3600)은 내부 케이스(3500)의 연결부(3530)와 결합될 수 있다. 소켓(3600)은 종래 재래식 백열 전구와 같은 구조를 가질 수 있다. 회로부(3400)와 소켓(3600)은 전기적으로 연결된다. 회로부(3400)와 소켓(3600)의 전기적 연결은 와이어(wire)를 통해 연결될 수 있다. 따라서, 소켓(3600)에 외부 전원이 인가되면, 외부 전원은 회로부(3400)로 전달될 수 있다. 소켓(3600)은 연결부(3550)의 나사선 구조과 대응되는 나사홈 구조를 가질 수 있다.
105; 기판
110; 발광구조물
112; 제1도전형 반도체층
114; 활성층
116; 제2도전형 반도체층
120; 제1전극
130; 제2전극

Claims (8)

  1. 제1 도전형 반도체층;
    상기 제1도전형 반도체층 상에 활성층;
    상기 활성층 상에 제2도전형 반도체층;
    상기 제1 도전형 반도체층 상에 제1전극; 및
    상기 제2도전형 반도체층 상에 제2전극을 포함하고,
    상기 제2전극은 탄소나노튜브(carbon nanotube)인 자외선 발광소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2전극의 두께는 4nm 이상 8nm 이하인 자외선 발광소자.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 탄소나노튜브는 싱글 월 탄소나노튜브, 더블 월 탄소나노튜브, 또는 멀티 월 탄소나노튜브 중 하나인 자외선 발광소자.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 활성층은 200nm 이상 360nm 이하의 파장의 빛을 발광하는 자외선 발광소자.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 활성층은 280nm의 파장의 빛을 발광하는 자외선 발광소자.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 기재된 자외선 발광소자를 구비하는 발광소자 패키지.
  7. 제1도전형 반도체층, 활성층, 및 제2 도전형 반도체층을 순차적으로 성장하여 발광구조물을 형성하는 단계;
    상기 제1도전형 반도체층이 노출되도록 상기 제2도전형 반도체층, 상기 활성층의 일부를 제거하는 단계;
    상기 제1도전형 반도체층 상에 제1전극을 형성하는 단계;
    상기 제2도전형 반도체층 상에 제2전극을 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 제2전극은 탄소나노튜브인 자외선 발광소자의 제조방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제2전극의 두께는 4nm 이상 8nm 이하인 자외선 발광소자의 제조방법.
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