KR20160123607A - 발광소자, 발광소자 패키지, 및 이를 포함하는 조명시스템 - Google Patents

발광소자, 발광소자 패키지, 및 이를 포함하는 조명시스템 Download PDF

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KR20160123607A
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Abstract

실시예에 따른 발광소자는 기판과, 상기 기판 상에 제1도전형 반도체층과, 상기 제1도전형 반도체층 상에 활성층과, 상기 활성층 상에 제2도전형 반도체층과, 상기 제2도전형 반도체층 상에 전자차단층을 포함하고, 상기 전자차단층의 두께는 10nm 이상 17.5nm 이하이다.

Description

발광소자, 발광소자 패키지, 및 이를 포함하는 조명시스템{LIGHT EMITTING DEVICE, LIGHT EMITTING PACKAGE HAVING THE SAME AND LIGHT SYSTEM HAVING THE SAME}
실시예는 발광소자, 발광소자 패키지, 및 이를 포함하는 조명시스템에 관한 것이다.
발광소자(light emitting diode)는 전기에너지가 빛에너지로 변환되는 특성의 p-n 접합 다이오드로서, 주기율표상에서 Ⅲ족과 Ⅴ족 등의 화합물 반도체로 생성될 수 있고, 화합물 반도체의 조성비를 조절함으로써 다양한 색상구현이 가능하다.
발광소자는 순방향전압 인가 시 n층의 전자와 p층의 정공이 결합하여 전도대(conduction band)와 가전대(valance band)의 에너지 갭에 해당하는 만큼의 에너지를 발산하고, 상기 에너지가 빛으로 발산되면 발광소자가 된다.
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, 및 자외선(UV) 발광소자는 상용화되어 널리 사용되고 있다.
한편, 사파이어 기판 또는 실리콘 기판 상에 질화물 반도체를 성장하는 경우 인가 전류가 증가할수록 발광효율이 감소하는 현상이 발생하는 문제가 있다.
실시예는 인가 전류가 증가할수록 발광효율이 감소하는 현상을 개선하기 위한 새로운 구조의 발광 소자, 발광소자 패키지 및 조명시스템을 제공하고자 한다.
실시예는 동종기판 상에 얇은 두께의 전자차단층을 성장하여 고전류에서도 발광효율이 감소하지 않는 발광 소자, 발광소자 패키지 및 조명시스템을 제공하고자 한다.
실시예에 따른 발광소자는 기판과, 상기 기판 상에 제1도전형 반도체층과, 상기 제1도전형 반도체층 상에 활성층과, 상기 활성층 상에 제2도전형 반도체층과, 상기 제2도전형 반도체층 상에 전자차단층을 포함하고, 상기 전자차단층의 두께는 10nm 이상 17.5nm 이하일 수 있다.
실시예는 반도체층과 동일한 물질의 기판 상에 얇은 두께의 전자차단층을 성장하여 고전류에서 발열이 감소하여 발광효율이 개선될 수 있다.
또한, 반도체층과 동일한 물질의 기판 상에 얇은 두께의 전자차단층을 성장하여 동작전압이 개선될 수 있다.
도 1은 실시예에 따른 발광소자를 도시한 단면도이다.
도 2는 전류 밀도와 광출력의 관계를 도시한 그래프이다.
도 3은 동작 전압과 전류 밀도의 관계를 도시한 그래프이다.
도 4는 전류 밀도와 외부양자효율(external quantum efficiency; EQE)의 관계를 도시한 그래프이다.
도 5는 전류 밀도와 효율 저하 현상(efficiency droop)의 관계를 도시한 그래프이다.
도 6은 전류 밀도와 광출력의 관계를 도시한 그래프이다.
도 7은 다른 실시예에 따른 발광소자를 도시한 단면도이다.
도 8은 또 다른 실시예에 따른 발광소자를 도시한 단면도이다.
도 9는 또 다른 실시예에 따른 발광소자를 도시한 단면도이다.
도 10은 실시예에 따른 발광 소자 패키지를 도시한 단면도이다.
도 11과 도 12는 실시예에 따른 발광 소자를 포함하는 조명 시스템의 실시예들을 나타낸 분해 사시도이다.
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.
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 실시예에 따른 발광소자를 도시한 단면도이다.
도 1을 참조하면, 실시예에 따른 발광소자(100)는 기판(110), 기판(110) 상에 제1도전형 반도체층(120)과 제1도전형 반도체층(120) 상에 활성층(120)과 활성층(120) 상에 제2도전형 반도체층(140)을 포함하는 발광구조물(150), 활성층(130)과 제2도전형 반도체층(140) 사이에 전자차단층(160)을 포함할 수 있다.
기판(110)은 열전도성이 뛰어난 전도성 기판일 수 있다. 예컨대, 기판(110)은 GaN, GaAs, Cu, Si, Mo, SiGe 중 적어도 하나를 사용할 수 있다.
기판(110)은 분극성 기판, 반분극성 기판, 무분극성 기판 중 적어도 하나일 수 있고, 기판(110)은 제1도전형 반도체층(120)과 동일한 물질일 수 있다. 예컨대, GaN 기판을 사용하는 경우, 사파이어 기판을 사용하는 것과 비교하여 발광층 내에서의 결함 밀도를 1/100 이하로 줄일 수 있고, 고전류 영역에서의 특성을 크게 개선하여 고출력화를 실현할 수 있다. GaN 기판은 열전도도 면에서 사파이어 기판보다 5배 정도 높고 도전성이 뛰어나기 때문에, 구동 전류를 높였을 때의 효율 저하를 막을 수 있는 효과가 있다.
제1도전형 반도체층(120)은 기판(110) 상에 배치될 수 있다. 제1도전형 반도체층(120)은 제1도전형 도펀트가 도핑된 III족-V족 화합물 반도체로 구현되며, 제1도전형 반도체층(120)은 InxAlyGa1-x-yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 포함한다. 제1도전형 반도체층(120)은 예컨대, GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP, AlGaInP와 같은 화합물 반도체 중 적어도 하나를 포함하는 층들의 적층 구조를 포함할 수 있다. 제1 도전형 반도체층(120)은 n형 반도체층이며, 상기 제1도전형 도펀트는 n형 도펀트로서, Si, Ge, Sn, Se, Te를 포함한다. 제1도전형 반도체층(120) 상에는 전극이 더 배치될 수 있다.
활성층(130)은 제1도전형 반도체층(120)을 통해서 주입되는 전자(또는 정공)와 제2도전형 반도체층(140)을 통해서 주입되는 정공(또는 전자)이 서로 만나서, 활성층(130)의 형성 물질에 따른 에너지 밴드(Energy Band)의 밴드갭(Band Gap) 차이에 의해서 빛을 방출하는 층이다. 활성층(130)은 단일 우물 구조, 다중 우물 구조, 양자점 구조 또는 양자선 구조 중 어느 하나로 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
전자차단층(160)은 InxAlyGa1-x-yN (0=x=1, 0<y=1, 0=x+y=1)의 조성식을 갖는 반도체 재료, 예컨대, AlN, AlGaN, InAlGaN, AlInN 중 적어도 하나일 수 있다. 전자차단층(160)은 활성층(120) 상에 배치되어 전자 차단 및 활성층의 클래딩 역할을 하여 발광 효율을 개선할 수 있다.
실시예에서, 전자차단층(160)의 두께는 10nm 이상 17.5nm 이하일 수 있고, 12.5nm 이상 15.0nm 이하일 수 있으나, 이에 대해 한정하는 것은 아니다.
전자차단층(160)의 두께가 10nm 미만일 경우, 알루미늄(Al)이 함량된 부분의 두께가 얇아 활성층(130)으로부터 넘쳐 흐르는 전자를 효과적으로 막기 힘들 수 있고, 전자차단층(160)의 두께가 17.5nm 초과할 경우에는 상술한 효과를 얻기 힘들 수 있다.
질화물 반도체층과 동일한 물질의 기판(110) 상에 성장하는 실시예에서, 전자차단층(160)의 두께가 12.5nm 미만이고, 15.0nm 초과일 경우, 후술할 efficiency droop 현상을 방지하는 효과를 얻기 힘들 수 있다.
본 발명은 질화물 반도체층과 동일한 물질의 전도성 기판 상에 질화물 반도체층을 형성하고, 전자차단층의 두께를 10nm 이상 17.5nm 이하로 배치하거나, 12.5nm 이상 15.0nm 이하로 배치하여 고전류에서 발열이 감소하여 발광효율이 개선될 수 있고, 동작전압이 개선될 수 있다.
제2도전형 반도체층(140)은 제2도전형 도펀트가 도핑된 반도체 예컨대, InxAlyGa1-x-yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 포함한다. 제2도전형 반도체층(140)은, GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP, AlGaInP와 같은 화합물 반도체 중 어느 하나로 이루어질 수 있다. 제2도전형 반도체층(140)이 p형 반도체층이고, 상기 제2도전형 도펀트는 p형 도펀트로서, Mg, Zn, Ca, Sr, Ba을 포함할 수 있다.
제2도전형 반도체층(140)은 초격자 구조를 포함할 수 있으며, 상기 초격자 구조는 InGaN/GaN 초격자 구조 또는 AlGaN/GaN 초격자 구조를 포함할 수 있다. 제2도전형 반도체층(140)의 초격자 구조는 비 정상적으로 전압에 포함된 전류를 확산시켜 주어, 활성층을 보호할 수 있다.
도 2는 전류 밀도와 광출력의 관계를 도시한 그래프이다.
도 2를 참조하면, 광출력(Po)에 대해 전자차단층의 두께가 25nm인 종래기술(R)과 전자차단층의 두께가 12.5nm인 본 발명의 실시예(E)를 비교한 실험 데이터이다.
전류밀도가 120A/cm2 일 때, 종래기술(R)에 따른 광출력(Po)은 118mW이고, 실시예(E)에 따른 광출력(Po)는 115mW이며, 종래기술(R)과 실시예(E)는 전자차단층의 두께가 1/2로 줄었지만, 광출력의 차이는 미비한 것을 알 수 있다.
도 3은 동작 전압과 전류 밀도의 관계를 도시한 그래프이다.
도 3을 참조하면, 동작 전압(Vf)에 대해 전자차단층의 두께가 25nm인 종래기술(R)과 전자차단층의 두께가 12.5nm인 본 발명의 실시예(E)를 비교한 실험 데이터이다.
전류밀도가 120A/Cm2 일 때, 종래기술(R)에 따른 동작전압(Vf)은 4.10V이고, 실시예(E)에 따른 동작전압(Vf)은 3.95V이며, 종래기술(R)과 실시예(E)는 전자차단층의 두께가 1/2로 줄었지만 동작전압의 차이는 미비한 것을 알 수 있다.
도 4는 전류 밀도와 외부양자효율(external quantum efficiency; EQE)의 관계를 도시한 그래프이다.
도 4를 참조하면, 외부양자효율(EQE)에 대해 전자차단층의 두께가 25nm인 종래기술(R)과 전자차단층의 두께가 12.5nm인 본 발명의 실시예(E)를 비교한 실험 데이터이다.
전류밀도가 120A/Cm2 일 때, 종래기술(R)에 따른 외부양자효율(EQE)은 18%이고, 실시예(E)에 따른 외부양자효율(EQE)은 17.5%이며, 종래기술(R)과 실시예(E)는 전자차단층의 두께가 1/2로 줄었지만 외부양자효율(EQE)의 차이는 미비한 것을 알 수 있다.
도 5는 전류 밀도와 효율 저하 현상(efficiency droop)의 관계를 도시한 그래프이다.
도 2 내지 도 5를 참조하면, 효율 저하 현상에 대해 전자차단층의 두께가 25nm인 종래기술(R)과 전자차단층의 두께가 12.5nm인 본 발명의 실시예(E)를 비교한 실험 데이터이다.
전류밀도가 120A/Cm2 일 때, 종래기술(R)에 따른 efficiency droop은 45%이고, 실시예(E)에 따른 efficiency droop은 66%로서, 21% efficiency droop 수치가 감소하는 것을 알 수 있다. 즉, 도 2 내지 도 5를 참조하면, 종래기술(R)과 실시예(E)는 전자차단층의 두께가 1/2로 얇아진 경우, 광출력(Po), 동작 전압(Vf), 외부양자효율(EQE)에는 큰 영향이 없으나, efficiency droop 현상이 저하되며, 이는 고전류일 때 발광 효율이 감소하는 현상을 방지하여 고전류 영역에서 고출력의 구현이 가능한 효과가 있다.
도 6은 전류 밀도와 광출력의 관계를 도시한 그래프이다.
도 6을 참조하면, 광출력(Po)에 대해 전자차단층의 두께가 20nm 이상인 종래기술(R1), 전자차단층의 두께가 10nm 이상 20nm 이하인 실시예(E), 전자차단층의 두께가 5nm 이하인 종래기술(R2)를 비교한 실험 데이터이다.
종래기술(R1)은 전자차단층의 전자 차단 효과에 의해 저전류 영역의 광효율은 우수하나, 고전류 영역에서 efficiency droop 현상이 크게 발생하며, 종래기술(R2)은 전자 차단 효과가 미비하여 광효율이 낮으나, 고전류 영역에서 efficiency droop 현상이 덜 발생할 수 있다.
실시예(E1)는 종래기술(R1)에 비해 전자차단층의 두께가 얇아 광효율이 낮을 수 있으나, 고전류 영역에서 efficiency droop 현상이 덜 발생할 수 있다.
도 7은 다른 실시예에 따른 발광소자를 도시한 단면도이다.
도 7을 참조하면, 실시예에 따른 발광소자(100a)는 기판(110), 기판(110) 상에 제1도전형 반도체층(120)과 제1도전형 반도체층(120) 상에 활성층(120)과 활성층(120) 상에 제2도전형 반도체층(140)을 포함하는 발광구조물(150), 활성층(130)과 제2도전형 반도체층(140) 사이에 전자차단층(160), 기판(110) 하부에 제1전극(180), 제2도전형 반도체층(140) 상에 도전층(170), 도전층(170) 상에 제2전극(175)을 포함할 수 있다. 도 1에 도시한 발광소자(100)와 중복되는 구성에 대한 설명은 생략한다.
도전층(170)은 제2도전형 반도체층(140) 상에 배치될 수 있고, 도전층(170)은 발광 구조물(150), 구체적으로 제2도전형 반도체층(140) 상에 배치될 수 있다. 도전층(170)은 전류를 스프레딩하는 역할을 하거나 발광 구조물(150)과 오믹 콘택을 형성하여 발광 구조물(150)에 보다 용이하게 전류가 흐르도록 하는 역할을 할 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
도전층(170)은 광이 투과되는 투명한 도전 물질로 형성될 수 있다. 상기 투명한 도전 물질로는, ITO, IZO(In-ZnO), GZO(Ga-ZnO), AZO(Al-ZnO), AGZO(Al-Ga ZnO), IGZO(In-Ga ZnO), IrOx, RuOx, RuOx/ITO, Ni/IrOx/Au 및 Ni/IrOx/Au/ITO로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 적어도 하나가 포함될 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
제2전극(175)은 도전층(170) 상에 배치될 수 있고, 제2전극(175)은 제2도전형 반도체층(140)에 전기적으로 연결되고, Cr, V, W, Ti, Zn, Ni, Cu, Al, Au, Mo, Ti/Au/Ti/Pt/Au, Ni/Au/Ti/Pt/Au, Cr/Al/Ni/Cu/Ni/Au 등에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
제1전극(180)은 기판(110) 하부에 배치될 수 있고, Cr, V, W, Ti, Zn, Ni, Cu, Al, Au, Mo, Ti/Au/Ti/Pt/Au, Ni/Au/Ti/Pt/Au, Cr/Al/Ni/Cu/Ni/Au 등에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
광추출구조(190)은 기판(110), 발광 구조물(150), 도전층(170)의 측면에 형성될 수 있으며, 표면에서 빛의 산란을 유도하여 외부로 추출되는 광의 총량을 증가시킬 수 있다.
도 8은 또 다른 실시예에 따른 발광소자를 도시한 단면도이다.
도 8을 참조하면, 실시예에 따른 발광소자(100b)는 도 7에 도시된 실시예에 따른 발광소자(100a)와 달리 플립칩 구조를 가지며, 기판(110) 상에 제1전극(180)을 포함하고, 제2도전형 반도체층(140) 하부에 도전층(170)을 포함할 수 있다.
광추출구조(190)은 기판(110), 발광 구조물(150), 도전층(170)의 측면에 형성될 수 있으며, 표면에서 빛의 산란을 유도하여 외부로 추출되는 광의 총량을 증가시킬 수 있다.
도 9는 또 다른 실시예에 따른 발광소자를 도시한 단면도이다.
도 9를 참조하면, 실시예에 따른 발광소자(100c)는 도 8에 도시된 실시예에 따른 발광소자(100b)와 전극 배치와 광추출구조(190)의 배치가 상이하며, 제1도전형 반도체층(120) 하부에 제1전극(180)이 배치되며, 광추출구조(190)는 기판(110) 상에 배치되며, 표면에서 빛의 산란을 유도하여 외부로 추출되는 광의 총량을 증가시킬 수 있다.
도 10은 실시예에 따른 발광소자 패키지의 단면도이다.
본 발명에 따른 발광 소자 패키지는 앞서 설명한 바와 같은 구조의 발광 소자가 장착될 수 있다.
도 10을 참조하면, 실시예에 따른 발광 소자 패키지는 몸체(101)와, 몸체(101)에 설치된 제1 리드 전극(103) 및 제2 리드 전극(105)과, 제1 리드 전극(103) 및 제2 리드 전극(105)으로부터 전원을 발광 소자(107)와, 발광 소자(107)를 포위하는 몰딩부재(113)를 포함한다.
몸체(101)는 실리콘 재질, 합성수지 재질, 또는 금속 재질을 포함하여 형성될 수 있으며, 발광 소자(107)의 주위에 경사면이 형성될 수 있다.
제1 리드 전극(103) 및 제2 리드 전극(105)은 서로 전기적으로 분리되며, 발광 소자(107)에 전원을 제공한다.
또한, 제1 및 제2 리드 전극(103, 105)은 발광 소자(107)에서 발생된 빛을 반사시켜 광 효율을 증가시킬 수 있으며, 발광 소자(107)에서 발생된 열을 외부로 배출시키는 역할을 할 수도 있다.
발광 소자(107)는 제1 리드 전극(103), 제2 리드 전극(105) 및 몸체(101) 중 어느 하나 위에 설치될 수 있으며, 와이어 방식, 다이 본딩 방식 등에 의해 제1 및 제 2 리드 전극(103, 105)에 전기적으로 연결될 수 있으나, 이에 대해 한정하지는 않는다. 예컨대, 발광 소자(107)의 일측, 예컨대 발광 소자(107)의 배면은 제1 리드 전극(103)의 상면에 전기적으로 접하고, 발광 소자(107)의 타측은 와이어(109)를 이용하여 제2 리드 전극(105)에 전기적으로 연결될 수 있다.
실시예의 발광 소자(107)는 위에서 설명된 수평형 발광 소자, 플립형 발광 소자 및 수직형 발광 소자 중 어느 하나일 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
몰딩부재(113)는 발광 소자(107)를 포위하여 발광 소자(107)를 보호할 수 있다. 또한, 몰딩부재(113)에는 형광체가 포함되어 발광 소자(107)에서 방출된 광의 파장을 변화시킬 수 있다.
실시예에 따른 발광 소자 패키지는 COB(Chip On Board) 타입을 포함하며, 몸체(101)의 상면은 평평하고, 몸체(101)에는 복수의 발광 소자(107)가 설치될 수도 있다.
도 11과 도 12는 실시예에 따른 발광 소자를 포함하는 조명 시스템의 실시예들을 나타낸 분해 사시도이다.
도 11에 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. 상기 광원 모듈(2200)은 본 발명에 따른 발광소자(100) 또는 발광소자 패키지(200)를 포함할 수 있다.
예컨대, 상기 커버(2100)는 벌브(bulb) 또는 반구의 형상을 가지며, 속이 비어 있고, 일 부분이 개구된 형상으로 제공될 수 있다. 상기 커버(2100)는 상기 광원 모듈(2200)과 광학적으로 결합될 수 있다. 예를 들어, 상기 커버(2100)는 상기 광원 모듈(2200)로부터 제공되는 빛을 확산, 산란 또는 여기 시킬 수 있다. 상기 커버(2100)는 일종의 광학 부재일 수 있다. 상기 커버(2100)는 상기 방열체(2400)와 결합될 수 있다. 상기 커버(2100)는 상기 방열체(2400)와 결합하는 결합부를 가질 수 있다.
상기 커버(2100)의 내면에는 유백색 도료가 코팅될 수 있다. 유백색의 도료는 빛을 확산시키는 확산재를 포함할 수 있다. 상기 커버(2100)의 내면의 표면 거칠기는 상기 커버(2100)의 외면의 표면 거칠기보다 크게 형성될 수 있다. 이는 상기 광원 모듈(2200)로부터의 빛이 충분히 산란 및 확산되어 외부로 방출시키기 위함이다.
상기 커버(2100)의 재질은 유리(glass), 플라스틱, 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 폴리카보네이트(PC) 등일 수 있다. 여기서, 폴리카보네이트는 내광성, 내열성, 강도가 뛰어나다. 상기 커버(2100)는 외부에서 상기 광원 모듈(2200)이 보이도록 투명할 수 있고, 불투명할 수 있다. 상기 커버(2100)는 블로우(blow) 성형을 통해 형성될 수 있다.
상기 광원 모듈(2200)은 상기 방열체(2400)의 일 면에 배치될 수 있다. 따라서, 상기 광원 모듈(2200)로부터의 열은 상기 방열체(2400)로 전도된다. 상기 광원 모듈(2200)은 광원부(2210), 연결 플레이트(2230), 커넥터(2250)를 포함할 수 있다.
상기 부재(2300)는 상기 방열체(2400)의 상면 위에 배치되고, 복수의 광원부(2210)들과 커넥터(2250)이 삽입되는 가이드홈(2310)들을 갖는다. 상기 가이드홈(2310)은 상기 광원부(2210)의 기판 및 커넥터(2250)와 대응된다.
상기 부재(2300)의 표면은 빛 반사 물질로 도포 또는 코팅된 것일 수 있다. 예를 들면, 상기 부재(2300)의 표면은 백색의 도료로 도포 또는 코팅된 것일 수 있다. 이러한 상기 부재(2300)는 상기 커버(2100)의 내면에 반사되어 상기 광원 모듈(2200)측 방향으로 되돌아오는 빛을 다시 상기 커버(2100) 방향으로 반사한다. 따라서, 실시 예에 따른 조명 장치의 광 효율을 향상시킬 수 있다.
상기 부재(2300)는 예로서 절연 물질로 이루어질 수 있다. 상기 광원 모듈(2200)의 연결 플레이트(2230)는 전기 전도성의 물질을 포함할 수 있다. 따라서, 상기 방열체(2400)와 상기 연결 플레이트(2230) 사이에 전기적인 접촉이 이루어질 수 있다. 상기 부재(2300)는 절연 물질로 구성되어 상기 연결 플레이트(2230)와 상기 방열체(2400)의 전기적 단락을 차단할 수 있다. 상기 방열체(2400)는 상기 광원 모듈(2200)로부터의 열과 상기 전원 제공부(2600)로부터의 열을 전달받아 방열한다.
상기 홀더(2500)는 내부 케이스(2700)의 절연부(2710)의 수납홈(2719)를 막는다. 따라서, 상기 내부 케이스(2700)의 상기 절연부(2710)에 수납되는 상기 전원 제공부(2600)는 밀폐된다. 상기 홀더(2500)는 가이드 돌출부(2510)를 갖는다. 상기 가이드 돌출부(2510)는 상기 전원 제공부(2600)의 돌출부(2610)가 관통하는 홀을 갖는다.
상기 전원 제공부(2600)는 외부로부터 제공받은 전기적 신호를 처리 또는 변환하여 상기 광원 모듈(2200)로 제공한다. 상기 전원 제공부(2600)는 상기 내부 케이스(2700)의 수납홈(2719)에 수납되고, 상기 홀더(2500)에 의해 상기 내부 케이스(2700)의 내부에 밀폐된다.
상기 전원 제공부(2600)는 돌출부(2610), 가이드부(2630), 베이스(2650), 연장부(2670)를 포함할 수 있다.
상기 가이드부(2630)는 상기 베이스(2650)의 일 측에서 외부로 돌출된 형상을 갖는다. 상기 가이드부(2630)는 상기 홀더(2500)에 삽입될 수 있다. 상기 베이스(2650)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(2200)의 구동을 제어하는 구동칩, 상기 광원 모듈(2200)을 보호하기 위한 ESD(ElectroStatic discharge) 보호 소자 등을 포함할 수 있으나 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 연장부(2670)는 상기 베이스(2650)의 다른 일 측에서 외부로 돌출된 형상을 갖는다. 상기 연장부(2670)는 상기 내부 케이스(2700)의 연결부(2750) 내부에 삽입되고, 외부로부터의 전기적 신호를 제공받는다. 예컨대, 상기 연장부(2670)는 상기 내부 케이스(2700)의 연결부(2750)의 폭과 같거나 작게 제공될 수 있다. 상기 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.
상기 내부 케이스(2700)는 내부에 상기 전원 제공부(2600)와 함께 몰딩부를 포함할 수 있다. 몰딩부는 몰딩 액체가 굳어진 부분으로서, 상기 전원 제공부(2600)가 상기 내부 케이스(2700) 내부에 고정될 수 있도록 한다.
또한, 도 12에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 조명 장치는 커버(3100), 광원부(3200), 방열체(3300), 회로부(3400), 내부 케이스(3500), 소켓(3600)을 포함할 수 있다. 상기 광원부(3200)는 실시 예에 따른 발광소자 또는 발광소자 패키지를 포함할 수 있다.
상기 커버(3100)는 벌브(bulb) 형상을 가지며, 속이 비어 있다. 상기 커버(3100)는 개구(3110)를 갖는다. 상기 개구(3110)를 통해 상기 광원부(3200)와 부재(3350)가 삽입될 수 있다.
상기 커버(3100)는 상기 방열체(3300)와 결합하고, 상기 광원부(3200)와 상기 부재(3350)를 둘러쌀 수 있다. 상기 커버(3100)와 상기 방열체(3300)의 결합에 의해, 상기 광원부(3200)와 상기 부재(3350)는 외부와 차단될 수 있다. 상기 커버(3100)와 상기 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 상기 방열체(3300)의 나사홈에 상기 커버(3100)의 나사선이 결합하는 방식으로서 상기 커버(3100)의 회전에 의해 상기 커버(3100)와 상기 방열체(3300)가 결합하는 방식이고, 후크 결합 방식은 상기 커버(3100)의 턱이 상기 방열체(3300)의 홈에 끼워져 상기 커버(3100)와 상기 방열체(3300)가 결합하는 방식이다.
상기 커버(3100)는 상기 광원부(3200)와 광학적으로 결합한다. 구체적으로 상기 커버(3100)는 상기 광원부(3200)의 발광 소자(3230)로부터의 광을 확산, 산란 또는 여기시킬 수 있다. 상기 커버(3100)는 일종의 광학 부재일 수 있다. 여기서, 상기 커버(3100)는 상기 광원부(3200)로부터의 광을 여기시키기 위해, 내/외면 또는 내부에 형광체를 가질 수 있다.
상기 커버(3100)의 내면에는 유백색 도료가 코팅될 수 있다. 여기서, 유백색 도료는 빛을 확산시키는 확산재를 포함할 수 있다. 상기 커버(3100)의 내면의 표면 거칠기는 상기 커버(3100)의 외면의 표면 거칠기보다 클 수 있다. 이는 상기 광원부(3200)로부터의 광을 충분히 산란 및 확산시키기 위함이다.
상기 커버(3100)의 재질은 유리(glass), 플라스틱, 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 폴리카보네이트(PC) 등일 수 있다. 여기서, 폴리카보네이트는 내광성, 내열성, 강도가 뛰어나다. 상기 커버(3100)는 외부에서 상기 광원부(3200)와 상기 부재(3350)가 보일 수 있는 투명한 재질일 수 있고, 보이지 않는 불투명한 재질일 수 있다. 상기 커버(3100)는 예컨대 블로우(blow) 성형을 통해 형성될 수 있다.
상기 광원부(3200)는 상기 방열체(3300)의 부재(3350)에 배치되고, 복수로 배치될 수 있다. 구체적으로, 상기 광원부(3200)는 상기 부재(3350)의 복수의 측면들 중 하나 이상의 측면에 배치될 수 있다. 그리고, 상기 광원부(3200)는 상기 부재(3350)의 측면에서도 상단부에 배치될 수 있다.
상기 광원부(3200)는 상기 부재(3350)의 6 개의 측면들 중 3 개의 측면들에 배치될 수 있다. 그러나 이에 한정하는 것은 아니고, 상기 광원부(3200)는 상기 부재(3350)의 모든 측면들에 배치될 수 있다. 상기 광원부(3200)는 기판(3210)과 발광 소자(3230)를 포함할 수 있다. 상기 발광 소자(3230)는 기판(3210)의 일 면 상에 배치될 수 있다.
상기 기판(3210)은 사각형의 판 형상을 갖지만, 이에 한정되지 않고 다양한 형태를 가질 수 있다. 예를 들면, 상기 기판(3210)은 원형 또는 다각형의 판 형상일 수 있다. 상기 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, 상기 기판(3210)은 광을 효율적으로 반사하는 재질로 형성되거나, 표면이 광을 효율적으로 반사하는 컬러, 예를 들어 백색, 은색 등으로 형성될 수 있다. 상기 기판(3210)은 상기 방열체(3300)에 수납되는 상기 회로부(3400)와 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 기판(3210)과 상기 회로부(3400)는 예로서 와이어(wire)를 통해 연결될 수 있다. 와이어는 상기 방열체(3300)를 관통하여 상기 기판(3210)과 상기 회로부(3400)를 연결시킬 수 있다.
상기 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.
상기 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.
상기 방열체(3300)는 상기 커버(3100)와 결합하고, 상기 광원부(3200)로부터의 열을 방열할 수 있다. 상기 방열체(3300)는 소정의 체적을 가지며, 상면(3310), 측면(3330)을 포함한다. 상기 방열체(3300)의 상면(3310)에는 부재(3350)가 배치될 수 있다. 상기 방열체(3300)의 상면(3310)은 상기 커버(3100)와 결합할 수 있다. 상기 방열체(3300)의 상면(3310)은 상기 커버(3100)의 개구(3110)와 대응되는 형상을 가질 수 있다.
상기 방열체(3300)의 측면(3330)에는 복수의 방열핀(3370)이 배치될 수 있다. 상기 방열핀(3370)은 상기 방열체(3300)의 측면(3330)에서 외측으로 연장된 것이거나 측면(3330)에 연결된 것일 수 있다. 상기 방열핀(3370)은 상기 방열체(3300)의 방열 면적을 넓혀 방열 효율을 향상시킬 수 있다. 여기서, 측면(3330)은 상기 방열핀(3370)을 포함하지 않을 수도 있다.
상기 부재(3350)는 상기 방열체(3300)의 상면(3310)에 배치될 수 있다. 상기 부재(3350)는 상면(3310)과 일체일 수도 있고, 상면(3310)에 결합된 것일 수 있다. 상기 부재(3350)는 다각 기둥일 수 있다. 구체적으로, 상기 부재(3350)는 육각 기둥일 수 있다. 육각 기둥의 부재(3350)는 윗면과 밑면 그리고 6 개의 측면들을 갖는다. 여기서, 상기 부재(3350)는 다각 기둥뿐만 아니라 원 기둥 또는 타원 기둥일 수 있다. 상기 부재(3350)가 원 기둥 또는 타원 기둥일 경우, 상기 광원부(3200)의 상기 기판(3210)은 연성 기판일 수 있다.
상기 부재(3350)의 6 개의 측면에는 상기 광원부(3200)가 배치될 수 있다. 6 개의 측면 모두에 상기 광원부(3200)가 배치될 수도 있고, 6 개의 측면들 중 몇 개의 측면들에 상기 광원부(3200)가 배치될 수도 있다. 도 11에서는 6 개의 측면들 중 3 개의 측면들에 상기 광원부(3200)가 배치되어 있다.
상기 부재(3350)의 측면에는 상기 기판(3210)이 배치된다. 상기 부재(3350)의 측면은 상기 방열체(3300)의 상면(3310)과 실질적으로 수직을 이룰 수 있다. 따라서, 상기 기판(3210)과 상기 방열체(3300)의 상면(3310)은 실질적으로 수직을 이룰 수 있다.
상기 부재(3350)의 재질은 열 전도성을 갖는 재질일 수 있다. 이는 상기 광원부(3200)로부터 발생되는 열을 빠르게 전달받기 위함이다. 상기 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 상기 부재(3350)는 열 전도성을 갖는 열 전도성 플라스틱으로 형성될 수 있다. 열 전도성 플라스틱은 금속보다 무게가 가볍고, 단방향성의 열 전도성을 갖는 이점이 있다.
상기 회로부(3400)는 외부로부터 전원을 제공받고, 제공받은 전원을 상기 광원부(3200)에 맞게 변환한다. 상기 회로부(3400)는 변환된 전원을 상기 광원부(3200)로 공급한다. 상기 회로부(3400)는 상기 방열체(3300)에 배치될 수 있다. 구체적으로, 상기 회로부(3400)는 상기 내부 케이스(3500)에 수납되고, 상기 내부 케이스(3500)와 함께 상기 방열체(3300)에 수납될 수 있다. 상기 회로부(3400)는 회로 기판(3410)과 상기 회로 기판(3410) 상에 탑재되는 다수의 부품(3430)을 포함할 수 있다.
상기 회로 기판(3410)은 원형의 판 형상을 갖지만, 이에 한정되지 않고 다양한 형태를 가질 수 있다. 예를 들면, 상기 회로 기판(3410)은 타원형 또는 다각형의 판 형상일 수 있다. 이러한 회로 기판(3410)은 절연체에 회로 패턴이 인쇄된 것일 수 있다.
상기 회로 기판(3410)은 상기 광원부(3200)의 기판(3210)과 전기적으로 연결된다. 상기 회로 기판(3410)과 상기 기판(3210)의 전기적 연결은 예로서 와이어(wire)를 통해 연결될 수 있다. 와이어는 상기 방열체(3300)의 내부에 배치되어 상기 회로 기판(3410)과 상기 기판(3210)을 연결할 수 있다.
다수의 부품(3430)은 예를 들어, 외부 전원으로부터 제공되는 교류 전원을 직류 전원으로 변환하는 직류변환장치, 상기 광원부(3200)의 구동을 제어하는 구동칩, 상기 광원부(3200)를 보호하기 위한 ESD(ElectroStatic discharge) 보호 소자 등을 포함할 수 있다.
상기 내부 케이스(3500)는 내부에 상기 회로부(3400)를 수납한다. 상기 내부 케이스(3500)는 상기 회로부(3400)를 수납하기 위해 수납부(3510)를 가질 수 있다.
상기 수납부(3510)는 예로서 원통 형상을 가질 수 있다. 상기 수납부(3510)의 형상은 상기 방열체(3300)의 형상에 따라 달라질 수 있다. 상기 내부 케이스(3500)는 상기 방열체(3300)에 수납될 수 있다. 상기 내부 케이스(3500)의 수납부(3510)는 상기 방열체(3300)의 하면에 형성된 수납부에 수납될 수 있다.
상기 내부 케이스(3500)는 상기 소켓(3600)과 결합될 수 있다. 상기 내부 케이스(3500)는 상기 소켓(3600)과 결합하는 연결부(3530)를 가질 수 있다. 상기 연결부(3530)는 상기 소켓(3600)의 나사홈 구조와 대응되는 나사산 구조를 가질 수 있다. 상기 내부 케이스(3500)는 부도체이다. 따라서, 상기 회로부(3400)와 상기 방열체(3300) 사이의 전기적 단락을 막는다. 예로서 상기 내부 케이스(3500)는 플라스틱 또는 수지 재질로 형성될 수 있다.
상기 소켓(3600)은 상기 내부 케이스(3500)와 결합될 수 있다. 구체적으로, 상기 소켓(3600)은 상기 내부 케이스(3500)의 연결부(3530)와 결합될 수 있다. 상기 소켓(3600)은 종래 재래식 백열 전구와 같은 구조를 가질 수 있다. 상기 회로부(3400)와 상기 소켓(3600)은 전기적으로 연결된다. 상기 회로부(3400)와 상기 소켓(3600)의 전기적 연결은 와이어(wire)를 통해 연결될 수 있다. 따라서, 상기 소켓(3600)에 외부 전원이 인가되면, 외부 전원은 상기 회로부(3400)로 전달될 수 있다. 상기 소켓(3600)은 상기 연결부(3550)의 나사선 구조과 대응되는 나사홈 구조를 가질 수 있다.
110; 기판
120; 제1도전형 반도체층
130; 활성층
140; 제2도전형 반도체층
150; 발광구조물
160; 전자차단층
170; 도전층
180; 제1전극
175; 제2전극
190; 광추출구조

Claims (9)

  1. 기판;
    상기 기판 상에 제1도전형 반도체층;
    상기 제1도전형 반도체층 상에 활성층;
    상기 활성층 상에 제2도전형 반도체층;
    상기 제2도전형 반도체층 상에 전자차단층을 포함하고,
    상기 전자차단층의 두께는 10nm 이상 17.5nm 이하인 발광소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기판은 상기 제1도전형 반도체층과 동일한 물질인 발광소자.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 기판은 GaN 기판인 발광소자.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 기판은 분극성 기판, 반분극성 기판, 무분극성 기판 중 적어도 하나인 발광소자.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 전자차단층의 두께는 12.5nm 이상 15nm 이하인 발광소자.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제2도전형 반도체층 상에 도전층; 및
    상기 기판 하부에 제1전극을 포함하고,
    상기 기판, 상기 제1도전형 반도체층, 상기 활성층, 상기 제2도전형 반도체층, 및 상기 전자차단층의 측면에 광추출구조를 포함하는 발광소자.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 도전층 상에 제2전극을 더 포함하는 발광소자.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1도전형 반도체층 상에 제1전극; 및
    상기 제2도전형 반도체층 상에 제2전극을 더 포함하고,
    상기 기판 하부에 광추출구조를 포함하는 발광소자.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항의 발광소자를 포함하는 조명 시스템.
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