KR20160148304A - 발광 소자 패키지 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 기술적 사상에 의한 발광 소자 패키지는, 기판, 기판 상에 형성된 발광 구조물, 발광 구조물 상에 형성된 전극 구조물, 및 전극 구조물 상에 형성되며 장축과 단축을 갖는 외부 접속 단자를 포함하고, 외부 접속 단자는 기판의 결정면 중 (10-10)면과 수직하는 방향으로 장축이 형성된 것을 특징으로 한다.

Description

발광 소자 패키지{Light emitting diode package}
본 발명은 발광 소자 패키지 및 그의 제조 방법에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 소자 파괴 현상이 개선된 플립칩 발광 소자 패키지 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.
발광 소자 패키지는 전류가 가해지면 제1 및 제2 도전형 반도체의 접합 부분에서 전자와 정공의 재결합에 기하여, 다양한 색상의 빛을 발생시킬 수 있는 반도체 장치이다. 이러한 발광 소자 패키지는 필라멘트에 기초한 전구에 비해 긴 수명, 낮은 전원, 우수한 초기 구동 특성 등의 여러 장점을 갖기 때문에 그 수요가 지속적으로 증가하고 있다. 발광 소자 패키지 중 특히 플립칩 발광 소자 패키지의 경우, 플립칩 발광 소자 패키지의 전극이 모듈에 범프를 통하여 직접적으로 본딩되는 구조를 갖는다. 이러한 플립칩 발광 소자 패키지는 구동 시 발생하는 열이 열전도율이 우수한 범프를 통해 모듈로 직접 방출되므로 높은 전력을 사용하는 제품에 많이 응용되고 있다. 하지만, 이러한 플립칩 발광 소자 패키지는 범프와 모듈의 열 팽창 계수 차이로 인하여, 플립칩 발광 소자 패키지의 기판에 응력이 집중되고, 이러한 부위에 노치(notch) 등이 존재할 경우, 강한 응력이 해당 부위에 집중되어 소자 파괴가 발생되는 문제점이 있다.
본 발명의 기술적 사상이 해결하고자 하는 과제는 소자 파괴 현상이 개선된 발광 소자 패키지를 제공하는 것이다.
본 발명의 기술적 사상이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 기술적 사상에 의한 일 실시예에 따른 발광 소자 패키지는, 기판; 상기 기판 상에 형성된 발광 구조물; 상기 발광 구조물 상에 형성된 전극 구조물; 및 상기 전극 구조물 상에 형성되며 장축과 단축을 갖는 외부 접속 단자를 포함하고, 상기 외부 접속 단자는 상기 기판의 결정면 중 (10-10)면과 수직하는 방향으로 장축이 형성된 것을 특징으로 한다.
예시적인 실시예들에서, 상기 기판은 광투과성을 갖고, 상기 발광 구조물에서 발생된 광은 상기 기판 방향으로 방출되는 것을 특징으로 한다.
예시적인 실시예들에서, 상기 기판은 사파이어 기판인 것을 특징으로 한다.
예시적인 실시예들에서, 상기 기판은 상기 기판의 일부에 일직선으로 형성된 플랫존을 포함하고, 상기 플랫존은 상기 기판의 결정면 중 (11-20)면인 것을 특징으로 한다.
예시적인 실시예들에서, 상기 발광 구조물은 제1 도전형 반도체 층, 활성층 및 제2 도전형 반도체 층을 포함하는 것을 특징으로 한다.
예시적인 실시예들에서, 상기 발광 구조물은 질화갈륨계 물질을 포함하는 것을 특징으로 한다.
예시적인 실시예들에서, 상기 전극 구조물은 제1 전극 구조물 및 제2 전극 구조물을 포함하며, 상기 외부 접속 단자는 상기 제1 전극 구조물과 전기적으로 연결되는 제1 외부 접속 단자 및 상기 제2 전극 구조물과 전기적으로 연결되는 제2 외부 접속 단자를 포함하는 것을 특징으로 한다.
예시적인 실시예들에서, 상기 제1 외부 접속 단자 및 상기 제2 외부 접속 단자는 각각 적어도 하나의 도전성 서브 단자를 포함하는 것을 특징으로 한다.
예시적인 실시예들에서, 상기 기판에 1GPa 이상의 응력이 집중되는 응력 집중부가 존재할 때, 상기 기판 중 상기 외부 접속 단자의 상기 장축과 평행하는 면에 상기 응력 집중부가 형성되는 것을 특징으로 한다.
예시적인 실시예들에서, 상기 기판에 크랙이 형성되었을 때, 상기 크랙의 전파 방향과 상기 외부 접속 단자의 상기 장축의 연장 방향은 서로 수직인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 기술적 사상에 의한 일 실시예에 따른 발광 소자 패키지는, 사파이어 기판; 상기 사파이어 기판 상에 형성되고 제1 도전형 반도체 층, 활성층 및 제2 도전형 반도체 층을 포함하는 발광 구조물; 상기 제1 도전형 반도체 층과 전기적으로 연결되는 제1 전극 구조물 및 상기 제2 도전형 반도체 층과 전기적으로 연결되는 제2 전극 구조물; 및 상기 제1 전극 구조물과 전기적으로 연결되며 장축 및 단축을 갖는 제1 외부 접속 단자 및 상기 제2 전극 구조물과 전기적으로 연결되며 장축 및 단축을 갖는 제2 외부 접속 단자를 포함하고, 상기 발광 구조물에서 발생된 광은 상기 사파이어 기판 방향으로 방출되고, 상기 제1 외부 접속 단자 및 상기 제2 외부 접속 단자는 서로 이격되어 존재하며, 상기 제1 외부 접속 단자 및 상기 제2 외부 접속 단자의 상기 장축들이 상기 사파이어 기판의 결정방향 중 <10-10>방향과 평행하게 형성된 것을 특징으로 한다.
예시적인 실시예들에서, 상기 사파이어 기판 상면의 결정면은 (0001)면 또는 (000-1)면인 것을 특징으로 한다.
예시적인 실시예들에서, 상기 제1 외부 접속 단자 및 상기 제2 외부 접속 단자는 상기 기판의 결정면 중 (10-10)면과 수직하는 방향으로 장축이 형성된 것을 특징으로 한다.
예시적인 실시예들에서, 상기 제1 외부 접속 단자 및 상기 제2 외부 접속 단자는 각각 복수의 서브 단자들을 포함하는 것을 특징으로 한다.
예시적인 실시예들에서, 상기 제1 전극 구조물 및 상기 제2 전극 구조물은 상기 발광 구조물에서 발생된 광을 반사하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 발광 소자 패키지는 소자 파괴 현상이 개선되어 공정 효율이 증가하고 제품 불량이 감소하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 발광 소자 패키지 제조에 사용되는 기판의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 발광 소자 패키지 제조에 사용되는 기판 상면에서 원자의 격자 배열을 나타내는 모식도이다.
도 3은 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 발광 소자 패키지 제조에 사용되는 기판의 결정 구조를 나타내는 모식도이다.
도 4는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 발광 소자 패키지와 기판과의 상대적인 관계를 나타낸 사시도이다.
도 5는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 발광 소자 패키지의 측단면도이다.
도 6은 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 발광 소자 패키지의 외부 접속 단자를 나타낸 모식도이다.
도 7은 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 발광 소자 패키지를 실장한 모듈의 측단면도이다.
도 8은 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 발광 소자 패키지 제조에 사용되는 기판에 형성된 노치(notch)를 나타낸 모식도이다.
도 9a 내지 도 9d는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 발광 소자 패키지의 제조에 사용되는 기판의 응력 실험 결과를 나타내는 그래프이다.
도 10 및 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자 패키지를 포함하는 백색 광원 모듈의 개략적인 단면도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자 패키지로써 조명 장치에 채용 가능한 백색 광원 모듈의 개략적인 단면도이다.
도 13은 본 발명의 기술적 사상을 이용하여 제조된 발광 소자 패키지에 이용될 수 있는 완전 복사체 스펙트럼을 나타내는 CIE 색도도이다.
도 14는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 발광 소자 패키지에 이용될 수 있는 파장 변환 물질로써 양자점(quantum dot, QD)의 단면 구조를 나타내는 개략도이다.
도 15는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 발광 소자 패키지를 포함하는 백라이트 유닛의 개략적인 사시도이다.
도 16은 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 발광 소자 패키지를 포함하는 직하형 백라이트 유닛의 일 실시예를 나타내는 도면이다.
도 17은 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 발광 소자 패키지를 포함하는 백라이트 유닛의 일 실시예를 나타내는 도면이다.
도 18은 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 발광 소자 패키지를 포함하는 직하형 백라이트 유닛을 설명하기 위한 도면이다.
도 19는 도 18의 광원 모듈을 확대하여 도시한 도면이다.
도 20은 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 발광 소자 패키지를 포함하는 직하형 백라이트 유닛을 설명하기 위한 도면이다.
도 21 내지 도 23은 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 발광 소자 패키지를 포함하는 백라이트 유닛을 설명하기 위한 도면이다.
도 24는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 발광 소자 패키지를 포함하는 디스플레이 장치의 개략적인 분해 사시도이다.
도 25는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 발광 소자 패키지를 포함하는 평판 조명 장치를 간략하게 나타내는 사시도이다.
도 26은 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 발광 소자 패키지를 포함하는 조명 장치를 간략하게 나타내는 분해 사시도이다.
도 27은 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 발광 소자 패키지를 포함하는 바(bar) 타입의 조명 장치를 개략적으로 나타내는 분해 사시도이다.
도 28은 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 발광 소자 패키지를 구비하는 조명 장치를 개략적으로 나타내는 분해 사시도이다.
도 29는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 발광 소자 패키지를 구비하는 실내용 조명 제어 네트워크 시스템을 설명하기 위한 개략도이다.
도 30은 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 발광 소자 패키지를 구비하는 네트워크 시스템을 설명하기 위한 개략도이다.
도 31은 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 발광 소자 패키지를 구비하는 조명 기구의 스마트 엔진과 모바일 기기의 통신 동작을 설명하기 위한 블록도이다.
도 32는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 발광 소자 패키지를 구비하는 스마트 조명 시스템을 모식적으로 나타낸 개념도이다.
본 발명의 구성 및 효과를 충분히 이해하기 위하여, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라, 여러 가지 형태로 구현될 수 있고 다양한 변경을 가할 수 있다. 단지, 본 실시예들에 대한 설명은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위하여 제공되는 것이다. 첨부된 도면에서 구성 요소들은 설명의 편의를 위하여 그 크기가 실제보다 확대하여 도시한 것이며, 각 구성 요소의 비율은 과장되거나 축소될 수 있다.
어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "상에" 있다거나 "접하여" 있다고 기재된 경우, 다른 구성 요소에 상에 직접 맞닿아 있거나 또는 연결되어 있을 수 있지만, 중간에 또 다른 구성 요소가 존재할 수 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소의 "바로 위에" 있다거나 "직접 접하여" 있다고 기재된 경우에는, 중간에 또 다른 구성 요소가 존재하지 않는 것으로 이해될 수 있다. 구성 요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 예를 들면, "~사이에"와 "직접 ~사이에" 등도 마찬가지로 해석될 수 있다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 표현하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. "포함한다" 또는 "가진다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하기 위한 것으로, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들이 부가될 수 있는 것으로 해석될 수 있다.
본 발명의 실시예들에서 사용되는 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 통상적으로 알려진 의미로 해석될 수 있다. 이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써 본 발명을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 발광 소자 패키지 제조에 사용되는 기판의 사시도이다.
도 1을 참조하면, 기판(100) 상에 일정한 방향을 가지고 형성된 발광 소자 패키지(200)의 모습을 모식적으로 나타내고 있다. 일반적으로 발광 소자 패키지(200)의 제작은, 기판(100) 상에 복수의 발광 소자를 형성하고 상기 복수의 발광 소자를 각각의 발광 소자로 다이싱(dicing)한 후 패키지 공정을 진행하여 형성된다. 여기서는 설명의 편의를 위하여 기판(100) 상에 발광 소자 패키지(200)를 모식적으로 도시하여 설명하도록 한다.
상기 발광 소자 패키지(200)는 상기 기판(100)의 일부를 포함할 수 있다. 상기 기판(100)은 광투과적 성질을 가질 수 있다. 상기 기판(100)은 광투과성 물질을 사용하거나 또는 일정 두께 이하로 형성하는 경우 광투과적 성질을 가질 수 있다.
상기 기판(100)으로는 필요에 따라 절연성, 도전성 또는 반도체 기판이 사용될 수 있다. 예를 들어, 상기 기판(100)은 사파이어(Al2O3), 질화갈륨(GaN), 실리콘(Si), 저머늄(Ge), 갈륨비소(GaAs), 산화아연(ZnO), 실리콘저머늄(SiGe), 실리콘카바이드(SiC), 산화갈륨(Ga2O3), 산화리튬갈륨(LiGaO2), 산화리튬알루미늄(LiAlO2), 또는 산화마그네슘알루미늄(MgAl2O4)일 수 있다.
예시적인 실시예들에서, 기판으로는 사파이어 또는 실리콘카바이드 기판 등이 주로 사용되고 있으며. 가격이 비싼 실리콘카바이드 기판에 비해 사파이어 기판이 더 많이 활용되고 있다. 이종 기판을 사용할 때는 기판 물질과 박막 물질 사이의 격자상수의 차이로 인해 전위(dislocation) 등의 결함이 증가한다. 또한, 기판 물질과 박막 물질 사이의 열 팽창 계수의 차이로 인해 온도 변화 시 휨이 발생하고, 휨은 기판 또는 박막에 발생하는 크랙(crack)의 원인이 된다.
예시적인 실시예들에서, 상기 기판의 다른 물질로는 실리콘 기판을 들 수 있으며, 대구경화에 보다 적합하고 상대적으로 가격이 낮아 양산성이 향상될 수 있다.
여기서는 사파이어 기판을 예로 들어 설명하도록 한다. 상기 사파이어 기판의 경우, 육각-롬보형(Hexa-Rhombo) 대칭성을 갖는 결정체로서 c축 및 a축 방향의 격자상수가 각각 13.001Å 및 4.758Å이며, c(0001)면, a(11-20)면, m(10-10)면 등을 갖는다. 이 경우, 상기 c면은 비교적 질화물 계열 박막의 성장이 용이하며, 고온에서 안정하기 때문에 질화물 계열 박막의 성장용 기판으로써 주로 사용된다. 본 발명의 기판(100)은 육각-롬보형 대칭성을 갖는 결정 구조(100A)를 가질 수 있다.
사파이어는 광투과성 물질이므로 발광 소자에서 발생된 광을 상기 기판(100) 방향으로 효과적으로 방출시킬 수 있다. 따라서, 상기 발광 소자 패키지(200)가 리드 프레임 등과 같은 모듈에 플립칩(flip-chip) 형태로 실장될 수 있다.
사파이어는 경도가 우수한 물질이지만, 결정면의 방향에 따라 깨지기 쉬운 벽개면이 존재한다. 일반적으로 사파이어를 발광 소자의 기판으로 사용하는 경우, 사파이어 기판 상에 형성하는 질화갈륨계열의 반도체층과의 격자상수 차이에 따른 결함 차이를 최소로 하기 위하여, (0001)면 또는 (000-1)면이 기판의 상면이 되도록 성장시킨 사파이어 기판을 사용한다. 이 경우 사파이어 기판의 m(10-10)면의 격자 배열이 가장 깨지기 쉬운 벽개면이 된다.
상기 기판(100)은 기판(100)의 정렬을 위하여 상기 기판(100)의 일부분을 직선으로 한 플랫존(100F)이 형성될 수 있다. 기판(100)에는 플랫존(100F)이 하나 이상 존재할 수 있다. 상기 플랫존(100F)은 기판(100)의 일정한 결정면을 따라 존재할 수 있다. 예를 들어, a(11-20)면을 따라 존재할 수 있다. 이 경우 기판(100)의 벽개면인 m(10-10)면은 상기 플랫존(100F)과 수직이다. 즉, 플랫존(100F)에 수직 방향으로 기판(100)의 깨짐이 다른 방향에 비하여 더 쉽게 발생할 수 있다.
기판(100) 상에는 복수의 발광 소자가 제작될 수 있다. 상기 복수의 발광 소자는 제작 공정의 특성상 일정한 방향을 가지고 배열된다. 상기 복수의 발광 소자는 기판에 형성된 후, 다이싱 라인을 따라 각각의 발광 소자로 분리된다. 각각의 발광 소자는 패키지 공정을 거쳐 발광 소자 패키지(200)로 완성된다. 발광 소자는 전극 구조물을 포함할 수 있고, 상기 전극 구조물에 전기적으로 연결되는 외부 접속 단자(219)가 형성될 수 있다. 상기 외부 접속 단자(219)는 솔더 범프 형태일 수 있다. 상기 외부 접속 단자(219)는 리드 프레임 등과 같은 모듈에 직접적으로 연결될 수 있다. 이 경우, 상기 외부 접속 단자(219)와 상기 모듈을 구성하는 물질의 열 팽창 계수는 서로 다르기 때문에 온도에 따라 상기 외부 접속 단자(219)는 압축 응력 또는 인장 응력을 받게 된다. 상기 압축 응력 또는 인장 응력은 상기 외부 접속 단자(219)의 상부에 존재하는 기판(100)에 전달될 수 있다.
상기 기판(100)에 노치(notch)가 존재하는 경우 응력은 상기 노치에 집중될 수 있다. 이러한 응력 집중부가 상기 기판(100)의 벽개면과 동일한 방향인 경우 상기 기판에 크랙이 발생되어 전파되고, 발광 소자의 파괴를 유발할 수 있다. 상기 노치는 주로 상기 외부 접속 단자(219)의 사이에 발생한다. 즉, 외부 접속 단자(219)는 제1 전극 구조물과 전기적으로 연결되는 제1 외부 접속 단자 및 제2 전극 구조물과 전기적으로 연결되는 제2 외부 접속단자를 포함하고, 상기 노치는 제1 외부 접속 단자 및 제2 외부 접속 단자의 사이 부분의 기판(100)에 형성될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 발광 소자 패키지(200)는 상기 기판(100)에 발광 소자를 제작할 시, 상기 외부 접속 단자(219)의 장축 방향이 기판(100)의 m(10-10)면과 수직하도록 발광 소자를 제작한다. 이 경우, 외부 접속 단자(219)의 사이에 발생하는 노치는 기판(100)의 벽개면인 m(10-10)면과 수직하는 방향이므로 크랙의 전파가 어려워 소자 파괴를 방지할 수 있다.
도 2는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 발광 소자 패키지 제조에 사용되는 기판 상면에서 원자의 격자 배열을 나타내는 모식도이다.
도 2를 참조하면, 사파이어 기판(100)을 구성하는 원자(100B) 및 원자의 격자 배열(100C)을 나타낸다. 사파이어와 같이 육각-롬보형 대칭성을 갖는 결정 구조의 경우 가운데 원자(100B)가 하나 존재하고 상기 원자(100B) 주위를 다른 6개의 원자(100B)가 둘러싸는 격자 배열(100C)을 갖는다. 상기 격자 배열(100C)이 이루는 결정면은 c(0001)면 일 수 있다. 상기 기판(100) 상에 질화갈륨 층을 증착하는 경우 가장 작은 격자 결함을 형성하기 위함이다. 기판(100)에 크랙이 전파되는 것은 원자(100B)와 원자(100B) 사이를 통하여 전파되는 것이 용이하다. 따라서, 플랫존(100F)과 평행한 방향을 가지고 크랙이 전파되는 것은 원자의 격자 배열(100C)을 고려할 때 매우 어렵다. 그러나 플랫존(100F)과 수직 방향으로는 원자의 격자 배열(100C)을 고려할 때 크랙의 전파가 용이할 수 있다. 도면에서는 설명의 편의를 위하여 각각의 원자(100B)가 인접하여 도시되어 있으나, 실제 원자(100B)는 일정 거리를 이격하여 존재하고 있을 수 있다. 따라서, 상기 원자(100B) 간의 이격 공간이 일정한 규칙성을 가지는 경우 그 방향은 다른 방향에 비하여 크랙의 전파가 용이할 수 있다.
도 3은 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 발광 소자 패키지 제조에 사용되는 기판의 결정 구조를 나타내는 모식도이다.
도 3의 (a)를 참조하면, 육각-롬보형 대칭성을 갖는 결정 구조(100A)에 존재하는 축 방향들을 나타낸다. 육방정계에서는 면지수 및 방향지수가 각각 4개로 적용될 수 있다. 도면에 도시된 바와 같이 육방격자의 단위표는 같은 평면에서 120°로 교차하고 있는 a1축 방향, a2축 방향, 및 a3축 방향과 상기 평면에 수직한 c축 방향을 갖고 있다. 따라서 육방정계의 면지수 및 방향지수는 각각 상기 4개의 축에 대응되는 4개의 지수가 필요하다. 밀러-브라바이스 지수(Miller-Bravais index)로 상기 a1축 방향, a2축 방향, 및 a3축 방향을 각각 <2-1-10>, <-12-10>, 및 <-1-120>로 표현 가능하다. 본 발명에서는, 상기 a1축 방향, a2축 방향, 및 a3 방향 중 어느 하나가 기판(100, 도 1 참조)의 벽개면과 동일한 방향일 수 있다.
도 3의 (b)를 참조하면, 육각-롬보형 대칭성을 갖는 결정 구조(100A)에 존재하는 결정면들을 나타낸다.
상기 결정 구조(100A)는 복수의 결정면들을 포함하고 있으나, 본 발명과 관련하여, a(11-20)면 및 m(10-10)면을 살펴보도록 한다. 상기 a(11-20)면과 m(10-10)면은 서로 수직이다. 앞서 살핀 바와 같이, m(10-10)면은 기판의 깨짐이 쉽게 발생할 수 있는 벽개면에 해당하고, a(11-20)면은 기판의 깨짐이 쉽게 발생하지 않는 결정면에 해당한다. 이러한 육각-롬보형 대칭성을 갖는 결정 구조(100A)를 가지는 사파이어 기판의 경우 기판 제조 방식에 따라 플랫존을 형성하는 결정면이 서로 다를 수 있다. 따라서, 본 발명의 발광 소자 패키지를 제조하기에 앞서 기판의 결정면을 확인하는 과정이 선행되어야 한다.
도 4는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 발광 소자 패키지와 기판과의 상대적인 관계를 나타낸 사시도이다.
도 4를 참조하면, 기판에 복수의 발광 소자를 형성하고 이를 각각의 발광 소자로 다이싱한 후 발광 소자 패키지 형태로 제작된 모습을 모식적으로 나타낸다. 일반적으로 플립칩 발광 소자 패키지의 경우 기판을 분리하지 않으나, 여기서는 설명의 편의를 위해 기판(100)과 발광 소자 패키지(200)를 분리하여 설명하기로 한다. 발광 소자 패키지(200)를 구성하는 기판(100)은 도 1에서 나타낸 기판(100)의 일부분이다. 즉, 발광 소자를 정사각형 또는 직사각형 등으로 다이싱하므로, 도 1의 기판(100)과 같은 플랫존(100F)은 존재하지 않는다. 다만, 상기 기판(100)의 경우에도 결정면과 결정 방향은 여전히 존재한다. 육각-롬보형 대칭성을 갖는 결정 구조(100A)에 존재하는 a1축 방향, a2축 방향, 및 a3 방향 중 어느 하나가 발광 소자 패키지(200)의 외부 접속 단자(219)의 장축 방향과 서로 수직이다. 또한, m(10-10)면과 외부 접속 단자(219)의 장축 방향은 서로 수직이다. 발광 소자는 기판(100)의 c(0001)면 상에 형성될 수 있다.
도 5는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 발광 소자 패키지의 측단면도이다.
도 5를 참조하면, 상기 발광 소자 패키지(200)는 기판(100)의 일면 상에 배치된 발광 적층체(S)와, 상기 발광 적층체(S)를 기준으로 상기 기판(100) 반대쪽에 배치된 제1 및 제2 전극(208a, 208b)을 포함한다. 여기서 상기 기판(100)은 도 1 내지 도 4를 참조하여 설명한 기판일 수 있다. 또한, 상기 발광 소자 패키지(200)는 상기 제1 및 제2 전극(208a, 208b)을 덮도록 형성되는 절연부(203)를 포함한다. 상기 제1 및 제2 전극(208a, 208b)은 제1 및 제2 전기연결부(209a, 209b)에 의해 제1 및 제2 외부 접속 단자(219a, 219b)에 연결될 수 있다. 제1 전극 구조물은 상기 제1 전극(208a) 및 제1 전기연결부(209a)를 포함하고, 제2 전극 구조물은 상기 제2 전극(208b) 및 제2 전기연결부(209b)를 포함한다.
상기 발광 적층체(S)는 기판(100) 상에 순차적으로 배치되는 제1 도전형 반도체층(204), 활성층(205) 및 제2 도전형 반도체층(206)을 포함할 수 있다. 상기 제1 전극(208a)은 상기 제2 도전형 반도체층(206) 및 활성층(205)을 관통하여 상기 제1 도전형 반도체층(204)과 접속된 도전성 비아(via)로 제공될 수 있다. 상기 제2 전극(208b)은 제2 도전형 반도체층(206)과 접속될 수 있다.
상기 발광 적층체(S) 상에 도전성 오믹(ohmic) 물질을 증착하여 제1 및 제2 전극(208a, 208b)을 형성한다. 제1 및 제2 전극(208a, 208b)은 Ag, Al, Ni, Cr, Cu, Au, Pd, Pt, Sn, Ti, W, Rh, Ir, Ru, Mg, Zn 또는 이들을 포함하는 합금 물질 중 적어도 하나를 포함하는 전극일 수 있다. 예들 들면, 제2 전극(208b)은 제2 도전형 반도체층을 기준으로 Ag층의 오믹 전극이 적층된다. 상기 Ag 오믹 전극은 광반사층의 역할도 한다. 상기 Ag층 상에 선택적으로 Ni, Ti, Pt, W의 단일층 혹은 이들의 합금층이 교대로 적층될 수 있다. 구체적으로 Ag층 아래에 Ni/Ti층, TiW/Pt층 혹은 Ti/W이 적층되거나 또는 이들 층이 교대로 적층될 수 있다. 제1 전극(208a)은 제1 도전형 반도체층(204)을 기준으로 Cr층이 적층되고 상기 Cr층 상에 Au/Pt/Ti층이 순서대로 적층될 수 있다.
상기 제1 및 제2 전극(208a, 208b)은 오믹 특성 또는 반사 특성을 향상시키기 위해 상기 실시예 외에 다양한 재료 또는 적층구조를 적용할 수 있다.
상기 절연부(203)는 상기 제1 및 제2 전극(208a, 208b)의 적어도 일부를 노출시키도록 오픈 영역을 구비하며, 상기 제1 및 제2 외부 접속 단자(219a, 219b)는 상기 제1 및 제2 전극(208a, 208b)과 접속될 수 있다. 절연부(203)는 SiO2 및/또는 SiN이 약 0.01㎛ 내지 약 3㎛ 두께로 증착될 수 있다.
제1 및 제2 외부 접속 단자(219a, 219b)는 서로 동일한 방향으로 배치될 수 있으며, 리드 프레임 등의 모듈에 플립칩 형태로 실장될 수 있다. 이 경우, 제1 및 제2 외부 접속 단자(219a, 219b)는 서로 동일한 방향을 향하도록 배치될 수 있다.
특히, 본 발명의 발광 소자 패키지(200)는 상기 기판(100)의 결정면과 제1 및 제2 외부 접속 단자(219a, 219b)의 방향이 중요하다. 상기 기판(100)의 m(10-10)면과 상기 제1 및 제2 외부 접속 단자(219a, 219b)의 장축 방향이 서로 수직으로 형성될 수 있다.
상기 제1 전극(208a)은 상기 제2 도전형 반도체층(206) 및 활성층(205)을 관통하여 상기 발광 적층체(S) 내부에서 상기 제1 도전형 반도체층(204)에 연결된 도전성 비아를 갖는 제1 전극(208a)에 의해 제1 전기연결부(209a)가 형성될 수 있다.
도전성 비아와 상기 제1 전기연결부(209a)는 접촉 저항이 낮아지도록 개수, 형상, 피치, 제1 도전형 반도체층(204)과의 접촉 면적 등이 적절히 조절될 수 있으며, 상기 도전성 비아와 상기 제1 전기연결부(209a)는 행과 열을 이루어 배열됨으로써 전류 흐름이 개선될 수 있다.
다른 한편의 전극 구조는, 상기 제2 도전형 반도체층(206) 상에 직접 형성되는 제2 전극(208b)과 그 상부에 형성되는 제2 전기연결부(209b)를 포함할 수 있다. 상기 제2 전극(208b)은 상기 제2 도전형 반도체층(206)과의 전기적 오믹 컨택을 형성하는 기능 외에 광반사 물질로 이루어짐으로써, 발광 소자 패키지(200)를 플립칩 구조로 실장된 상태에서, 활성층(205)에서 방출된 빛을 기판(100) 방향으로 효과적으로 방출시킬 수 있다. 물론, 주된 광방출 방향에 따라, 상기 제2 전극(208b)은 투명 전도성 산화물과 같은 광투과성 도전 물질로 이루어질 수도 있다.
상기 설명된 2개의 전극 구조는 절연부(203)에 의하여 서로 전기적으로 분리될 수 있다. 상기 절연부(203)는 전기적으로 절연 특성을 갖는 물질이면 어느 것이나 사용할 수 있으며, 광흡수율이 낮은 물질을 사용하는 것이 바람직하다. 예를 들어, SiO2, SiOxNy, SixNy 등의 실리콘산화물, 실리콘질화물을 이용할 수 있을 것이다. 필요에 따라, 광투과성 물질 내에 광반사성 필러를 분산시켜 광반사 구조를 형성할 수 있다.
상기 제1 및 제2 외부 접속 단자(219a, 219b)는 각각 제1 및 제2 전기연결부(209a, 209b)와 접속되어 발광 소자 패키지(200)의 외부 단자로 역할을 할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 및 제2 외부 접속 단자(219a, 219b)는 Au, Ag, Al, Ti, W, Cu, Sn, Ni, Pt, Cr, NiSn, TiW, AuSn 또는 이들의 공융(eutectic) 금속일 수 있다. 이 경우에, 모듈(300, 도 7 참조)에 실장 시 공융 금속을 이용하여 접합될 수 있으므로, 플립칩 본딩 시 일반적으로 요구되는 별도의 솔더 범프를 사용하지 않을 수 있다. 솔더 범프를 이용하는 경우에 비하여 공융 금속을 이용한 실장 방식에서 방열 효과가 더욱 우수한 장점이 있다. 이 경우, 우수한 방열 효과를 얻기 위하여 제1 및 제2 외부 접속 단자(219a, 219b)는 넓은 면적을 차지하도록 형성될 수 있다.
상기 기판(100)은 주면(표면 또는 양쪽면)을 가질 수 있으며, 상기 주면 중 적어도 하나에는 요철 구조가 형성될 수 있다. 상기 기판(100)의 일면에 형성된 요철 구조는 상기 기판(100)의 일부가 식각되어 상기 기판(100)과 동일한 물질로 이루어질 수 있으며, 상기 기판(100)과 다른 이종 물질로 구성될 수도 있다.
본 발명의 실시예와 같이, 상기 기판(100)과 상기 제1 도전형 반도체층(204)의 계면에 요철 구조를 형성함으로써, 상기 활성층(205)으로부터 방출된 광의 경로가 다양해 질 수 있으므로, 광이 반도체층 내부에서 흡수되는 비율이 감소하고 광산란 비율이 증가하여 광추출 효율이 증대될 수 있다.
도 6은 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 발광 소자 패키지의 외부 접속 단자를 나타낸 모식도이다.
도 6의 (a)를 참조하면, 발광 소자 패키지(200)에 제1 외부 접속 단자(219a1) 및 제2 외부 접속 단자(219b1)가 형성된 모습을 나타낸다. 상기 제1 외부 접속 단자(219a1)는 제1 전극 구조물과 전기적으로 연결되고, 상기 제2 외부 접속 단자(219b1)는 제2 전극 구조물과 전기적으로 연결된다. 상기 제1 외부 접속 단자(219a1) 및 제2 외부 접속 단자(219b1)는 솔더 범프일 수 있다. 상기 제1 외부 접속 단자(219a1) 및 제2 외부 접속 단자(219b1)는 각각 장축 및 이와 수직하는 단축을 가질 수 있다. 상기 장축은 앞서 설명한 바와 같이 기판(100, 도 1 참조)의 m(10-10)면과 평행하도록 형성될 수 있다. 상기 제1 외부 접속 단자(219a1)와 상기 제2 외부 접속 단자(219b1)는 일정 거리만큼 이격하여 형성될 수 있다. 상기 제1 외부 접속 단자(219a1)는 하나의 서브 단자로 구성될 수 있고, 상기 제2 외부 접속 단자(219b1)는 다른 하나의 서브 단자로 구성될 수 있다.
도 6의 (b)를 참조하면, 발광 소자 패키지(200)에 제1 외부 접속 단자(219a2)와 제2 외부 접속 단자(219b2)가 형성된 모습을 나타낸다. 제1 외부 접속 단자(219a2)와 제2 외부 접속 단자(219b2)에 대한 설명은 앞선 도 6의 (a)와 동일하다. 다만, 제1 외부 접속 단자(219a2)와 제2 외부 접속 단자(219b2)는 각각 복수의 서브 단자들을 포함할 수 있다. 즉, 하나의 서브 단자로 구성되는 것이 아닌 복수의 서브 단자들의 집합체로 형성될 수 있다. 이 경우에도, 상기 서브 단자의 집합체로써 장축 및 이와 수직하는 단축을 가질 수 있다.
도 7은 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 발광 소자 패키지를 실장한 모듈의 측단면도이다.
도 7을 참조하면, 발광 소자 패키지(200)가 모듈(300)에 실장되어 있다. 발광 소자 패키지(200)에 대하여는 도 5에서 살펴본 바와 동일하므로, 여기서는 상세한 설명은 생략하도록 한다. 상기 모듈(300)은 본체(311) 상면 및 하면에 각각 상부 및 하부 전극층(312b, 312a)이 형성되고, 상기 상부 및 하부 전극층(312b, 312a)을 연결하도록 상기 본체(311)를 관통하는 비아(313)를 포함한다. 상기 본체(311)는 수지, 세라믹 또는 금속일 수 있으며, 상기 상부 또는 하부 전극층(312b, 312a)은 Au, Cu, Ag, Al와 같은 금속층일 수 있다.
물론, 모듈(300)은 이와 같은 형태에 한정되지 않으며, 발광 소자 패키지(200)를 구동하기 위한 배선 구조가 형성된 형태라면 어느 것이나 적용 가능하다. 예를 들어, 리드 프레임에 발광 소자 패키지(200)가 실장된 구조로도 제공될 수 있다.
상기 제1 및 제2 외부 접속 단자(219a, 219b)를 구성하는 물질과 상기 모듈(300)을 구성하는 물질은 서로 다른 열 팽창 계수를 가질 수 있다. 이 경우 상기 제1 및 제2 외부 접속 단자(219a, 219b)에 압축 응력 또는 인장 응력이 작용하여 상기 발광 소자 패키지(200)의 대부분을 차지하는 기판(100)의 일부에 노치(110)가 형성될 수 있다. 상기 노치(110)는 제1 및 제2 외부 접속 단자(219a, 219b)의 사이에 형성될 수 있다.
일단 상기 노치(110)가 형성된 기판(100)은 상기 노치(110)에 응력이 집중될 수 있다. 이러한 응력 집중은 도 9에서 자세히 설명하도록 한다. 만약, 상기 노치(110)가 기판(100)의 벽개면을 따라 형성되는 경우, 응력이 집중된 노치(110)를 통하여 기판(100)의 깨짐이 발생할 수 있다. 이러한 기판(100)의 깨짐을 방지하기 위하여 본 발명에서는 상기 노치(110)가 발생할 수 있는 제1 및 제2 외부 접속 단자(219a, 219b) 사이에 존재하는 기판(100) 결정면을 크랙의 전파가 용이하지 않은 결정면이 되도록 제조하는 것이다. 이 경우 노치(110)에 응력이 집중된다고 하더라도 사파이어의 강도가 높고, 크랙의 전파도 어려워 기판(100)의 깨짐이 발생하지 않을 수 있다. 또는 더욱 큰 응력이 가해져야 기판(100)이 깨질 수 있다. 따라서, 발광 소자 패키지(200) 제작 공정을 진행함에 있어서, 기판(100) 깨짐으로 인한 소자 파괴가 발생하지 않거나 덜 발생하여 공정 효율이 증대될 수 있고, 발광 소자 패키지(200)의 제조 수율이 증대되어 제조 단가를 낮출 수 있다.
도 8은 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 발광 소자 패키지 제조에 사용되는 기판에 형성된 노치를 나타낸 모식도이다.
발광 소자의 제작에 사용되는 기판(100)은 앞서 살펴본 바와 같이 여러 가지 종류가 사용될 수 있다. 이러한 기판(100)은 외부에서 가해지는 충격, 예를 들어 제조 공정에서 발생하는 제조 설비와의 문제, 및 내부에서 발생하는 응력, 예를 들어 기판(100) 상에 형성된 물질층과의 열 팽창 계수 차이로 인한 응력 발생으로 인하여 노치(110)가 발생할 수 있다. 상기 노치(110)는 발생되는 위치와 크기에 따라서 발광 소자에 영향을 미칠 수 있다. 도면에서는 노치(110)가 기판(100)의 일면에 형성된 모습을 모식적으로 도시할 수 있다. 상기 노치(110)는 가로 길이(H1), 세로 길이(H2) 및 깊이(H3)를 가지는 3차원적인 형상을 가질 수 있다. 여기서 기판(100)의 두께는 T로 나타낸다. 물론, 상기 기판(100)에 노치(110)가 발생하지 않을 수도 있고, 발생한다면 기판(100)의 측면 및 상면에 하나 이상 발생할 수 있다. 여기서는 기판(100)의 측면에 하나의 노치(110)가 발생한 것을 예로 들어 설명하도록 한다.
도 9a 내지 도 9d는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 발광 소자 패키지의 제조에 사용되는 기판의 응력 실험 결과를 나타내는 그래프이다.
도 8 및 도 9a를 참조하면, 기판(100)의 두께(T)에 따라 노치(110)가 존재하는 경우와 존재하지 않는 경우를 나누어 기판(100)에 걸리는 응력을 측정한 그래프이다. 상기 기판(100)은 사파이어 기판으로 실험을 진행하였다. 기판(100)에 솔더 패드를 양쪽에 형성하고 솔더 패드 사이의 기판(100)에 걸리는 응력을 측정한다. 평가는 솔더의 리플로우 온도인 245℃에서 스트레스 프리 조건으로 진행하였다. 노치(110)의 응력 값은 PTC 평가 -45℃ 조건에서 측정하였다. 기판에 형성된 노치(110)는 가로 길이(H1) 30㎛, 세로 길이(H2) 15㎛, 깊이(H3) 35㎛로 형성하여 진행하였다.
노치(110)가 존재하지 않는 기판(100)의 경우, 기판(100)의 두께가 140㎛에서 260㎛로 증가할 때, 응력 값은 273MPa에서 224MPa로 감소함을 알 수 있다. 즉, 기판(100) 두께(T)가 증가함으로 인하여 기판(100)에 부하되는 응력 값은 줄어들게 된다.
노치(110)가 존재하는 기판(100)의 경우, 기판(100)의 두께가 140㎛에서 260㎛로 증가할 때, 응력 값은 1,284MPa에서 1,054MPa로 감소함을 알 수 있다. 즉, 기판(100) 두께(T)가 증가함으로 인하여 노치(110)에 부하되는 응력 값은 줄어들게 된다.
실험 결과를 보면, 기판(100)의 두께(T)가 증가할수록 응력은 줄어든다는 것을 알 수 있다. 그러나 발광 소자의 제작에 사용되는 기판(100)은 발광 소자의 형성 및 발광 적층체에서 발생한 광을 투과하는 목적을 갖는바, 기판(100)의 두께를 일정 두께 이상으로 하는 경우 발광 효율이 떨어질 수 있다. 또한, 기판(100) 상에 형성된 복수의 발광 소자를 각각의 발광 소자로 다이싱하는 절삭 공정의 난이도가 상승하는 문제점이 발생할 수 있다.
도 9b 내지 도 9d에서는 170㎛ 두께의 기판(100)에 가로 길이(H1), 세로 길이(H2) 또는 깊이(H3)를 달리하는 노치(110)를 형성하여 응력을 측정하였다.
도 8 및 도 9b를 참조하면, 노치(110)의 가로 길이(H1)가 15㎛에서 100㎛로 증가할 때, 응력 값은 1,284MPa에서 835MPa로 감소함을 알 수 있다. 즉, 가로 길이(H1)가 증가함으로 인하여 노치(110)에 부하되는 응력 값은 줄어들게 된다.
도 8 및 도 9c를 참조하면, 노치(110)의 세로 길이(H2)가 15㎛에서 150㎛로 증가할 때, 응력 값은 1,284MPa에서 1,761MPa로 증가함을 알 수 있다. 즉, 세로 길이(H2)가 증가함으로 인하여 노치(110)에 부하되는 응력 값은 증가하게 된다.
도 8 및 도 9d를 참조하면, 노치(110)의 깊이(H3)가 5㎛에서 170㎛로 증가할 때, 응력 값은 790MPa에서 1,501MPa로 증가함을 알 수 있다. 즉, 깊이(H3)가 증가함으로 인하여 노치(110)에 부하되는 응력 값은 증가하게 된다.
위의 실험 결과를 분석하면, 날카로운 형상의 노치(110)에 더욱 큰 응력이 집중되는 것으로 판단된다.
기판(100)의 노치(110)에 응력이 집중되면, 도면에서와 같이 1GPa 이상의 응력이 노치(110)에 집중될 수 있다. 즉, 기판(100)의 두께를 두껍게 하더라도 발광 소자 패키지의 외부 접속 단자와 모듈 간의 열 팽창 계수 차이로 인한 응력이 노치(110)를 통해 1GPa 이상으로 사파이어 기판에 작용할 수 있다. 이 경우 기판(100)의 벽개면을 통한 크랙 전파는 소자 파괴를 일으킬 수 있는바, 본 발명에 따른 발광 소자 패키지를 제안한다.
도 10 및 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자 패키지를 포함하는 백색 광원 모듈의 개략적인 단면도이다.
도 10을 참조하면, LCD 백라이트용 광원 모듈(1100)은, 회로 기판(1110) 및 회로 기판(1110) 상에 실장된 복수의 백색광 발광 장치(1100a)의 배열을 포함할 수 있다. 회로 기판(1110) 상면에는 백색광 발광 장치(1100a)와 접속되는 도전 패턴이 형성될 수 있다.
각각의 백색광 발광 장치(1100a)는, 청색광을 방출하는 발광 소자(1130)가 회로 기판(1110)에 COB(Chip On Board) 방식으로 직접 실장되는 구조를 가질 수 있다. 발광 소자(1130)는 앞서 설명한 본 발명의 일 실시예들에 따른 발광 소자 패키지(200)일 수 있다. 각각의 백색광 발광 장치(1100a)는 파장 변환부(1150a, 파장 변환층)가 렌즈 기능을 갖는 반구형상으로 구비되어 넓은 지향각을 나타낼 수 있다. 이러한 넓은 지향각은, LCD 디스플레이의 두께 또는 폭을 감소시키는데 기여할 수 있다.
도 11을 참조하면, LCD 백라이트용 광원 모듈(1200)은, 회로 기판(1210) 및 회로 기판(1210) 상에 실장된 복수의 백색광 발광 장치(1200a)의 배열을 포함할 수 있다. 각각의 백색광 발광 장치(1200a)는 패키지 본체(1125)의 반사컵 내에 실장된 청색광을 방출하는 발광 소자(1130) 및 이를 봉지하는 파장 변환부(1150b)를 구비할 수 있다. 발광 소자(1130)는 앞서 설명한 본 발명의 일 실시예들에 따른 발광 소자 패키지(200)일 수 있다.
파장 변환부(1150a, 1150b)에는 필요에 따라 형광체 및/또는 양자점과 같은 파장 변환 물질(1152, 1154, 1156)이 함유될 수 있다. 파장 변환 물질에 대한 상세한 설명은 후술하기로 한다
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자 패키지로써 조명 장치에 채용 가능한 백색 광원 모듈의 개략적인 단면도이고, 도 13은 본 발명의 기술적 사상을 이용하여 제조된 발광 소자 패키지에 이용될 수 있는 완전 복사체 스펙트럼을 나타내는 CIE 색도도이다.
구체적으로, 도 12의 (a) 및 (b)에 도시된 광원 모듈은 각각 회로 기판 상에 탑재된 복수의 발광 소자 패키지(30, 40, 赤 27, 50)를 포함할 수 있다. 발광 소자 패키지(30, 40, 赤, 27, 50)는 앞서 설명한 본 발명의 일 실시예들에 따른 발광 소자 패키지(200)일 수 있다. 하나의 광원 모듈에 탑재된 복수의 발광 소자 패키지는 동일한 파장의 빛을 발생시키는 동종(同種)의 패키지로도 구성될 수 있으나, 본 실시예와 같이, 서로 상이한 파장의 빛을 발생시키는 이종(異種)의 패키지로 구성될 수도 있다.
도 12의 (a)를 참조하면, 백색 광원 모듈은 색온도 4000K 와 3000K인 백색 발광 소자 패키지(40, 30)와 적색 발광 소자 패키지(赤)를 조합하여 구성될 수 있다. 상기 백색 광원 모듈은 색온도 3000K 내지 4000K 범위로 조절 가능하고, 연색성 Ra도 85 내지 100 범위인 백색광을 제공할 수 있다.
다른 실시예에서, 백색 광원 모듈은, 백색 발광 소자 패키지만으로 구성되되, 일부 패키지는 다른 색온도의 백색광을 가질 수 있다. 예를 들어, 도 12의 (b)에 도시된 바와 같이, 색온도 2700K인 백색 발광 소자 패키지(27)와 색온도 5000K인 백색 발광 소자 패키지(50)를 조합하여 색온도 2700K 내지 5000K 범위로 조절 가능하고, 연색성 Ra가 85 내지 99인 백색광을 제공할 수 있다. 여기서, 각 색온도의 발광 소자 패키지 수는 주로 기본 색온도 설정 값에 따라 개수를 달리할 수 있다. 예를 들어, 기본 설정 값이 색온도 4000K 부근의 조명장치라면 4000K에 해당하는 패키지의 개수가 색온도 3000K 또는 적색 발광 소자 패키지 개수보다 많도록 할 수 있다.
이와 같이, 이종의 발광 소자 패키지는 청색 발광 소자에 황색, 녹색, 적색 또는 오렌지색의 형광체를 조합하여 백색광을 발하는 발광 소자와 보라색, 청색, 녹색, 적색 또는 적외선 발광 소자 중 적어도 하나를 포함하도록 구성하여 백색광의 색온도 및 연색성(Color Rendering Index: CRI)을 조절하도록 할 수 있다.
단일 발광 소자 패키지에서는, 발광 소자인 LED 칩의 파장과 형광체의 종류 및 배합비에 따라, 원하는 색의 광을 결정하고, 백색광일 경우에는 색온도와 연색성을 조절할 수 있다.
예를 들어, LED 칩이 청색광을 발광하는 경우, 황색, 녹색, 적색 형광체 중 적어도 하나를 포함한 발광 소자 패키지는 형광체의 배합비에 따라 다양한 색온도의 백색광을 발광하도록 할 수 있다. 이와 달리, 청색 LED 칩에 녹색 또는 적색 형광체를 적용한 발광 소자 패키지는 녹색 또는 적색광을 발광하도록 할 수 있다. 이와 같이, 백색광을 내는 발광 소자 패키지와 녹색 또는 적색광을 내는 패키지를 조합하여 백색광의 색온도 및 연색성을 조절하도록 할 수 있다. 또한, 보라색, 청색, 녹색, 적색 또는 적외선을 발광하는 발광 소자 중 적어도 하나를 포함하도록 구성할 수도 있다.
이 경우, 조명 장치는 연색성을 나트륨(Na)등에서 태양광 수준으로 조절할 수 있으며, 또한 색온도를 1500K에서 20000K 수준으로 다양한 백색광을 발생시킬 수 있으며, 필요에 따라서는 보라색, 청색, 녹색, 적색, 오렌지색의 가시광 또는 적외선을 발생시켜 주위 분위기 또는 기분에 맞게 조명 색을 조절할 수 있다. 또한, 식물 성장을 촉진할 수 있는 특수 파장의 광을 발생시킬 수도 있다.
청색 발광 소자에 황색, 녹색, 적색 형광체 및/또는 녹색, 적색 발광 소자의 조합으로 만들어지는 백색광은 2개 이상의 피크 파장을 가지며, 도 13에 도시된 바와 같이, CIE 1931 좌표계의 (x, y) 좌표가 (0.4476, 0.4074), (0.3484, 0.3516), (0.3101, 0.3162), (0.3128, 0.3292), (0.3333, 0.3333)을 잇는 선분 영역 내에 위치할 수 있다. 또는, 선분과 흑체 복사 스펙트럼으로 둘러싸인 영역에 위치할 수 있다. 백색광의 색온도는 1500K 내지 20000K 사이에 해당한다. 도 13에서 상기 흑체 복사 스펙트럼(플랑키안 궤적) 하부에 있는 점 E(0.3333, 0.3333) 부근의 백색광은 상대적으로 황색계열 성분의 광이 약해진 상태로 사람이 육안으로 느끼기에는 보다 선명한 느낌 또는 신선한 느낌을 가질 수 있는 영역의 조명 광원으로 사용될 수 있다. 따라서 상기 흑체 복사 스펙트럼(플랑키안 궤적) 하부에 있는 점 E(0.3333, 0.3333) 부근의 백색광을 이용한 조명 제품은 식료품, 의류 등을 판매하는 상가용 조명으로 효과가 좋다.
한편, 반도체 발광 소자로부터 방출되는 광의 파장을 변환하기 위한 물질로서, 형광체 및/또는 양자점과 같은 다양한 물질이 사용될 수 있다.
형광체로는 다음과 같은 조성식 및 컬러(color)를 가질 수 있다.
산화물계: 황색 및 녹색 Y3Al5O12:Ce, Tb3Al5O12:Ce, Lu3Al5O12:Ce
실리케이트계: 황색 및 녹색 (Ba,Sr)2SiO4:Eu, 황색 및 등색 (Ba,Sr)3SiO5:Ce
질화물계: 녹색 -SiAlON:Eu, 황색 La3Si6N11:Ce, 등색 -SiAlON:Eu, 적색 CaAlSiN3:Eu, Sr2Si5N8:Eu, SrSiAl4N7:Eu, SrLiAl3N4:Eu, Ln4 -x(EuzM1 -z)xSi12- yAlyO3 +x+ yN18 -x-y (0.5=x=3, 0<z<0.3, 0<y=4) - 식 (1)
단, 식 (1) 중, Ln은 IIIa 족 원소 및 희토류 원소로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 한 종의 원소이고, M은 Ca, Ba, Sr 및 Mg로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 한 종의 원소일 수 있다.
플루오라이트(fluoride)계: KSF계 적색 K2SiF6:Mn4 +, K2TiF6:Mn4 +, NaYF4:Mn4 +, NaGdF4:Mn4 +(예를 들어, Mn의 조성비는 0<z<=0.17일 수 있음)
형광체 조성은 기본적으로 화학양론(stoichiometry)에 부합하여야 하며, 각 원소들은 주기율표상 각 족들 내 다른 원소로 치환이 가능하다. 예를 들어 Sr은 알카리토류(II)족의 Ba, Ca, Mg 등으로, Y는 란탄계열의 Tb, Lu, Sc, Gd 등으로 치환이 가능하다. 또한, 활성제인 Eu 등은 원하는 에너지 준위에 따라 Ce, Tb, Pr, Er, Yb 등으로 치환이 가능하며, 활성제 단독 또는 특성 변형을 위해 부활성제 등이 추가로 적용될 수 있다.
특히, 플루오라이트계 적색 형광체는 고온/고습에서의 신뢰성 향상을 위하여 각각 Mn을 함유하지 않는 불화물로 코팅되거나 형광체 표면 또는 Mn을 함유하지 않는 불화물 코팅 표면에 유기물 코팅을 더 포함할 수 있다. 상기와 같은 플루어라이트계 적색 형광체의 경우 기타 형광체와 달리 40nm 이하의 협반치폭을 구현할 수 있기 때문에, UHD TV와 같은 고해상도 TV에 활용될 수 있다.
아래 표 1은 청색 LED 칩(440 내지 460nm) 또는 UV LED 칩(380 내지 440nm)을 사용한 백색 발광 소자의 응용분야별 형광체 종류이다.
Figure pat00001
또한, 파장 변환부는 형광체를 대체하거나 형광체와 혼합하여 양자점(Quantum Dot, QD)과 같은 파장변환물질들이 사용될 수 있다.
도 14는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 발광 소자 패키지에 이용될 수 있는 파장 변환 물질로써 양자점(quantum dot, QD)의 단면 구조를 나타내는 개략도이다.
구체적으로, 양자점(QD)은 III-V 또는 II-VI화합물 반도체를 이용하여 코어(Core)-쉘(Shell)구조를 가질 수 있다. 예를 들면, CdSe, InP 등과 같은 코어(core)와 ZnS, ZnSe과 같은 쉘(shell)을 가질 수 있다. 또한, 상기 양자점은 코어 및 쉘의 안정화를 위한 리간드(ligand) 를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 코어 직경은 1 내지 30nm, 나아가 3 내지 10nm일 수 있다, 상기 쉘 두께는 0.1 내지 20nm, 나아가 0.5 내지 2nm일 수 있다.
상기 양자점은 사이즈에 따라 다양한 컬러를 구현할 수 있으며, 특히 형광체 대체 물질로 사용되는 경우에는 적색 또는 녹색 형광체로 사용될 수 있다. 양자점을 이용하는 경우, 협반치폭(예를 들어, 약 35nm)을 구현할 수 있다.
상기 파장 변환 물질은 봉지재에 함유된 형태로 구현될 수 있으나, 이와 달리, 필름형상으로 미리 제조되어 LED 칩 또는 도광판과 같은 광학구조의 표면에 부착해서 사용할 수도 있다. 이 경우에, 상기 파장변환물질은 균일한 두께의 구조로 원하는 영역에 용이하게 적용할 수 있다.
도 15는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 발광 소자 패키지를 포함하는 백라이트 유닛의 개략적인 사시도이다.
구체적으로, 백라이트 유닛(2000)은 도광판(2040) 및 도광판(2040) 양측면에 제공되는 광원 모듈(2010)을 포함할 수 있다. 또한, 백라이트 유닛(2000)은 도광판(2040)의 하부에 배치되는 반사판(2020)을 더 포함할 수 있다. 본 실시예의 백라이트 유닛(2000)은 에지형 백라이트 유닛일 수 있다. 실시예에 따라, 광원 모듈(2010)은 도광판(2040)의 일 측면에만 제공되거나, 다른 측면에 추가적으로 제공될 수도 있다. 광원 모듈(2010)은 인쇄회로기판(2001) 및 인쇄회로기판(2001) 상면에 실장된 복수의 광원(2005)을 포함할 수 있다. 광원(2005)은 앞서 설명한 본 발명의 일 실시예들에 따른 발광 소자 패키지(200)일 수 있다.
도 16은 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 발광 소자 패키지를 포함하는 직하형 백라이트 유닛의 일 실시예를 나타내는 도면이다.
구체적으로, 백라이트 유닛(2100)은 광확산판(2140) 및 광확산판(2140) 하부에 배열된 광원 모듈(2110)을 포함할 수 있다. 또한, 백라이트 유닛(2100)은 광확산판(2140) 하부에 배치되며, 광원 모듈(2110)을 수용하는 바텀 케이스(2160)를 더 포함할 수 있다. 본 실시예의 백라이트 유닛(2100)은 직하형 백라이트 유닛일 수 있다.
광원 모듈(2110)은 인쇄회로기판(2101) 및 인쇄회로기판(2101) 상면에 실장된 복수의 광원(2105)을 포함할 수 있다. 광원(2105)은 앞서 설명한 본 발명의 일 실시예들에 따른 발광 소자 패키지(200)일 수 있다.
도 17은 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 발광 소자 패키지를 포함하는 백라이트 유닛의 일 실시예를 나타내는 도면이다.
구체적으로, 도 17은 직하형 백라이트 유닛(2200)에 있어서 광원(2205)의 배치의 일 예를 나타낸다. 광원(2205)은 앞서 설명한 본 발명의 일 실시예들에 따른 발광 소자 패키지(200)일 수 있다.
본 실시 형태에 따른 직하형 백라이트 유닛(2200)은 기판(2201)상에 배열된 복수의 광원(2205)을 갖추어 구성된다. 광원(2205)들의 배열 구조는 행과 열로 배열된 매트릭스 구조로서 각각의 행과 열은 지그재그 형태를 갖는다. 이는, 복수의 광원(2205)이 일직선상에 행과 열로 배열된 제1 매트릭스의 내부에 동일한 형태의 제2 매트릭스가 배치된 구조로서 상기 제1 매트릭스에 포함된 인접한 4개의 광원(2205)이 이루는 사각형의 내부에 상기 제2 매트릭스의 각 광원(2205)이 위치하는 것으로 이해될 수 있다.
다만, 상기 직하형 백라이트 유닛에 있어서 휘도의 균일성 및 광효율을 보다 향상시키기 위해 필요에 따라서는, 상기 제1 및 제2 매트릭스는 그 배치 구조 및 간격을 서로 다르게 할 수도 있다. 또한, 이러한 복수의 광원 배치 방법 외에, 휘도 균일도를 확보할 수 있도록 인접한 광원 간의 거리(S1, S2)를 최적화할 수 있다. 이와 같이, 광원(2205)들로 구성된 행과 열을 일직선상에 배치하지 않고, 지그재그로 배치함에 따라, 동일한 발광 면적에 대하여 약 15% 내지 25% 정도 광원(2205)의 수를 줄일 수 있는 장점이 있다.
도 18은 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 발광 소자 패키지를 포함하는 직하형 백라이트 유닛을 설명하기 위한 도면이고, 도 19는 도 18의 광원 모듈을 확대하여 도시한 도면이다.
구체적으로, 본 실시예에 따른 백라이트 유닛(2300)은 광학시트(2320) 및 상기 광학시트(2320) 하부에 배열된 광원 모듈(2310)을 포함할 수 있다. 상기 광학시트(2320)는 확산시트(2321), 집광시트(2322), 보호시트(2323) 등을 포함할 수 있다.
광원 모듈(2310)은 회로 기판(2311), 회로 기판(2311) 상에 실장된 복수의 광원(2312) 및 상기 복수의 광원(2312) 상부에 각각 배치되는 복수의 광학 소자(2313)를 포함할 수 있다. 광원(2312)은 앞서 설명한 본 발명의 일 실시예들에 따른 발광 소자 패키지(200)일 수 있다.
광학 소자(2313)는, 굴절을 통해 광의 지향각을 조절할 수 있으며, 특히 광원(2312)의 빛을 넓은 영역으로 확산시키는 광지향각 렌즈가 주로 사용될 수 있다. 이러한 광학 소자(2313)가 부착된 광원(2312)은 더 넓은 광 분포를 갖게 되기 때문에 백라이트, 평판 조명 등에 광원 모듈이 사용되는 경우, 동일 면적당 필요한 광원(2312)의 개수를 절약할 수 있다.
도 19에 도시한 바와 같이 광학 소자(2313)는 광원(2312) 상에 배치되는 바닥면(2313a)과, 광원(2312)의 광이 입사되는 입사면(2313b)과, 광이 외부로 방출되는 출사면(2313c)을 포함할 수 있다. 바닥면(2313a)은 광원(2312)의 광축(Z)이 지나는 중앙에 출사면(2313c) 방향으로 함몰된 홈부(2313d)가 구비될 수 있다. 홈부(2313d)는 그 표면이 광원(2312)의 광이 입사되는 입사면(2313b)으로 정의될 수 있다. 즉, 입사면(2313b)은 상기 홈부(2313d)의 표면을 이룰 수 있다.
바닥면(2313a)은 입사면(2313b)과 연결되는 중앙 영역이 상기 광원(2312)으로 부분적으로 돌출되어 전체적으로 비평판형 구조를 가질 수 있다. 즉, 바닥면(2313a) 전체가 평평한 일반적인 구조와 달리 상기 홈부(2313d) 둘레를 따라서 부분적으로 돌출된 구조를 가질 수 있다. 바닥면(2313a)에는 복수의 지지부(2313f)가 구비될 수 있으며, 상기 광학 소자(2313)가 상기 회로 기판(2311) 상에 장착되는 경우 상기 광학 소자(2313)를 고정 및 지지할 수 있다.
출사면(2313c)은 바닥면(2313a)과 연결되는 테두리로부터 상부 방향(광출사 방향)으로 돔 형태로 돌출되며, 상기 광축(Z)이 지나는 중앙이 상기 홈부(2313d)를 향해 오목하게 함몰되어 변곡점을 가지는 구조를 가질 수 있다. 출사면(2313c)에는 상기 광축(Z)에서 상기 테두리 방향으로 복수의 요철부(2313e)가 주기적으로 배열될 수 있다. 복수의 요철부(2313e)는 상기 광학 소자(2313)의 수평 단면 형상에 대응하는 링 형상을 가질 수 있으며, 상기 광축(Z)을 기준으로 동심원을 이룰 수 있다. 그리고 광축(Z)을 중심으로 상기 출사면(2313c)의 표면을 따라 주기적인 패턴을 이루며 방사상으로 확산되는 구조로 배열될 수 있다.
복수의 요철부(2313e)는 각각 일정한 주기(pitch, P)로 이격되어 패턴을 이룰 수 있다. 이 경우, 복수의 요철부(2313e) 사이의 주기(P)는 약 0.01mm 내지 0.04mm 사이의 범위를 가질 수 있다. 상기 복수의 요철부(2313e)는 광학 소자(2313)를 제조하는 과정에서 발생할 수 있는 미세한 가공 오차로 인하여 광학 소자들 간의 성능의 차이를 상쇄할 수 있으며, 이를 통해 광 분포의 균일도를 향상시킬 수 있다.
도 20은 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 발광 소자 패키지를 포함하는 직하형 백라이트 유닛을 설명하기 위한 도면이다.
구체적으로, 백라이트 유닛(2400)은 회로기판(2401) 상에 광원(2405)이 실장되며, 그 상부에 배치된 하나 이상의 광학 시트(2406)를 구비한다. 광원(2405)은 적색 형광체를 함유한 백색 발광 장치일 수 있다. 광원(2405)이 회로기판(2401) 상에 실장된 모듈일 수 있다. 광원(2405)은 앞서 설명한 본 발명의 일 실시예들에 따른 발광 소자 패키지(200)일 수 있다.
본 실시예에 채용된 회로기판(2401)은 메인 영역에 해당되는 제1 평면부(2401a)와 그 주위에 배치되어 적어도 일부가 꺾인 경사부(2401b)와, 상기 경사부(2401b)의 외측인 회로기판(2401)의 모서리에 배치된 제2 평면부(2401c)를 가질 수 있다. 제1 평면부(2401a) 상에는 제1 간격(d1)에 따라 광원(2405)이 배열되며, 경사부(2401b) 상에도 제2 간격(d2)으로 하나 이상의 광원(2405)이 배열될 수 있다. 상기 제1 간격(d1)은 상기 제2 간격(d2)과 동일할 수 있다. 상기 경사부(2401b)의 폭(또는 단면에서는 길이)은 제1 평면부(2401a)의 폭보다 작으며 제2 평면부(2401c)의 폭에 비해서는 길게 형성될 수 있다. 또한, 제2 평면부(2401c)에도 필요에 따라 적어도 하나의 광원(2405)이 배열될 수 있다.
상기 경사부(2401b)의 기울기는 제1 평면부(2401a)를 기준으로 0°보다는 크며 90°보다는 작은 범위 안에서 적절하게 조절할 수 있다. 회로기판(2401)은 이러한 구조를 취함으로써 광학 시트(2406)의 가장자리 부근에서도 균일한 밝기를 유지할 수 있다.
도 21 내지 도 23은 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 발광 소자 패키지를 포함하는 백라이트 유닛을 설명하기 위한 도면이다.
구체적으로, 백라이트 유닛들(2500, 2600, 2700)은 파장 변환부(2550, 2650, 2750)가 광원(2505, 2605, 2705)에 배치되지 않고, 광원(2505, 2605, 2705)의 외부에서 백라이트 유닛들(2500, 2600, 2700) 내에 배치되어 광을 변환시킬 수 있다. 광원(2505, 2605, 2705)은 앞서 설명한 본 발명의 일 실시예들에 따른 발광 소자 패키지(200)일 수 있다.
도 21의 백라이트 유닛(2500)은 직하형 백라이트 유닛으로, 파장 변환부(2550), 상기 파장 변환부(2550)의 하부에 배열된 광원 모듈(2510) 및 상기 광원 모듈(2510)을 수용하는 바텀 케이스(2560)를 포함할 수 있다. 또한, 광원 모듈(2510)은 인쇄회로기판(2501) 및 상기 인쇄회로기판(2501) 상면에 실장된 복수의 광원(2505)을 포함할 수 있다.
백라이트 유닛(2500)에서는, 바텀 케이스(2560) 상부에 파장 변환부(2550)가 배치될 수 있다. 따라서, 광원 모듈(2510)로부터 방출되는 광의 적어도 일부가 파장 변환부(2550)에 의해 파장 변환될 수 있다. 상기 파장 변환부(2550)는 별도의 필름으로 제조되어 적용될 수 있으나, 도시되지 않은 광확산판과 일체로 결합된 형태로 제공될 수 있다.
도 22 및 도 23의 백라이트 유닛(2600, 2700)은 에지형 백라이트 유닛으로, 파장 변환부(2650, 2750), 도광판(2640, 2740), 상기 도광판(2640, 2740)의 일 측에 배치되는 반사부(2620, 2720) 및 광원(2605, 2705)을 포함할 수 있다. 광원(2605, 2705)에서 방출되는 광은 상기 반사부(2620, 2720)에 의해 상기 도광판(2640, 2740)의 내부로 안내될 수 있다. 도 22의 백라이트 유닛(2600)에서, 파장 변환부(2650)는 도광판(2640)과 광원(2605)의 사이에 배치될 수 있다. 도 23의 백라이트 유닛(2700)에서, 파장 변환부(2750)는 도광판(2740)의 광 방출면 상에 배치될 수 있다.
파장 변환부(2550, 2650, 2750)에는 통상적인 형광체가 포함될 수 있다. 특히, 광원으로부터의 열 또는 수분에 취약한 양자점의 특성을 보완하기 위하여 양자점 형광체를 사용할 수 있다.
도 24는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 발광 소자 패키지를 포함하는 디스플레이 장치의 개략적인 분해 사시도이다.
구체적으로, 디스플레이 장치(3000)는, 백라이트 유닛(3100), 광학시트(3200) 및 액정 패널과 같은 화상 표시 패널(3300)을 포함할 수 있다. 백라이트 유닛(3100)은 바텀 케이스(3110), 반사판(3120), 도광판(3140) 및 도광판(3140)의 적어도 일 측면에 제공되는 광원 모듈(3130)을 포함할 수 있다. 광원 모듈(3130)은 인쇄회로기판(3131) 및 광원(3132)을 포함할 수 있다.
특히, 광원(3132)은 광방출면에 인접한 측면으로 실장된 사이드뷰 타입 발광 소자일 수 있다. 광원(3132)은 앞서 설명한 본 발명의 일 실시예들에 따른 발광 소자 패키지(200)일 수 있다. 발광 소자 패키지(200)일 수 있다. 시트, 프리즘시트 또는 보호시트와 같은 여러 종류의 시트를 포함할 수 있다.
화상 표시 패널(3300)은 광학시트(3200)를 출사한 광을 이용하여 영상을 표시할 수 있다. 화상 표시 패널(3300)은 어레이 기판(3320), 액정층(3330) 및 컬러 필터 기판(3340)을 포함할 수 있다. 어레이 기판(3320)은 매트릭스 형태로 배치된 화소 전극들, 상기 화소 전극에 구동 전압을 인가하는 박막 트랜지스터들 및 상기 박막 트랜지스터들을 작동시키기 위한 신호 라인들을 포함할 수 있다.
컬러 필터 기판(3340)은 투명기판, 컬러 필터 및 공통 전극을 포함할 수 있다. 상기 컬러 필터는 백라이트 유닛(3100)으로부터 방출되는 백색광 중 특정 파장의 광을 선택적으로 통과시키기 위한 필터들을 포함할 수 있다. 액정층(3330)은 상기 화소 전극 및 상기 공통 전극 사이에 형성된 전기장에 의해 재배열되어 광투과율을 조절할 수 있다. 광투과율이 조절된 광은 컬러 필터 기판(3340)의 상기 컬러 필터를 통과함으로써 영상을 표시할 수 있다. 화상 표시 패널(3300)은 영상 신호를 처리하는 구동회로 유닛 등을 더 포함할 수 있다.
본 실시예의 디스플레이 장치(3000)에 따르면, 상대적으로 작은 반치폭을 가지는 청색광, 녹색광 및 적색광을 방출하는 광원(3132)을 사용하므로, 방출된 광이 컬러 필터 기판(3340)을 통과한 후 높은 색순도의 청색, 녹색 및 적색을 구현할 수 있다.
도 25는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 발광 소자 패키지를 포함하는 평판 조명 장치를 간략하게 나타내는 사시도이다.
구체적으로, 평판 조명 장치(4100)는 광원 모듈(4110), 전원 공급 장치(4120) 및 하우징(4030)을 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따라, 광원 모듈(4110)은 발광 소자 어레이를 광원으로 포함할 수 있다. 광원 모듈(4110)은 앞서 설명한 본 발명의 일 실시예들에 따른 발광 소자 패키지(200)를 광원으로서 포함할 수 있다. 전원 공급 장치(4120)는 발광 소자 구동부를 포함할 수 있다.
광원 모듈(4110)은 발광 소자 어레이를 포함할 수 있고, 전체적으로 평면 현상을 이루도록 형성될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따라, 발광 소자 어레이는 발광 소자 및 발광 소자의 구동정보를 저장하는 컨트롤러를 포함할 수 있다.
전원 공급 장치(4120)는 광원 모듈(4110)에 전원을 공급하도록 구성될 수 있다. 하우징(4130)은 광원 모듈(4110) 및 전원 공급 장치(4120)가 내부에 수용되도록 수용 공간이 형성될 수 있고, 일 측면에 개방된 육면체 형상으로 형성되나 이에 한정되는 것은 아니다. 광원 모듈(4110)은 하우징(4130)의 개방된 일 측면으로 빛을 발광하도록 배치될 수 있다.
도 26은 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 발광 소자 패키지를 포함하는 조명 장치를 간략하게 나타내는 분해 사시도이다.
구체적으로, 조명 장치(4200)는 소켓(4210), 전원부(4220), 방열부(4230), 광원 모듈(4240) 및 광학부(4250)를 포함할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따라, 광원 모듈(4240)은 발광 소자 어레이를 포함할 수 있고, 전원부(4220)는 발광 소자 구동부를 포함할 수 있다.
소켓(4210)은 기존의 조명 장치와 대체 가능하도록 구성될 수 있다. 조명 장치(4200)에 공급되는 전력은 소켓(4210)을 통해서 인가될 수 있다. 도시된 바와 같이, 전원부(4220)는 제1 전원부(4221) 및 제2 전원부(4222)로 분리되어 조립될 수 있다. 방열부(4230)는 내부 방열부(4231) 및 외부 방열부(4232)를 포함할 수 있고, 내부 방열부(4231)는 광원 모듈(4240) 및/또는 전원부(4220)와 직접 연결될 수 있고, 이를 통해 외부 방열부(4232)로 열이 전달되게 할 수 있다. 광학부(4250)는 내부 광학부(미도시) 및 외부 광학부(미도시)를 포함할 수 있고, 광원 모듈(4240)이 방출하는 빛을 고르게 분산시키도록 구성될 수 있다.
광원 모듈(4240)은 전원부(4220)로부터 전력을 공급받아 광학부(4250)로 빛을 방출할 수 있다. 광원 모듈(4240)은 하나 이상의 발광 소자 패키지(4241), 회로 기판(4242) 및 컨트롤러(4243)를 포함할 수 있고, 컨트롤러(4243)는 발광 소자 패키지(4241)의 구동 정보를 저장할 수 있다. 발광 소자 패키지(4241)는 앞서 설명한 본 발명의 일 실시예들에 따른 발광 소자 패키지(200)를 포함할 수 있다.
도 27은 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 발광 소자 패키지를 포함하는 바(bar) 타입의 조명 장치를 개략적으로 나타내는 분해 사시도이다.
구체적으로, 조명 장치(4400)는 방열 부재(4401), 커버(4427), 광원 모듈(4421), 제1 소켓(4405) 및 제2 소켓(4423)을 포함한다. 방열 부재(4401)의 내부 및/또는 외부 표면에 다수개의 방열 핀(4500, 4409)이 요철 형태로 형성될 수 있으며, 방열 핀(4500, 4409)은 다양한 형상 및 간격을 갖도록 설계될 수 있다. 방열 부재(4401)의 내측에는 돌출 형태의 지지대(4413)가 형성되어 있다. 지지대(4413)에는 광원 모듈(4421)이 고정될 수 있다. 방열 부재(4401)의 양 끝단에는 걸림 턱(4411)이 형성될 수 있다.
커버(4427)에는 걸림 홈(4429)이 형성되어 있으며, 걸림 홈(4429)에는 방열 부재(4401)의 걸림 턱(4411)이 후크 결합 구조로 결합될 수 있다. 걸림 홈(4429)과 걸림 턱(4411)이 형성되는 위치는 서로 바뀔 수도 있다.
광원 모듈(4421)은 발광 소자 어레이를 포함할 수 있다. 광원 모듈(4421)은 인쇄회로기판(4419), 광원(4417) 및 컨트롤러(4415)를 포함할 수 있다. 컨트롤러(4415)는 광원(4417)의 구동 정보를 저장할 수 있다. 인쇄회로기판(4419)에는 광원(4417)을 동작시키기 위한 회로 배선들이 형성되어 있다. 또한, 광원(4417)을 동작시키기 위한 구성 요소들이 포함될 수도 있다. 광원(4417)은 앞서 설명한 본 발명의 일 실시예들에 따른 발광 소자 패키지(200)를 포함할 수 있다.
제1 및 제 2 소켓(4405, 4423)은 한 쌍의 소켓으로서 방열 부재(4401) 및 커버(4427)로 구성된 원통형 커버 유닛의 양단에 결합되는 구조를 갖는다. 예를 들어, 제1 소켓(4405)은 전극 단자(4403) 및 전원 장치(4407)를 포함할 수 있고, 제2 소켓(4423)에는 더미 단자(4425)가 배치될 수 있다. 또한, 제1 소켓(4405) 또는 제2 소켓(4423) 중의 어느 하나의 소켓에 광센서 및/또는 통신 모듈이 내장될 수 있다. 예를 들어, 더미 단자(4425)가 배치된 제2 소켓(4423)에 광센서 및/또는 통신 모듈이 내장될 수 있다. 다른 예로서, 전극 단자(4403)가 배치된 제1 소켓(4405)에 광센서 및/또는 통신 모듈이 내장될 수도 있다.
도 28은 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 발광 소자 패키지를 구비하는 조명 장치를 개략적으로 나타내는 분해 사시도이다.
구체적으로, 본 실시예에 따른 조명 장치(4500)에서 도 26에서 개시하는 조명 장치(4200)와의 차이점은 광원 모듈(4240)의 상부에 반사판(4310) 및 통신 모듈(4320)이 포함되어 있다. 반사판(4310)은 광원으로부터의 빛을 측면 및 후방으로 고르게 퍼지게 하여 눈부심을 줄일 수 있다.
반사판(4310)의 상부에는 통신 모듈(4320)이 장착될 수 있으며 상기 통신 모듈(4320)을 통하여 홈-네트워크(home-network) 통신을 구현할 수 있다. 예를 들어, 통신 모듈(4320)은 지그비(Zigbee), 와이파이(WiFi) 또는 라이파이(LiFi)를 이용한 무선 통신 모듈일 수 있으며, 스마트폰 또는 무선 컨트롤러를 통하여 조명 장치의 온(on)/오프(off), 밝기 조절 등과 같은 가정 내외에 설치되어 있는 조명을 컨트롤 할 수 있다. 또한, 상기 가정 내외에 설치되어 있는 조명 장치의 가시광 파장을 이용한 라이파이 통신 모듈을 이용하여 TV, 냉장고, 에어컨, 도어락, 자동차 등 가정 내외에 있는 전자 제품 및 자동차 시스템의 컨트롤을 할 수 있다. 상기 반사판(4310)과 통신 모듈(4320)은 커버부(4330)에 의해 커버될 수 있다.
도 29는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 발광 소자 패키지를 구비하는 실내용 조명 제어 네트워크 시스템을 설명하기 위한 개략도이다.
구체적으로, 네트워크 시스템(5000)은 LED 등의 발광 소자를 이용하는 조명 기술과 사물인터넷(IoT) 기술, 무선 통신 기술 등이 융합된 복합적인 스마트 조명-네트워크 시스템일 수 있다. 네트워크 시스템(5000)은, 다양한 조명 장치 및 유무선 통신 장치를 이용하여 구현될 수 있으며, 센서, 컨트롤러, 통신수단, 네트워크 제어 및 유지 관리 등을 위한 소프트웨어 등에 의해 구현될 수 있다.
네트워크 시스템(5000)은 가정이나 사무실 같이 건물 내에 정의되는 폐쇄적인 공간은 물론, 공원, 거리 등과 같이 개방된 공간 등에도 적용될 수 있다. 네트워크 시스템(5000)은, 다양한 정보를 수집/가공하여 사용자에게 제공할 수 있도록, 사물인터넷 환경에 기초하여 구현될 수 있다.
네트워크 시스템(5000)에 포함되는 LED 램프(5200)는, 주변 환경에 대한 정보를 게이트웨이(5100)로부터 수신하여 LED 램프(5200) 자체의 조명을 제어하는 것은 물론, LED 램프(5200)의 가시광 통신 등의 기능에 기초하여 사물인터넷 환경에 포함되는 다른 장치(5300 내지 5800)의 동작 상태 확인 및 제어 등과 같은 역할을 수행할 수도 있다. LED 램프(5200)는 앞서 설명한 본 발명의 일 실시예들에 따른 발광 소자 패키지(200)를 포함할 수 있다.
네트워크 시스템(5000)은, 서로 다른 통신 프로토콜에 따라 송수신되는 데이터를 처리하기 위한 게이트웨이(5100), 게이트웨이(5100)와 통신 가능하도록 연결되며 LED 발광 소자를 포함하는 LED 램프(5200), 및 다양한 무선 통신 방식에 따라 게이트웨이(5100)와 통신 가능하도록 연결되는 복수의 장치(5300 내지 5800)를 포함할 수 있다. 사물인터넷 환경에 기초하여 네트워크 시스템(5000)을 구현하기 위해, LED 램프(5200)를 비롯한 각 장치(5300 내지 5800)들은 적어도 하나의 통신 모듈을 포함할 수 있다. 일 실시예로, LED 램프(5200)는 와이파이(WiFi), 지그비(Zigbee), 라이파이(LiFi) 등의 무선 통신 프로토콜에 의해 게이트웨이(5100)와 통신 가능하도록 연결될 수 있으며, 이를 위해 적어도 하나의 램프용 통신 모듈(5210)을 가질 수 있다.
네트워크 시스템(5000)은 가정이나 사무실 같이 폐쇄적인 공간은 물론 거리나 공원 같은 개방적인 공간에도 적용될 수 있다. 네트워크 시스템(5000)이 가정에 적용되는 경우, 네트워크 시스템(5000)에 포함되며 사물인터넷 기술에 기초하여 게이트웨이(5100)와 통신 가능하도록 연결되는 복수의 장치(5300 내지 5800)는 가전 제품(5300), 디지털 도어록(5400), 차고 도어록(5500), 벽 등에 설치되는 조명용 스위치(5600), 무선 통신망 중계를 위한 라우터(5700) 및 스마트폰, 태블릿, 랩톱 컴퓨터 등의 모바일 기기(5800) 등을 포함할 수 있다.
네트워크 시스템(5000)에서, LED 램프(5200)는 가정 내에 설치된 무선 통신 네트워크(Zigbee, WiFi, LiFi 등)를 이용하여 다양한 장치(5300 내지 5800)의 동작 상태를 확인하거나, 주위 환경/상황에 따라 LED 램프(5200) 자체의 조도를 자동으로 조절할 수 있다. 또한, LED 램프(5200)에서 방출되는 가시광선을 이용한 라이파이 통신을 이용하여 네트워크 시스템(5000)에 포함되는 장치(5300 내지 5800)를 컨트롤할 수도 있다.
우선, LED 램프(5200)는 램프용 통신 모듈(5210)을 통해 게이트웨이(5100)로부터 전달되는 주변 환경, 또는 LED 램프(5200)에 장착된 센서로부터 수집되는 주변 환경 정보에 기초하여 LED 램프(5200)의 조도를 자동으로 조절할 수 있다. 예를 들면, 텔레비전(5310)에서 방송되고 있는 프로그램의 종류 또는 화면의 밝기에 따라 LED 램프(5200)의 조명 밝기가 자동으로 조절될 수 있다. 이를 위해, LED 램프(5200)는 게이트웨이(5100)와 연결된 램프용 통신 모듈(5210)로부터 텔레비전(5310)의 동작 정보를 수신할 수 있다. 램프용 통신 모듈(5210)은 LED 램프(5200)에 포함되는 센서 및/또는 컨트롤러와 일체형으로 모듈화될 수 있다.
예를 들어, 텔레비전(5310)에서 방영되는 프로그램 값이 휴먼드라마일 경우, 미리 세팅된 설정 값에 따라 조명도 거기에 맞게 12000K 이하의 색 온도, 예를 들면 5000K로 낮아지고 색감이 조절되어 아늑한 분위기를 연출할 수 있다. 반대로 프로그램 값이 개그프로그램인 경우, 조명도 세팅 값에 따라 색 온도가 5000K 이상으로 높아지고 푸른색 계열의 백색조명으로 조절되도록 네트워크 시스템(5000)이 구성될 수 있다.
또한, 가정 내에 사람이 없는 상태에서 디지털 도어록(5400)이 잠긴 후 일정 시간이 경과하면, 턴-온된 LED 램프(5200)를 모두 턴-오프시켜 전기 낭비를 방지할 수 있다. 또는, 모바일 기기(5800) 등을 통해 보안 모드가 설정된 경우, 가정 내에 사람이 없는 상태에서 디지털 도어록(5400)이 잠기면, LED 램프(5200)를 턴-온 상태로 유지시킬 수도 있다.
LED 램프(5200)의 동작은, 네트워크 시스템(5000)과 연결되는 다양한 센서를 통해 수집되는 주변 환경에 따라서 제어될 수도 있다. 예를 들어 네트워크 시스템(5000)이 건물 내에 구현되는 경우, 빌딩 내에서 조명과 위치센서와 통신모듈을 결합, 건물 내 사람들의 위치정보를 수집하여 조명을 턴-온 또는 턴-오프하거나 수집한 정보를 실시간으로 제공하여 시설관리나 유휴공간의 효율적 활용을 가능케 한다. 일반적으로 LED 램프(5200)와 같은 조명 장치는, 건물 내 각 층의 거의 모든 공간에 배치되므로, LED 램프(5200)와 일체로 제공되는 센서를 통해 건물 내의 각종 정보를 수집하고 이를 시설관리, 유휴공간의 활용 등에 이용할 수 있다.
한편, LED 램프(5200)와 이미지센서, 저장장치, 램프용 통신 모듈(5210) 등을 결합함으로써, 건물 보안을 유지하거나 긴급상황을 감지하고 대응할 수 있는 장치로 활용할 수 있다. 예를 들어 LED 램프(5200)에 연기 또는 온도 감지 센서 등이 부착된 경우, 화재 발생 여부 등을 신속하게 감지함으로써 피해를 최소화할 수 있다. 또한, 외부의 날씨나 일조량 등을 고려하여 조명의 밝기를 조절, 에너지를 절약하고 쾌적한 조명환경을 제공할 수도 있다.
앞서 설명한 바와 같이, 네트워크 시스템(5000)은 가정, 오피스 또는 건물 등과 같이 폐쇄적인 공간은 물론, 거리나 공원 등의 개방적인 공간에도 적용될 수 있다. 물리적 한계가 없는 개방적인 공간에 네트워크 시스템(5000)을 적용하고자 하는 경우, 무선 통신의 거리 한계 및 각종 장애물에 따른 통신 간섭 등에 따라 네트워크 시스템(5000)을 구현하기가 상대적으로 어려울 수 있다. 각 조명 기구에 센서와 통신 모듈 등을 장착하고, 각 조명 기구를 정보 수집 수단 및 통신 중개 수단으로 사용함으로써, 상기와 같은 개방적인 환경에서 네트워크 시스템(5000)을 좀 더 효율적으로 구현할 수 있다.
도 30은 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 발광 소자 패키지를 구비하는 네트워크 시스템을 설명하기 위한 개략도이다.
구체적으로, 도 30은 개방적인 공간에 적용된 네트워크 시스템(6000)의 일 실시예를 나타낸 것이다. 네트워크 시스템(6000)은 통신 연결 장치(6100), 소정의 간격마다 설치되어 통신 연결 장치(6100)와 통신 가능하도록 연결되는 복수의 조명 기구(6120, 6150), 서버(6160), 서버(6160)를 관리하기 위한 컴퓨터(6170), 통신 기지국(6180), 통신 가능한 장비들을 연결하는 통신망(6190), 및 모바일 기기(6200) 등을 포함할 수 있다.
거리 또는 공원 등의 개방적인 외부 공간에 설치되는 복수의 조명 기구(6120, 6150) 각각은 스마트 엔진(6130, 6140)을 포함할 수 있다. 스마트 엔진(6130, 6140)은 빛을 내기 위한 발 광소자, 발광 소자를 구동하기 위한 구동 드라이버 외에 주변 환경의 정보를 수집하는 센서, 및 통신 모듈 등을 포함할 수 있다. 스마트 엔진에 포함된 발광 소자는 앞서 설명한 본 발명의 일 실시예들에 따른 발광 소자 패키지(200)를 포함할 수 있다.
상기 통신 모듈에 의해 스마트 엔진(6130, 6140)은 WiFi, Zigbee, LiFi 등의 통신 프로토콜에 따라 주변의 다른 장비들과 통신할 수 있다.
일례로, 하나의 스마트 엔진(6130)은 다른 스마트 엔진(6140)과 통신 가능하도록 연결될 수 있다. 이때, 스마트 엔진(6130, 6140) 상호 간의 통신에는 WiFi 확장 기술(WiFi Mesh)이 적용될 수 있다. 적어도 하나의 스마트 엔진(6130)은 통신망(6190)에 연결되는 통신 연결 장치(6100)와 유/무선 통신에 의해 연결될 수 있다. 통신의 효율을 높이기 위해, 몇 개의 스마트 엔진(6130, 6140)을 하나의 그룹으로 묶어 하나의 통신 연결 장치(6100)와 연결할 수 있다.
통신 연결 장치(6100)는 유/무선 통신이 가능한 액세스 포인트(access point, AP)로서, 통신망(6190)과 다른 장비 사이의 통신을 중개할 수 있다. 통신 연결 장치(6100)는 유/무선 방식 중 적어도 하나에 의해 통신망(6190)과 연결될 수 있으며, 일례로 조명 기구(6120, 6150) 중 어느 하나의 내부에 기구적으로 수납될 수 있다.
통신 연결 장치(6100)는 WiFi 등의 통신 프로토콜을 통해 모바일 기기(6200)와 연결될 수 있다. 모바일 기기(6200)의 사용자는 인접한 주변의 조명 기구(6120)의 스마트 엔진(6130)과 연결된 통신 연결 장치(6100)를 통해, 복수의 스마트 엔진(6130, 6140)이 수집한 주변 환경 정보를 수신할 수 있다. 상기 주변 환경 정보는 주변 교통 정보, 날씨 정보 등을 포함할 수 있다. 모바일 기기(6200)는 통신 기지국(6180)을 통해 3G 또는 4G 등의 무선 셀룰러 통신 방식으로 통신망(6190)에 연결될 수도 있다.
한편, 통신망(6190)에 연결되는 서버(6160)는, 각 조명 기구(6120, 6150)에 장착된 스마트 엔진(6130, 6140)이 수집하는 정보를 수신함과 동시에, 각 조명 기구(6120,6150)의 동작 상태 등을 모니터링할 수 있다. 각 조명 기구(6120, 6150)의 동작 상태의 모니터링 결과에 기초하여 각 조명 기구(6120, 6150)를 관리하기 위해, 서버(6160)는 관리 시스템을 제공하는 컴퓨터(6170)와 연결될 수 있다. 컴퓨터(6170)는 각 조명 기구(6120, 6150), 특히 스마트 엔진(6130, 6140)의 동작 상태를 모니터링하고 관리할 수 있는 소프트웨어 등을 실행할 수 있다.
도 31은 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 발광 소자 패키지를 구비하는 조명 기구의 스마트 엔진과 모바일 기기의 통신 동작을 설명하기 위한 블록도이다.
구체적으로, 도 31은 가시광 무선통신에 의한 조명 기구(도 30의 6120)의 스마트 엔진(6130)과 모바일 기기(6200)의 통신 동작을 설명하기 위한 블록도이다. 스마트 엔진(6130)이 수집한 정보를 사용자의 모바일 기기(6200)로 전달하기 위해 다양한 통신 방식이 적용될 수 있다.
스마트 엔진(6130)과 연결된 통신 연결 장치(도 30의 6100)를 통해, 스마트 엔진(6130)이 수집한 정보가 모바일 기기(6200)로 전송되거나, 또는 스마트 엔진(6130)과 모바일 기기(6200)가 직접 통신 가능하도록 연결될 수 있다. 스마트 엔진(6130)과 모바일 기기(6200)는 라이파이(LiFi)에 의해 서로 직접 통신할 수 있다.
스마트 엔진(6130)은 신호 처리부(6510), 제어부(6520), LED 드라이버(6530), 광원부(6540), 센서(6550) 등을 포함할 수 있다. 스마트 엔진(6130)과 가시광 무선통신에 의해 연결되는 모바일 기기(6200)는, 제어부(6410), 수광부(6420), 신호 처리부(6430), 메모리(6440), 입출력부(6450) 등을 포함할 수 있다.
라이파이(LiFi) 기술은 인간이 눈으로 인지할 수 있는 가시광 파장 대역의 빛을 이용하여 무선으로 정보를 전달하는 무선통신 기술이다. 이러한 가시광 무선통신 기술은 가시광 파장 대역의 빛, 즉 상술한 실시예에서 설명한 발광 패키지로부터의 특정 가시광 주파수를 이용한다는 측면에서 기존의 유선 광통신기술 및 적외선 무선통신과 구별되며, 통신 환경이 무선이라는 측면에서 유선 광통신 기술과 구별된다. 또한, 가시광 무선통신 기술은 RF 무선통신과 달리 주파수 이용 측면에서 규제 또는 허가를 받지 않고 자유롭게 이용할 수 있다는 편리성과 물리적 보안성이 우수하고 통신 링크를 사용자가 눈으로 확인할 수 있다는 차별성이 있으며, 무엇보다도 광원의 고유 목적과 통신기능을 동시에 얻을 수 있다는 융합 기술로서의 특징이 있다.
스마트 엔진(6130)의 신호 처리부(6510)는, 가시광 무선통신에 의해 송수신하고자 하는 데이터를 처리할 수 있다. 일 실시예로, 신호 처리부(6510)는 센서(6550)에 의해 수집된 정보를 데이터로 가공하여 제어부(6520)에 전송할 수 있다. 제어부(6520)는 신호 처리부(6510)와 LED 드라이버(6530) 등의 동작을 제어할 수 있으며, 특히 신호 처리부(6510)가 전송하는 데이터에 기초하여 LED 드라이버(6530)의 동작을 제어할 수 있다. LED 드라이버(6530)는 제어부(6520)가 전달하는 제어 신호에 따라 광원부(6540)를 발광시킴으로써, 데이터를 모바일 기기(6200)로 전달할 수 있다.
모바일 기기(6200)는 제어부(6410), 데이터를 저장하는 메모리(6440), 디스플레이와 터치스크린, 오디오 출력부 등을 포함하는 입출력부(6450), 신호 처리부(6430) 외에 데이터가 포함된 가시광을 인식하기 위한 수광부(6420)를 포함할 수 있다. 수광부(6420)는 가시광을 감지하여 이를 전기 신호로 변환할 수 있으며, 신호 처리부(6430)는 수광부에 의해 변환된 전기 신호에 포함된 데이터를 디코딩할 수 있다. 제어부(6410)는 신호 처리부(6430)가 디코딩한 데이터를 메모리(6440)에 저장하거나 입출력부(6450) 등을 통해 사용자가 인식할 수 있도록 출력할 수 있다.
도 32는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 발광 소자 패키지를 구비하는 스마트 조명 시스템을 모식적으로 나타낸 개념도이다.
구체적으로, 스마트 조명 시스템(7000)은, 조명부(7100), 센서부(7200), 서버(7300), 무선 통신부(7400), 제어부(7500) 및 정보 저장부(7600)를 포함할 수 있다. 조명부(7100)는 건물 내 하나 또는 복수의 조명장치를 포함하며, 조명장치의 종류에는 제한이 없다. 예를 들면, 거실, 방, 발코니, 주방, 욕실, 계단, 현관 등의 기본 조명, 무드 조명, 스탠드 조명, 장식 조명 등을 포함할 수 있다. 조명 장치는 앞서 설명한 본 발명의 일 실시예들에 따른 발광 소자 패키지(200)를 포함할 수 있다.
센서부(7200)는 각 조명장치의 점등, 소등, 조명의 세기 등과 관련된 조명상태를 감지하여 이에 따른 신호를 출력하고 이를 서버(7300)에 전달하는 부분이다. 센서부(7200)는 조명장치가 설치된 건물 내에 마련될 수 있으며, 스마트 조명 시스템의 제어를 받는 모든 조명장치의 조명상태를 감지할 수 있는 위치에 하나 또는 복수로 배치될 수 있고, 각 조명장치마다 함께 마련될 수 있다.
상기 조명상태에 대한 정보는 실시간으로 서버(7300)에 전송하거나, 분 단위, 시 단위 등 소정의 시간단위로 구분하여 시간 차를 두고 전송하는 방식으로 할 수 있다. 서버(7300)는 상기 건물 내부 및/또는 외부에 설치될 수 있으며, 센서부(7200)로부터 신호를 수신하여 건물 내 조명부(7100)의 점등 및 소등에 대한 조명상태에 대한 정보를 수집하고, 수집된 정보를 그룹화하고, 이를 토대로 조명패턴을 정의하여 정의된 패턴에 대한 정보를 무선 통신부(7400)에 제공한다. 또한, 무선 통신부(7400)로부터 수신한 명령을 제어부(7500)로 전송하는 매개체 역할을 수행할 수 있다.
상세하게는, 서버(7300)는 센서부(7200)가 건물 내 조명상태를 감지하여 전송한 신호를 수신하고, 조명상태에 대한 정보를 수집하여 이를 분석할 수 있다. 예를 들면, 서버(7300)는 수집된 정보를 시간별, 일별, 요일별, 주중 및 주말, 설정된 특정일, 일주일, 한 달 등 다양한 기간별 그룹으로 나눌 수 있다. 이후, 서버(7300)는 여러 개로 그룹화된 정보를 토대로 평균적인 일 단위, 주 단위, 주중 단위, 주말 단위 및 월 단위의 조명패턴으로 정의한 '정의된 조명패턴'을 프로그래밍한다. 상기 '정의된 조명패턴'은 무선 통신부(7400)로 주기적으로 제공하거나 사용자가 조명패턴에 대한 정보를 요청할 때 서버(7300)로부터 제공받을 수도 있다.
또한, 서버(7300)는 센서부(7200)로부터 제공받은 조명상태에 대한 정보로부터 조명패턴을 정의하는 것과는 별개로, 가정에서 이루어지는 일반적인 조명상태 등을 반영하여 미리 프로그래밍된 '일반 조명패턴'을 무선 통신부(7400)에 제공할 수도 있다. '일반 조명패턴'의 제공방법도 상기 '정의된 조명패턴'의 경우와 동일하게 서버(7300)로부터 주기적으로 제공하거나, 사용자의 요청이 있을 때 제공하는 방식으로 할 수 있다. 도 32에서는 서버(7300)가 하나인 것으로 도시되었지만 필요에 따라 둘 이상의 서버가 제공될 수 있다. 선택적으로(Optionally), 상기 '일반 조명패턴' 및/또는 상기 '정의된 조명패턴'은 정보 저장부(7600)에 저장될 수 있다. 정보 저장부(7600)는 소위 클라우드(Cloud)라고 불리는, 네트워크를 통하여 접근 가능한 저장 장치일 수 있다.
무선 통신부(7400)는 서버(7300) 및/또는 정보 저장부(7600)로부터 제공받은 복수의 조명패턴 중 어느 하나를 선택하고 서버(7300)에 '자동조명모드' 실행 및 중지 명령신호를 전송하는 부분으로, 스마트 조명 시스템을 사용하는 사용자가 휴대할 수 있는 스마트폰, 태블릿 PC, PDA, 노트북, 넷북 등 휴대 가능한 다양한 무선통신 기기를 적용할 수 있다.
상세하게는, 무선 통신부(7400)는 정의된 다양한 조명패턴을 서버(7300) 및/또는 정보 저장부(7600)로부터 제공받고, 이들 조명패턴들 중 필요한 패턴을 선택하여 선택된 조명패턴대로 조명부(7100)를 작동되도록 하는 '자동조명모드'가 실행되도록 서버(7300)에 명령신호를 전송할 수 있다. 상기 명령신호는 실행시간을 정하여 전송하거나, 중지 시간을 정하지 않고 명령신호를 전송한 후, 필요할 때 중지신호를 전송하여 '자동조명모드'의 실행을 중지하도록 할 수도 있다.
또한, 무선 통신부(7400)는 사용자에 의해 서버(7300) 및/또는 정보 저장부(7600)로부터 제공받은 조명패턴에 부분적인 수정을 가하거나, 경우에 따라 새로운 조명패턴을 조작하는 기능을 더 구비할 수 있다. 이와 같이 수정되거나 새롭게 조작된 '사용자 설정 조명패턴'은 무선 통신부(7400)에 저장되었다가 서버(7300) 및/또는 정보 저장부(7600)로 자동으로 전송되거나, 사용자의 필요에 따라 전송되도록 구성할 수 있다. 또한, 무선 통신부(7400)는 서버(7300)에 의해 설정된 '정의된 조명패턴' 및 '일반 조명패턴'을 서버(7300) 및/또는 정보 저장부(7600)로부터 자동으로 제공받거나, 제공 요청신호를 서버(7300)에 전송함으로써 제공받을 수도 있다.
이와 같이 무선 통신부(7400)는 서버(7300) 및/또는 정보 저장부(7600)와 필요한 명령이나 정보 신호를 주고 받고, 서버(7300)는 무선 통신부(7400)와 센서부(7200), 제어부(7500) 간의 매개체 역할을 수행함으로써 본 발명의 스마트 조명 시스템을 가동할 수 있다.
여기서, 무선 통신부(7400)와 서버(7300) 간의 연계는 예를 들어 스마트폰의 응용프로그램인 어플리케이션을 이용하여 수행될 수 있다. 즉, 사용자는 스마트폰에 다운로드 받은 어플리케이션을 통하여 서버에 '자동조명모드' 실행 명령하거나, 사용자가 조작이나 수정을 가한 '사용자 설정 조명패턴'에 대한 정보를 제공할 수 있다.
정보 제공의 방법은 '사용자 설정 조명패턴'의 저장에 의해 자동으로 서버(7300) 및/또는 정보 저장부(7600)로 전송되거나 전송을 위한 조작을 수행함으로써 이루어질 수도 있다. 이는 어플리케이션의 기본설정으로 정해지거나, 옵션에 따라 사용자가 선택할 수 있도록 할 수 있다.
제어부(7500)는 서버(7300)로부터 '자동조명모드'의 실행 및 중지 명령신호를 전송받아 이를 조명부(7100)에 실행시켜, 하나 또는 복수의 조명장치의 제어에 관여하는 부분이다. 즉, 제어부(7500)는 서버(7300)의 명령에 따라 조명부(7100)에 포함되는 각각의 조명장치를 점등, 소등, 기타 제어할 수 있다.
또한, 상기 스마트 조명 시스템(7000)은 건물 내에 경보장치(7700)를 더 배치할 수 있다. 상기 경보장치(7700)는 건물 내 침입자가 있는 경우 이를 경고하기 위한 것이다.
상세하게는, 사용자의 부재 시 건물 내 '자동조명모드'가 실행되고 있는 경우, 건물 내 침입자가 발생해 설정된 조명패턴에서 벗어나는 이상징후가 발생하였을 때, 센서부(7200)가 이를 감지하여 경고신호를 서버(7300)에 전송하고, 서버(7300)는 이를 무선 통신부(7400)에 이를 알리는 동시에, 제어부(7500)에 신호를 전송하여 건물 내 경보장치(7700)를 작동하도록 할 수 있다.
또한, 상기 경고신호가 서버(7300)에 전송되었을 때 서버(7300)가 보안업체에 위급상황을 상기 무선 통신부(7400)를 통하여 또는 TCP/IP 네트워크를 통하여 직접 알리도록 하는 시스템을 더 포함할 수도 있다.
지금까지의 설명은 본 발명의 기술적 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.
따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 기판
200: 발광 소자 패키지
300: 모듈

Claims (10)

  1. 기판;
    상기 기판 상에 형성된 발광 구조물;
    상기 발광 구조물 상에 형성된 전극 구조물; 및
    상기 전극 구조물 상에 형성되며 장축과 단축을 갖는 외부 접속 단자를 포함하고,
    상기 외부 접속 단자는 상기 기판의 결정면 중 (10-10)면과 수직하는 방향으로 장축이 형성된 것을 특징으로 하는 발광 소자 패키지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기판은 광투과성을 갖고,
    상기 발광 구조물에서 발생된 광은 상기 기판 방향으로 방출되는 것을 특징으로 하는 발광 소자 패키지.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 기판은 사파이어 기판인 것을 특징으로 하는 발광 소자 패키지.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 기판은 상기 기판의 일부에 일직선으로 형성된 플랫존을 포함하고,
    상기 플랫존은 상기 기판의 결정면 중 (11-20)면인 것을 특징으로 하는 발광 소자 패키지.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 발광 구조물은 제1 도전형 반도체 층, 활성층 및 제2 도전형 반도체 층을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 소자 패키지.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 발광 구조물은 질화갈륨계 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 소자 패키지.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 전극 구조물은 제1 전극 구조물 및 제2 전극 구조물을 포함하며,
    상기 외부 접속 단자는 상기 제1 전극 구조물과 전기적으로 연결되는 제1 외부 접속 단자 및 상기 제2 전극 구조물과 전기적으로 연결되는 제2 외부 접속 단자를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 소자 패키지.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1 외부 접속 단자 및 상기 제2 외부 접속 단자는 각각 적어도 하나의 도전성 서브 단자를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 소자 패키지.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 기판에 1GPa 이상의 응력이 집중되는 응력 집중부가 존재할 때,
    상기 기판 중 상기 외부 접속 단자의 상기 장축과 평행하는 면에 상기 응력 집중부가 형성되는 것을 특징으로 하는 발광 소자 패키지.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 기판에 크랙이 형성되었을 때,
    상기 크랙의 전파 방향과 상기 외부 접속 단자의 상기 장축의 연장 방향은 서로 수직인 것을 특징으로 하는 발광 소자 패키지.
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