KR20160113854A - 발광 소자 패키지 - Google Patents

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Abstract

실시 예의 발광 소자 패키지는 베이스와, 베이스 위에 배치되며 제1 굴절률을 갖는 발광 소자와, 발광 소자의 위에 배치되며 제2 굴절률을 갖는 파장 변환부 및 발광 소자와 파장 변환부 사이에 배치되며, 제1 굴절률과 제2 굴절률 사이의 제3 굴절률을 갖는 완충층을 포함한다.

Description

발광 소자 패키지{Light emitting device package}
실시 예는 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 광원을 대체하고 있다. 기존의 발광 소자 패키지의 경우 발광 소자로부터 방출된 광의 광속 개선이 지속적으로 요구되고 있는 실정이다.
실시 예는 개선된 광속을 갖는 발광 소자 패키지를 제공한다.
실시 예에 의한 발광 소자 패키지는, 베이스; 상기 베이스 위에 배치되며 제1 굴절률을 갖는 발광 소자; 상기 발광 소자의 위에 배치되며 제2 굴절률을 갖는 파장 변환부; 및 상기 발광 소자와 상기 파장 변환부 사이에 배치되며, 상기 제1 굴절률과 상기 제2 굴절률 사이의 제3 굴절률을 갖는 완충층을 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 제3 굴절률은 상기 제1 굴절률보다 작고 상기 제2 굴절률보다 클 수 있다. 또는, 상기 제3 굴절률은 상기 제2 굴절률보다 작고 상기 제1 굴절률보다 클 수 있다. 상기 완충층은 실리콘, TiO2, BaTiO3 또는 ZrO2 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 파장 변환부는 필름 형태를 가질 수 있다. 상기 완충층의 두께는 50 ㎛ 내지 70 ㎛일 수 있다.
예를 들어, 발광 소자 패키지는 상기 베이스 위에서 상기 발광 소자와 상기 파장 변환부를 감싸도록 배치된 렌즈를 더 포함할 수 있다. 상기 발광 소자는 청색 파장 대역의 광을 방출할 수 있다. 상기 완충층은 상기 발광 소자와 상기 파장 변환부를 접착시키는 투광성 접착 물질을 포함할 수 있다. 상기 완충층은 양면에 접착성 물질이 도포된 양면 접착 필름을 포함할 수 있다. 상기 완충층의 상기 제3 굴절률은 1.54보다 크고 2.47보다 작을 수 있다. 상기 완충층은 투명 산란재를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 파장 변환부는 상기 발광 소자를 감싸도록 배치될 수 있다.
실시 예에 따른 발광 소자 패키지는 파장 변환부와 발광 소자 사이에 완충층을 배치함으로써, 파장 변환부와 발광 소자 간의 굴절률 차를 줄여 발광 소자로부터 방출되는 광이 파장 변환부에서 전반사되는 량이 줄어들기 때문에, 광속을 개선시킬 수 있다.
도 1은 일 실시 예에 의한 발광 소자 패키지의 단면도를 나타낸다.
도 2는 다른 실시 예에 의한 발광 소자 패키지의 단면도를 나타낸다.
도 3은 또 다른 실시 예에 의한 발광 소자 패키지의 단면도를 나타낸다.
도 4는 비교 례에 의한 발광 소자 패키지의 단면도를 나타낸다.
도 5는 비교 례와 실시 예에 의한 발광 소자의 광속을 설명하기 위한 그래프이다.
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," "상/상부/위" 및 "하/하부/아래" 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 패키지(100A)의 단면도를 나타낸다.
도 1에 도시된 발광 소자 패키지(100A)는 베이스(110), 발광 소자(120), 파장 변환부(130A), 완충층(140A) 및 렌즈(150)를 포함할 수 있다.
베이스(110)는 발광 소자(120)와, 파장 변환부(130A)와, 완충층(140A) 및 렌즈(150)를 지지하는 역할을 수행하는 패키지 몸체일 수도 있다. 패키지 몸체는 실리콘, 합성수지, 또는 금속을 포함하여 형성될 수 있다.
베이스(110)는 발광 소자(120)와 전기적으로 연결된 인쇄 회로 기판일 수도 있으나, 실시 예는 인쇄 회로 기판의 종류에 국한되지 않는다. 인쇄 회로 기판은 발광 소자(120)에 전원을 공급하는 역할을 수행할 수 있다.
발광 소자(120)는 베이스(110) 위에 배치될 수 있다. 발광 소자(120)는 발광 다이오드 칩(LED chip)일 수 있으며, 발광 다이오드 칩은 블루 LED 칩 또는 자외선 LED 칩으로 구성되거나 또는 레드 LED 칩, 그린 LED 칩, 블루 LED 칩, 엘로우 그린(Yellow green) LED 칩, 화이트 LED 칩 중에서 적어도 하나 또는 그 이상을 조합한 패키지 형태로 구성될 수도 있다. 예를 들어, 발광 소자(120)는 청색 파장 대역의 광을 방출할 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.
발광 소자(120)는 상부 발광형일 수도 있고, 측부 발광형일 수도 있고, 전방향 발광형일 수 있다. 여기서, 상부 발광형 발광 소자(120)는 상부 방향(예를 들어, 파장 변환부(130A)의 두께 방향)으로 광을 방출하고, 측부 발광형 발광 소자(120)는 측부 방향(예를 들어, 상부 방향에 직각인 방향)으로 광을 방출하고, 전방향 발광형 발광 소자(120)는 상부 방향과 측부 방향으로 각각 광을 방출할 수 있다. 이하, 발광 소자(120)는 제1 굴절률을 가질 수 있다.
이하, 도 1에 도시된 발광 소자(120)의 일 례를 도 2를 참조하여 설명하지만, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.
도 2는 다른 실시 예에 의한 발광 소자 패키지(100B)의 단면도를 나타낸다.
도 2에 도시된 발광 소자 패키지(100B)는 베이스(110A), 발광 소자(120A), 파장 변환부(130A), 완충층(140A), 렌즈(150) 및 제1 및 제2 범프(bump)(162, 164) 및 제1 및 제2 금속 패드(182, 184)를 포함할 수 있다.
도 2에 도시된 파장 변환부(130A) 및 완충층(140A)은 도 1에 도시된 파장 변환부(130A) 및 완충층(140A)과 각각 동일하므로 동일한 참조부호를 사용하였으며 이들에 대한 중복되는 설명을 생략한다.
베이스(110A)는 패키지 몸체(112) 및 절연층(114)을 포함할 수 있다. 패키지 몸체(112)는 제1 몸체부(112A) 및 제2 몸체부(112B)를 포함할 수 있다. 제1 몸체부(112A)와 제2 몸체부(112B)는 절연층(114)에 의해 서로 전기적으로 분리될 수 있다. 제1 및 제2 몸체부(112A, 112B)는 발광 소자(120A)에 전원을 제공하는 역할을 수행할 수 있다. 또한, 제1 및 제2 몸체부(112A, 112B)는 발광 소자(120A)에서 발생된 빛을 반사시켜 광 효율을 증가시키는 역할을 할 수도 있으며, 발광 소자(120)에서 발생된 열을 외부로 배출시키는 역할을 할 수도 있다. 절연층(114)은 제1 및 제2 몸체부(112A, 112B)를 전기적으로 분리시키기 위해 절연 물질로 구현될 수 있다.
발광 소자(120A)는 기판(121), 발광 구조물(122), 제1 및 제2 전극(123A, 123B)을 포함할 수 있다.
기판(121) 아래에 발광 구조물(122)이 배치될 수 있다. 기판(121)은 도전형 물질 또는 비도전형 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 기판(121)은 사파이어(Al203), GaN, SiC, ZnO, GaP, InP, Ga203, GaAs 및 Si 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
기판(121)과 발광 구조물(122) 간의 열 팽창 계수의 차이 및 격자 부정합을 개선하기 위해, 이들(121, 122) 사이에 버퍼층(또는, 전이층)(미도시)이 배치될 수 있다. 버퍼층은 예를 들어 Al, In, N 및 Ga로 구성되는 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 물질을 포함할 수 있으나, 이에 국한되지 않는다. 또한, 버퍼층은 단층 또는 다층 구조를 가질 수도 있다.
발광 구조물(122)은 제1 도전형 반도체층(122A), 활성층(122B) 및 제2 도전형 반도체층(122C)을 포함할 수 있다.
제1 도전형 반도체층(122A)은 기판(121)의 아래에 배치되며, 제1 도전형 도펀트가 도핑된 Ⅲ-Ⅴ 족 또는 Ⅱ-Ⅵ 족 등의 화합물 반도체로 구현될 수 있다. 제1 도전형 반도체층(122A)이 n형 반도체층인 경우, 제1 도전형 도펀트는 n형 도펀트로서, Si, Ge, Sn, Se, Te를 포함할 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
예를 들어, 제1 도전형 반도체층(122A)은 AlxInyGa(1-x-y)N (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질을 포함할 수 있다. 제1 도전형 반도체층(122A)은 GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN, AlGaAs, InGaAs, AlInGaAs, GaP, AlGaP, InGaP, AlInGaP, InP 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.
활성층(122B)은 제1 도전형 반도체층(122A) 아래에 배치되며, 제1 도전형 반도체층(122A)을 통해서 주입되는 전자(또는, 정공)와 제2 도전형 반도체층(122C)을 통해서 주입되는 정공(또는, 전자)이 서로 만나서, 활성층(122B)을 이루는 물질 고유의 에너지 밴드에 의해서 결정되는 에너지를 갖는 빛을 방출하는 층이다.
활성층(122B)은 단일 우물 구조, 다중 우물 구조, 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.
활성층(122B)의 우물층/장벽층은 InGaN/GaN, InGaN/InGaN, GaN/AlGaN, InAlGaN/GaN, GaAs(InGaAs)/AlGaAs, GaP(InGaP)/AlGaP 중 어느 하나 이상의 페어 구조로 형성될 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 우물층은 장벽층의 밴드갭 에너지보다 낮은 밴드갭 에너지를 갖는 물질로 형성될 수 있다.
활성층(122B)의 위 또는/및 아래에는 도전형 클래드층(미도시)이 형성될 수 있다. 도전형 클래드층은 활성층(122B)의 장벽층의 밴드갭 에너지보다 더 높은 밴드갭 에너지를 갖는 반도체로 형성될 수 있다. 예를 들어, 도전형 클래드층은 GaN, AlGaN, InAlGaN 또는 초격자 구조 등을 포함할 수 있다. 또한, 도전형 클래드층은 n형 또는 p형으로 도핑될 수 있다.
제2 도전형 반도체층(122C)은 활성층(122B) 아래에 배치되며, 반도체 화합물로 형성될 수 있다. Ⅲ-Ⅴ 족 또는 Ⅱ-Ⅵ 족 등의 화합물 반도체로 구현될 수 있다. 예컨대, 제2 도전형 반도체층(122C)은 InxAlyGa1 -x- yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질을 포함할 수 있다. 제2 도전형 반도체층(122C)에는 제2 도전형 도펀트가 도핑될 수 있다. 제2 도전형 반도체층(122C)이 p형 반도체층인 경우, 제2 도전형 도펀트는 p형 도펀트로서, Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등을 포함할 수 있다.
제1 도전형 반도체층(122A)은 n형 반도체층으로, 제2 도전형 반도체층(122C)은 p형 반도체층으로 구현할 수 있다. 또는, 제1 도전형 반도체층(122A)은 p형 반도체층으로, 제2 도전형 반도체층(122C)은 n형 반도체층으로 구현할 수도 있다.
발광 구조물(122)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.
제1 전극(123A)은 메사 식각(Mesa etching)에 의해 노출된 제1 도전형 반도체층(122A) 아래에 배치되어, 제1 도전형 반도체층(122A)과 전기적으로 연결될 수 있다. 제1 전극(123A)은 오믹 접촉하는 물질을 포함하여 오믹 역할을 수행하여 별도의 오믹층(미도시)이 배치될 필요가 없을 수도 있고, 별도의 오믹층이 제1 전극(123A)의 아래에 배치될 수도 있다.
제2 전극(123B)은 제2 도전형 반도체층(122C)의 아래에 배치되며, 제2 도전형 반도체층(122C)과 전기적으로 연결될 수 있다.
제1 및 제2 전극(123A, 123B) 각각은 활성층(122B)에서 방출된 광을 흡수하지 않고 반사시키거나 투과시킬 수 있고, 제1 및 제2 도전형 반도체층(122A, 122C) 아래에 양질로 성장될 수 있는 어느 물질로 형성될 수 있다.
제1 및 제2 전극(123A, 123B) 각각은 금속으로 형성될 수 있으며, Ag, Ni, Al, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au, Hf 및 이들의 선택적인 조합으로 이루어질 수 있다.
특히, 제2 전극(123B)은 투명 전도성 산화막(TCO:Tranparent Conductive Oxide)일 수도 있다. 예를 들어, 제2 전극(123B)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(123B)은 제2 도전형 GaN층(122C)과 오믹 접촉하는 물질을 포함할 수 있다.
또한, 제2 전극(123B)은 오믹 특성을 갖는 반사 전극 재료로 단층 또는 다층으로 형성될 수 있다. 만일, 제2 전극(123B)이 오믹 역할을 수행할 경우, 별도의 오믹층(미도시)은 형성되지 않을 수 있다.
도 2에 예시된 발광 소자 패키지(100B)는 플립 칩 본딩 구조이기 때문에, 활성층(122B)에서 방출된 광은 기판(121) 및 제1 도전형 반도체층(122A)을 통해 출사된다. 이를 위해, 기판(121) 및 제1 도전형 반도체층(122A)은 투광성을 갖는 물질로 이루어지고, 제2 도전형 반도체층(122C)과 제2 전극(123B)은 투광성이나 비투광성을 갖는 물질로 이루어질 수 있다.
또한, 제1 범프(162)는 제1 전극(123A)과 제1 금속 패드(182) 사이에 배치되어, 이들(123A, 182)을 전기적으로 연결할 수 있다. 제2 범프(164)는 제2 전극(123B)과 제2 금속 패드(184) 사이에 배치되어, 이들(123B, 184)을 전기적으로 연결할 수 있다.
제1 전극(123A)은 제1 범프(162)를 통해 제1 금속 패드(182)에 전기적으로 연결되며, 제2 전극(123B)은 제2 범프(164)를 통해 제2 금속 패드(184)에 전기적으로 연결될 수 있다.
비록 도시되지는 않았지만, 제1 전극(123A)과 제1 범프(162) 사이에 제1 상부 범프 금속층(미도시)이 더 배치되고, 제1 금속 패드(182)와 제1 범프(162) 사이에 제1 하부 범프 금속층(미도시)이 더 배치될 수도 있다. 여기서, 제1 상부 범프 금속층과 제1 하부 범프 금속층은 제1 범프(162)가 위치할 자리를 표시하는 역할을 수행한다. 이와 비슷하게 제2 전극(123B)과 제2 범프(164) 사이에 제2 상부 범프 금속층(미도시)이 더 배치되고, 제2 금속 패드(184)와 제2 범프(164) 사이에 제2 하부 범프 금속층(미도시)이 더 배치될 수도 있다. 여기서, 제2 상부 범프 금속층과 제2 하부 범프 금속층은 제2 범프(164)가 위치할 자리를 표시하는 역할을 수행한다.
제1 금속 패드(182)는 제1 몸체부(112A)와 전기적으로 연결되고, 제2 금속 패드(184)는 제2 몸체부(112B)와 전기적으로 연결될 수 있다.
제1 및 제2 금속 패드(182, 184) 각각은 금속으로 형성될 수 있으며, 오믹 특성을 갖는 반사 전극 재료로 형성될 수 있다. 예를 들어, 알루미늄(Al), 티타늄(Ti), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 구리(Cu), 금(Au) 중 적어도 하나를 포함하여 단층 또는 다층 구조로 형성될 수 있다.
도 2에 도시된 발광 소자 패키지(100B)는 플립 칩 형태의 본딩 구조를 갖지만, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 즉, 도 2에 도시된 발광 소자(120A)는 도 1에 도시된 발광 소자(120)의 일례에 불과하며, 도 1에 도시된 발광 소자(120)는 특정한 구조에 국한되지 않는다. 즉, 도 1에 도시된 발광 소자(120)는 도 2에 도시된 발광 소자(120A)와 달리 수직형 본딩 구조 또는 수평형 본딩 구조를 가질 수 있으며, 발광 소자(120)의 본딩 구조에 맞추어 베이스(110)의 구조가 변경될 수 있음은 물론이다.
도 3은 또 다른 실시 예에 의한 발광 소자 패키지(100C)의 단면도를 나타낸다.
도 3에 도시된 발광 소자 패키지(100C)는 베이스(110), 발광 소자(120), 파장 변환부(130B), 완충층(140B) 및 렌즈(150)를 포함할 수 있다. 도 3에 도시된 베이스(110) 및 발광 소자(120)는 도 1에 도시된 베이스(110) 및 발광 소자(120)와 각각 동일하므로 동일한 참조부호를 사용하였으며, 중복되는 설명을 생략한다. 또한, 도 3에 도시된 발광 소자(120)는 도 2에 도시된 바와 같이 구현될 수도 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.
파장 변환부(130A, 130B)는 발광 소자(120) 위에 배치될 수 있다. 파장 변환부(130A, 130B)는 제2 굴절률을 가질 수 있다. 파장 변환부(130A, 130B)는 예를 들어 실리콘(Si)으로 구현될 수 있으며, 형광체(또는, 인광 물질)를 포함하여 발광 소자(120)에서 방출된 광의 파장을 변화시킬 수 있다. 형광체로는 발광 소자(120)에서 발생된 광을 백색광으로 변환시킬 수 있는 YAG계, TAG계, Silicate계, Sulfide계 또는 Nitride계 중 어느 하나의 파장변환수단인 형광물질이 포함될 수 있으나, 실시 예는 형광체의 종류에 국한되지 않는다.
YAG 및 TAG계 형광물질에는 (Y, Tb, Lu, Sc ,La, Gd, Sm)3(Al, Ga, In, Si, Fe)5(O, S)12:Ce 중에서 선택하여 사용가능하며, Silicate계 형광물질에는 (Sr, Ba, Ca, Mg)2SiO4: (Eu, F, Cl) 중에서 선택 사용 가능하다.
또한, Sulfide계 형광물질에는 (Ca,Sr)S:Eu, (Sr,Ca,Ba)(Al,Ga)2S4:Eu 중에서 선택하여 사용가능하며, Nitride계 형광체는 (Sr, Ca, Si, Al, O)N:Eu (예, CaAlSiN4:Eu β-SiAlON:Eu) 또는 Ca-α SiAlON:Eu계인 (Cax,My)(Si,Al)12(O,N)16, 여기서 M 은 Eu, Tb, Yb 또는 Er 중 적어도 하나의 물질이며 0.05<(x+y)<0.3, 0.02<x<0.27 and 0.03<y<0.3, 형광체 성분 중에서 선택하여 사용할 수 있다.
적색 형광체로는, N(예,CaAlSiN3:Eu)을 포함하는 질화물(Nitride)계 형광체를 사용할 수 있다. 이러한 질화물계 적색 형광체는 황화물(Sulfide)계 형광체보다 열, 수분 등의 외부 환경에 대한 신뢰성이 우수할 뿐만 아니라 변색 위험이 작다.
예를 들어, 블루 색의 광을 방출하는 발광 소자(120)를 포함하는 발광 소자 패키지(100A)로부터 백색 광을 방출하고자 할 경우, 파장 변환부(130A, 130B)는 옐로우 인광 물질(Yellow phosphor)을 포함할 수도 있고, 레드 인광 물질(Red phosphor)과 그린 인광 물질(Green phosphor)을 동시에 포함할 수도 있고, 옐로우 인광 물질(Yellow phosphor)과 레드 인광 물질(Red phosphor) 및 그린 인광 물질(Green phosphor)을 모두 포함할 수도 있다.
일 실시 예에 의하면, 도 1에 도시된 바와 같이 파장 변환부(130A)는 필름 형태로 발광 소자(120) 위에 배치될 수 있다. 이 경우, 발광 소자(120)는 상부 발광형일 수 있다. 또한, 발광 소자(120)의 상부로 방출되는 광은 완충층(140A)과 파장 변환부(130A)를 통해 상측 방향으로 출사될 수 있다. 만일, 파장 변환부(130A)가 필름 형태로 구현될 경우 파장 변환부(130A)와 발광 소자(120) 사이에 완충층(140A)을 수월하게 배치할 수 있다.
다른 실시 예에 의하면, 도 3에 도시된 바와 같이, 파장 변환부(130B)는 발광 소자(120)를 감싸도록 배치될 수 있다. 이 경우, 발광 소자(120)는 전방향 발광형일 수 있다. 따라서, 발광 소자(120)의 상부 방향과 측부 방향으로 방출되는 광은 완충층(140B)과 파장 변환부(130B)를 통해 상부 방향과 측부 방향으로 출사될 수 있다.
그 밖에, 도 1 내지 도 3에 도시되지는 않았지만, 발광 소자(120, 120A)로부터 방출되는 광의 파장을 변환할 수 있다면, 파장 변환부는 다양한 형상을 가질 수 있음은 물론이다.
한편, 완충층(140A, 140B)은 발광 소자(120)와 파장 변환부(130A, 130B) 사이에 배치되며, 제3 굴절률을 가질 수 있다. 여기서, 제3 굴절률은 발광 소자(120)의 제1 굴절률과 파장 변환부(130A, 130B)의 제2 굴절률 사이의 값을 가질 수 있다.
또한, 제3 굴절률은 제1 굴절률보다 작고 제2 굴절률보다 클 수 있다. 또는, 제3 굴절률은 제2 굴절률보다 작고 제1 굴절률보다 클 수 있다.
또한, 완충층(140A, 140B)은 실리콘, TiO2, BaTiO3 또는 ZrO2 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 즉, 완충층(140A, 140B)의 재질은 제1 굴절률과 제2 굴절률 사이의 제3 굴절률 값을 갖고 투광성을 갖는 물질을 포함할 수 있다.
예를 들어, 발광 소자(120)가 청색 광을 방출하는 GaN으로 이루어질 경우 제1 굴절률은 2.47일 수 있다. 또한, 파장 변환부(130A, 130B)가 인광 물질을 포함할 경우, 제2 굴절률은 1.54일 수 있다. 이 경우, 완충층(140A, 140B)은 1.54보다 크고 2.47보다 작은 제3 굴절률을 갖는 실리콘 물질로 구현될 수 있다.
또한, 완충층(140A, 140B)의 두께(t1, t21, t22)가 50 ㎛보다 작을 경우 공정 마진을 고려할 때 완충층(140A, 140B)을 제조하기 어려울 수 있다. 또한, 완충층(140A, 140B)의 두께(t1, 21, t22)가 70㎛보다 클 경우, 완충층(140A, 140B)이 광을 흡수함으로써 발광 소자 패키지(100A, 100B)의 광속이 저하될 수도 있다. 따라서, 완충층(140A, 140B)의 두께(t1, t21, t22)는 50 ㎛ 내지 70 ㎛일 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.
또한, 도 3을 참조하면, 발광 소자(120)의 상부에 배치된 완충층(140B)의 두께(t21)와 측부에 배치된 완충층(140B)의 두께(t22)는 서로 동일할 수도 있고, 서로 다를 수도 있다. 만일, 두께(t21, t22)가 서로 동일할 경우, 발광 소자(120)로부터 방출된 광이 상부와 측부로 균일하게 출사될 수 있다.
또한, 완충층(140A, 140B)은 발광 소자(120)와 파장 변환부(130A, 130B)를 접착시키는 투광성 접착 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 완충층(140A, 140B)은 양면에 접착성 물질이 도포된 양면 접착 필름으로 구현될 수 있다. 만일, 완충층(140A, 140B)이 양면 접착 필름으로 구현될 경우, 양면 접착 필름의 일면은 발광 소자(120)와 접착 결합하고 양면 접착 필름의 타면은 파장 변환부(130A, 130B)와 접착 결합할 수 있다. 이 경우, 발광 소자(120)와, 파장 변환부(130A, 130B)와, 완충층(140A, 140B)를 서로 결합시키기 위한 별도의 접착제가 필요하지 않게 된다.
또한, 완충층(140A, 140B)은 투명 산란재를 포함할 수 있다. 투명 산란재는 0.05 ㎛ 내지 1.0 ㎛의 지름을 가진 볼 타입(ball type)의 실리카(silica)나 아크릴로 이루어질 수 있다. 투명 산란재는 그 사이의 간격이 0.07 ㎛ 내지 1.39 ㎛를 유지할 수 있다. 투명 산란재가 완충층(140A, 140B)에 포함될 경우, 광이 산란되어 광 추출 효율이 개선될 수 있다.
또한, 렌즈(150)는 베이스(110) 위에서 발광 소자(120)와 파장 변환부(130A, 130B)를 감싸도록 배치될 수 있다. 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 렌즈(150)는 반구형 단면 형상을 가질 수 있으나, 실시 예는 렌즈(150)의 특정 단면 형상에 국한되지 않는다. 또한, 렌즈(150)는 1.54의 제4 굴절률을 갖는 재질로 구현될 수 있으나, 실시 예는 렌즈(150)의 재질에 국한되지 않으며 경우에 따라 렌즈(150)는 생략될 수도 있다.
도 4는 비교 례에 의한 발광 소자 패키지의 단면도를 나타낸다.
도 4에 도시된 비교 례에 의한 발광 소자 패키지는 베이스(110), 발광 소자(120), 파장 변환부(130) 및 렌즈(150)를 포함할 수 있다. 도 1에 도시된 발광 소자 패키지(100A)와 달리 도 4에 도시된 발광 소자 패키지는 완충층을 포함하지 않는다. 이를 제외하면, 도 4에 도시된 발광 소자 패키지는 도 1에 도시된 발광 소자 패키지(100A)와 동일하므로 중복되는 설명을 생략한다. 즉, 도 4에 도시된 베이스(110), 발광 소자(120), 파장 변환부(130) 및 렌즈(150)는 도 1에 도시된 베이스(110), 발광 소자(120), 파장 변환부(130A) 및 렌즈(150)와 각각 동일할 수 있다.
도 5는 비교 례와 실시 예에 의한 발광 소자의 광속을 설명하기 위한 그래프로서, 횡축은 파장을 나타내고 종축은 광의 세기(즉, 강도 또는 광속)를 각각 나타낸다.
도 4에 도시된 발광 소자 패키지의 경우 발광 소자(120)로부터 방출되는 광은 파장 변환부(130)를 관통하여 출사된다. 이때, 발광 소자(120)의 제1 굴절률과 파장 변환부(130)의 제2 굴절률 차가 클 경우, 발광 소자(120)에서 방출된 광은 파장 변환부(130)에서 전반사되므로 탈출하지 못할 수도 있다. 그러므로, 광속이 저하될 수 있다.
반면에, 실시 예에 의한 발광 소자 패키지(100A, 100B, 100C)의 경우 발광 소자(120)로부터 방출되는 광은 완충층(140A, 140B)을 경유하여 파장 변환부(130A, 130B)로부터 향한다. 이때, 완충층(140A, 140B)의 제3 굴절률은 발광 소자(120, 120A)의 제1 굴절률과 파장 변환부(130A, 130B) 사이의 값을 가지므로, 발광 소자(120, 120A)로부터 방출된 광이 완충층(140A, 140B)에서 전반사되지 않고, 파장 변환부(130A, 130B)를 거쳐 출사될 수 있다.
따라서, 도 5에 도시된 바와 같이, 실시 예에 의한 발광 소자 패키지(100A, 100B, 100C)로부터 출사되는 광의 세기(204)는 비교 례에 의한 발광 소자 패키지로부터 출사되는 광의 세기(202)보다 더 클 수 있다. 도 10을 참조하면 비교 례에 대비하여 실시 예의 경우, 발광 소자 패키지(100A, 100B, 100C)로부터 방출되는 광의 광속은 대략 2% 정도 개선됨을 알 수 있다.
결국, 실시 예에 의한 발광 소자 패키지(100A, 100B, 100C)의 경우, 파장 변환부(130A, 130B)와 발광 소자(120, 120A) 사이에 완충층(140A, 140B)을 배치함으로써, 파장 변환부(130A, 130B)와 발광 소자(120, 120A) 간의 굴절률 차를 줄여 발광 소자(120, 120A)로부터 방출되는 광이 파장 변환부(130A, 130B)에서 전반사되는 량이 줄어들기 때문에, 광량(또는, 광속)이 개선될 수 있다.
실시 예에 따른 발광 소자 패키지는 복수 개가 기판 상에 어레이될 수 있고, 발광 소자 패키지의 광 경로 상에 광학 부재인 도광판, 프리즘 시트, 확산 시트 등이 배치될 수 있다. 이러한 발광 소자 패키지, 기판, 광학 부재는 백라이트 유닛으로 기능할 수 있다.
또한, 실시 예에 따른 발광 소자 패키지를 포함하는 표시 장치, 지시 장치, 조명 장치로 구현될 수 있다.
여기서, 표시 장치는 바텀 커버와, 바텀 커버 상에 배치되는 반사판과, 실시 예에 의한 발광 소자 패키지를 포함하며 광을 방출하는 발광 모듈과, 반사판의 전방에 배치되며 발광 모듈에서 발산되는 빛을 전방으로 안내하는 도광판과, 도광판의 전방에 배치되는 프리즘 시트들을 포함하는 광학 시트와, 광학 시트 전방에 배치되는 디스플레이 패널과, 디스플레이 패널과 연결되고 디스플레이 패널에 화상 신호를 공급하는 화상 신호 출력 회로와, 디스플레이 패널의 전방에 배치되는 컬러 필터를 포함할 수 있다. 여기서 바텀 커버, 반사판, 발광 모듈, 도광판, 및 광학 시트는 백라이트 유닛(Backlight Unit)을 이룰 수 있다.
또한, 조명 장치는 기판과 실시 예에 따른 발광 소자 패키지를 포함하는 광원 모듈, 광원 모듈의 열을 발산시키는 방열체 및 외부로부터 제공받은 전기적 신호를 처리 또는 변환하여 광원 모듈로 제공하는 전원 제공부를 포함할 수 있다. 예를 들어, 조명 장치는, 램프, 해드 램프, 또는 가로등을 포함할 수 있다.
해드 램프는 기판 상에 배치되는 실시 예에 의한 발광 소자 패키지를 포함하는 발광 모듈, 발광 모듈로부터 조사되는 빛을 일정 방향, 예컨대, 전방으로 반사시키는 리플렉터(reflector), 리플렉터에 의하여 반사되는 빛을 전방으로 굴절시키는 렌즈, 및 리플렉터에 의하여 반사되어 렌즈로 향하는 빛의 일부분을 차단 또는 반사하여 설계자가 원하는 배광 패턴을 이루도록 하는 쉐이드(shade)를 포함할 수 있다.
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, 100B, 100C: 발광 소자 패키지 110, 110A: 베이스
112: 몸체부 114: 절연층
120, 120A: 발광 소자 121: 기판
122: 발광 구조물 122A: 제1 도전형 반도체층
122B: 활성층 122C: 제2 도전형 반도체층
123A: 제1 전극 123B: 제2 전극
130A, 130B: 파장 변환부 140A, 140B: 완충층
150: 렌즈 162, 164: 범프
182, 184: 금속 패드

Claims (13)

  1. 베이스;
    상기 베이스 위에 배치되며 제1 굴절률을 갖는 발광 소자;
    상기 발광 소자의 위에 배치되며 제2 굴절률을 갖는 파장 변환부; 및
    상기 발광 소자와 상기 파장 변환부 사이에 배치되며, 상기 제1 굴절률과 상기 제2 굴절률 사이의 제3 굴절률을 갖는 완충층을 포함하는 발광 소자 패키지.
  2. 제1 항에 있어서, 상기 제3 굴절률은 상기 제1 굴절률보다 작고 상기 제2 굴절률보다 큰 발광 소자 패키지.
  3. 제1 항에 있어서, 상기 제3 굴절률은 상기 제2 굴절률보다 작고 상기 제1 굴절률보다 큰 발광 소자 패키지.
  4. 제1 항에 있어서, 상기 완충층은 실리콘, TiO2, BaTiO3 또는 ZrO2 중 적어도 하나를 포함하는 발광 소자 패키지.
  5. 제1 항에 있어서, 상기 파장 변환부는 필름 형태를 갖는 발광 소자 패키지.
  6. 제1 항에 있어서, 상기 완충층의 두께는 50 ㎛ 내지 70 ㎛인 발광 소자 패키지.
  7. 제1 항에 있어서, 상기 베이스 위에서 상기 발광 소자와 상기 파장 변환부를 감싸도록 배치된 렌즈를 더 포함하는 발광 소자 패키지.
  8. 제1 항에 있어서, 상기 발광 소자는 청색 파장 대역의 광을 방출하는 발광 소자 패키지.
  9. 제1 항에 있어서, 상기 완충층은 상기 발광 소자와 상기 파장 변환부를 접착시키는 투광성 접착 물질을 포함하는 발광 소자 패키지.
  10. 제1 항에 있어서, 상기 완충층은 양면에 접착성 물질이 도포된 양면 접착 필름을 포함하는 발광 소자 패키지.
  11. 제1 항에 있어서, 상기 완충층의 상기 제3 굴절률은 1.54보다 크고 2.47보다 작은 발광 소자 패키지.
  12. 제1 항에 있어서, 상기 완충층은 투명 산란재를 포함하는 발광 소자 패키지.
  13. 제1 항에 있어서, 상기 파장 변환부는 상기 발광 소자를 감싸도록 배치된 발광 소자 패키지.
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