KR20170028561A - 발광 소자 패키지 및 이를 포함하는 조명 장치 - Google Patents
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Abstract
실시 예의 발광 소자 패키지는, 발광 소자와, 발광 소자 위에 배치된 렌즈와, 렌즈의 탑면에 배치되어 발광 소자로부터 방출되어 렌즈를 경유한 광을 반사시키는 반사층을 포함한다.
Description
실시 예는 발광 소자 패키지 및 이를 포함하는 조명 장치에 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 발광 소자의 핵심 소재로 각광을 받고 있다.
이러한 발광 다이오드는 백열등과 형광등 등의 기존 조명기구에 사용되는 수은(Hg)과 같은 환경 유해물질이 포함되어 있지 않아 우수한 친환경성을 가지며, 긴 수명과 저전력 소비특성 등과 같은 장점이 있기 때문에 기존의 광원들을 대체하고 있다. 전술한 발광 소자 및 그 위에 배치된 렌즈를 포함하는 기존의 발광 소자 패키지를 이용한 현재 조명 장치의 가격 경쟁이 심화되고 있다. 따라서, 조명 장치의 가격 절감을 위해서, 발광 소자 패키지의 크기가 작아질 필요성이 있다.
실시 예는 작은 크기의 발광 소자 패키지 및 이를 포함하는 조명 장치를 제공한다.
실시 예에 의한 발광 소자 패키지는, 발광 소자; 상기 발광 소자 위에 배치된 렌즈; 및 상기 렌즈의 탑면에 배치되어, 상기 발광 소자로부터 방출되어 상기 렌즈를 경유한 광을 반사시키는 반사층을 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 발광 소자로부터 방출된 광은 상기 발광 소자의 상부와 측부를 통해 출사되고, 상기 렌즈는 상기 발광 소자의 상기 상부 및 상기 측부를 감싸면서 상기 발광 소자와 일체로 형성될 수 있다.
예를 들어, 상기 렌즈의 상기 탑면은 곡면 또는 평평한 면 중 적어도 하나를 포함하는 리세스부를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 리세스부는 곡면을 갖고, 상기 리세스부의 곡률 반경과 상기 반사층의 곡률 반경은 서로 동일할 수 있다. 또는, 상기 리세스부는 평평한 면을 갖고, 상기 발광 소자의 광축을 기준으로 상기 리세스부가 경사진 각도와 상기 반사층이 경사진 각도는 서로 동일할 수 있다.
예를 들어, 상기 리세스부의 중심은 상기 발광 소자의 광축 상에 위치할 수 있다.
예를 들어, 상기 반사층은 Ag, Ni, Al, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au, Hf, 또는 TiO2 중 적어도 하나를 포함하는 금속 또는 합금으로 이루어지거나 DBR을 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 반사층의 반사율은 30% 내지 80%일 수 있다.
예를 들어, 상기 반사층은 상기 렌즈의 탑면에 코팅된 형태로 배치될 수 있다.
예를 들어, 상기 리세스부의 최저 정점의 높이는 상기 발광 소자의 높이보다 0.5㎜ 이상 더 클 수 있다. 상기 리세스부의 최저 정점의 높이는 0.35㎜ 내지 0.8㎜일 수 있다.
예를 들어, 상기 렌즈의 최대 높이는 상기 리세스부의 최저 정점의 높이보다 0.2㎜ 이상 더 클 수 있다. 상기 렌즈의 최대 높이는 0.55 ㎜ 내지 1㎜일 수 있다.
예를 들어, 상기 렌즈의 직경은 상기 발광 소자의 길이 이상일 수 있다. 상기 렌즈의 직경은 1.4㎜일 수 있다.
예를 들어, 상기 발광 소자 패키지는 상기 반사층의 위에 배치되며 상기 렌즈의 상기 탑면과 접촉하는 보호층을 더 포함할 수 있다. 상기 보호층은 상기 반사층의 상부와 측부를 감싸도록 배치될 수 있다.
예를 들어, 상기 반사층은 상기 렌즈의 탑면의 가장 자리를 제외한 중앙에 배치되고, 상기 보호층은 상기 렌즈의 탑면의 가장 자리와, 상기 반사층의 측부, 및 상기 반사층의상부 가장 자리에 배치될 수 있다.
다른 실시 예에 의한 조명 장치는, 상기 발광 소자 패키지; 및 상기 발광 소자 패키지의 상부에 배치된 광학 부재를 포함할 수 있다.
실시 예에 따른 발광 소자 패키지 및 이를 포함하는 조명 장치는 렌즈의 중앙에 암부를 발생시키지 않으며 넓은 광 조도 분포 영역을 가지며 지향각이 높고, 제조 원가를 절감시키며, 광속을 개선시키며 체적이 감소하여 제조 원가를 더욱 절감시킬 수 있고, 제조 공정을 단순화시키며, 제조 공정에 소요되는 시간을 단축시키며 슬림화되어 디자인을 개선시킬 수 있다.
도 1은 일 실시 예에 의한 발광 소자 패키지의 상부 사시도를 나타낸다.
도 2는 도 1에 도시된 I-I' 선을 따라 절개한 발광 소자 패키지의 일 실시 예의 단면도를 나타낸다.
도 3a 내지 도 3c는 도 1 및 도 2에 도시된 발광 소자의 실시 예에 의한 단면도를 나타낸다.
도 4는 다른 실시 예에 의한 발광 소자 패키지의 단면도를 나타낸다.
도 5는 또 다른 실시 예에 의한 발광 소자 패키지의 단면도를 나타낸다.
도 6은 또 다른 실시 예에 의한 발광 소자 패키지의 단면도를 나타낸다.
도 7은 일 실시 예에 의한 조명 장치의 단면도를 나타낸다.
도 8a 및 도 8b는 실시 예에 의한 발광 소자 패키지의 평면 이미지 및 지향각 분포를 각각 나타낸다.
도 2는 도 1에 도시된 I-I' 선을 따라 절개한 발광 소자 패키지의 일 실시 예의 단면도를 나타낸다.
도 3a 내지 도 3c는 도 1 및 도 2에 도시된 발광 소자의 실시 예에 의한 단면도를 나타낸다.
도 4는 다른 실시 예에 의한 발광 소자 패키지의 단면도를 나타낸다.
도 5는 또 다른 실시 예에 의한 발광 소자 패키지의 단면도를 나타낸다.
도 6은 또 다른 실시 예에 의한 발광 소자 패키지의 단면도를 나타낸다.
도 7은 일 실시 예에 의한 조명 장치의 단면도를 나타낸다.
도 8a 및 도 8b는 실시 예에 의한 발광 소자 패키지의 평면 이미지 및 지향각 분포를 각각 나타낸다.
이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시 예를 들어 설명하고, 발명에 대한 이해를 돕기 위해 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시 예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시 예들에 한정되는 것으로 해석되지 않아야 한다. 본 발명의 실시 예들은 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.
본 실시 예의 설명에 있어서, 각 구성요소(element)의 "상(위) 또는 하(아래)(on or under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상(위) 또는 하(아래)(on or under)는 두 개의 구성요소(element)가 서로 직접(directly)접촉되거나 하나 이상의 다른 구성요소(element)가 상기 두 구성요소(element) 사이에 배치되어(indirectly) 형성되는 것을 모두 포함한다.
또한 "상(위)" 또는 "하(아래)(on or under)"로 표현되는 경우 하나의 구성요소(element)를 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.
실시 예에 의한 발광 소자 패키지(100A, 100B, 100C, 100D) 및 조명 장치(200)는 데카르트 좌표계를 이용하여 설명되지만, 다른 좌표계를 이용하여 설명될 수 있음은 물론이다. 데카르트 좌표계에서, 각 도면에 도시된 x축과, y축과, z축은 서로 직교할 수도 있고 교차할 수도 있다.
도 1은 일 실시 예에 의한 발광 소자 패키지(100A)의 상부 사시도를 나타내고, 도 2는 도 1에 도시된 I-I' 선을 따라 절개한 발광 소자 패키지의 일 실시 예(100A)의 단면도를 나타낸다. 이해를 돕기 위해, 도 1에서 렌즈(120)의 내부에 배치된 발광 소자(110)를 점선으로 표기한다. 또한, 도 1에서 I-I'선은 광축 방향인 z축 방향과 수직인 y축 방향으로의 렌즈(120)의 폭의 중심을 지나간다.
도 1 및 도 2에 도시된 발광 소자 패키지(100A)는 발광 소자(110), 렌즈(120) 및 반사층(130)을 포함할 수 있다.
발광 소자(110)는 광을 방출하는 광원이며, 실시 예는 발광 소자(110)로부터 방출되는 광의 파장 대역에 국한되지 않는다. 또한, 발광 소자(110)는 측부와 상부를 통해 광을 방출할 수 있다. 만일, 발광 소자(110)가 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 육면체일 경우, 발광 소자(110)는 하나의 상부면과 네 개의 측부면을 통해 광을 방출하는 5면 발광형 소자일 수 있다.
또한, 발광 소자(110)는 수직형 본딩 구조, 수평형 본딩 구조 또는 플립칩형 본딩 구조 중 어느 하나일 수 있으나, 실시 예는 발광 소자(110)의 본딩 구조에 국한되지 않는다.
발광 소자(110)가 어떠한 본딩 구조를 갖는가에 관계없이 발광 소자(110)는 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함할 수 있다.
또한, 발광 소자(110)는 발광 다이오드로 구현될 수 있으며, 적색, 녹색, 청색 또는 백색의 유색 빛을 각각 발광하는 유색 발광 다이오드 또는 자외선(UV, UltraViolet)을 발광하는 UV 발광 다이오드 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
도 3a 내지 도 3c는 도 1 및 도 2에 도시된 발광 소자(110)의 실시 예(110A, 110B, 110C)에 의한 단면도를 나타낸다.
도 3a에 도시된 발광 소자(110A)는 수평형 본딩 구조의 일 례를 나타낸다. 도 3a에 도시된 발광 소자(110A)는 기판(112A), 발광 구조물(114A), 제1 및 제2 전극(116A, 116B)을 포함할 수 있다.
기판(112A)은 반도체 물질 성장에 적합한 물질, 캐리어 웨이퍼로 형성될 수 있다. 또한, 기판(112A)은 열 전도성이 뛰어난 물질로 형성될 수 있으며, 사파이어(Al203), GaN, SiC, ZnO, Si, GaP, InP, Ga203, GaAs 중 적어도 하나를 포함하는 물질일 수 있으나, 실시 예는 기판(112A)의 특정한 물질에 국한되지 않는다. 또한, 이러한 기판(112A)의 상면에는 요철 패턴(미도시)이 형성될 수 있다.
기판(112A)과 발광 구조물(114A) 간의 열 팽창 계수(CTE:Coefficient of Thermal Expansion)의 차이 및 격자 부정합을 개선하기 위해, 이들(112A, 114A) 사이에 버퍼층(또는, 전이층)(미도시)이 더 배치될 수도 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(114A)은 기판(112A) 위에 배치될 수 있다. 예를 들어, 발광 구조물(114A)은 기판(112A) 위에 순차적으로 배치된 제1 도전형 반도체층(114A-1), 활성층(114A-2) 및 제2 도전형 반도체층(114A-3)을 포함할 수 있다.
제1 도전형 반도체층(114A-1)은 기판(112A) 위에 배치된다. 제1 도전형 반도체층(114A-1)은 제1 도전형 도펀트가 도핑된 Ⅲ-Ⅴ 족 또는 Ⅱ-Ⅵ 족 등의 화합물 반도체로 구현될 수 있다. 제1 도전형 반도체층(114A-1)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(114A-1)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(114A-1)은 GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN, AlGaAs, InGaAs, AlInGaAs, GaP, AlGaP, InGaP, AlInGaP, InP 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.
활성층(114A-2)은 제1 도전형 반도체층(114A-1)과 제2 도전형 반도체층(114A-3) 사이에 배치될 수 있다. 활성층(114A-2)은 제1 도전형 반도체층(114A-1)을 통해서 주입되는 전자(또는, 정공)와 제2 도전형 반도체층(114A-3)을 통해서 주입되는 정공(또는, 전자)이 서로 만나서, 활성층(114A-2)을 이루는 물질 고유의 에너지 밴드에 의해서 결정되는 에너지를 갖는 빛을 방출하는 층이다. 활성층(114A-2)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(114A-2)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(114A-2)의 위 또는/및 아래에는 도전형 클래드층(미도시)이 형성될 수 있다. 도전형 클래드층은 활성층(114A-2)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. 또한, 실시 예는 활성층(114A-2)에서 방출되는 광의 파장 대역에 국한되지 않는다.
제2 도전형 반도체층(114A-3)은 활성층(114A-2) 위에 배치될 수 있다. 제2 도전형 반도체층(114A-3)은 반도체 화합물로 형성될 수 있으며, Ⅲ-Ⅴ 족 또는 Ⅱ-Ⅵ 족 등의 화합물 반도체로 구현될 수 있다. 예컨대, 제2 도전형 반도체층(114A-3)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(114A-3)에는 제2 도전형 도펀트가 도핑될 수 있다. 제2 도전형 반도체층(114A-3)이 p형 반도체층인 경우, 제2 도전형 도펀트는 p형 도펀트로서, Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등을 포함할 수 있다.
제1 도전형 반도체층(114A-1)은 n형 반도체층으로, 제2 도전형 반도체층(114A-3)은 p형 반도체층으로 구현할 수 있다. 또는, 제1 도전형 반도체층(114A-1)은 p형 반도체층으로, 제2 도전형 반도체층(114A-3)은 n형 반도체층으로 구현할 수도 있다.
발광 구조물(114A)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(116A)은 메사 식각(mesa etching)에 의해 노출된 제1 도전형 반도체층(114A-1) 위에 배치될 수 있다. 이를 위해, 제2 도전형 반도체층(114A-3), 활성층(114A-2) 및 제1 도전형 반도체층(114A-1)의 일부를 메사 식각하여 제1 도전형 반도체층(114A-1)을 노출시킬 수 있다.
제1 전극(116A)은 오믹 접촉하는 물질을 포함하여 오믹 역할을 수행함으로써 별도의 오믹층(미도시)이 배치될 필요가 없을 수도 있고, 별도의 오믹층이 제1 전극(116A) 위 또는 아래에 배치될 수도 있다.
제2 전극(116B)은 제2 도전형 반도체층(114A-3) 위에 배치되어, 제2 도전형 반도체층(114A-3)과 전기적으로 연결될 수 있다. 제2 전극(116B)은 투명 전극층(미도시)을 포함할 수 있다. 투명 전극층은 투명 전도성 산화막(TCO:Tranparent Conductive Oxide)일 수 있다. 예를 들어, 투명 전극층은 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(116B)은 오믹 특성을 가질 수 있으며, 제2 도전형 반도체층(114A-3)과 오믹 접촉하는 물질을 포함할 수 있다. 만일, 제2 전극(116B)이 오믹 역할을 수행할 경우, 별도의 오믹층(미도시)은 형성되지 않을 수 있다.
제1 및 제2 전극(116A, 116B) 각각은 활성층(114A-2)에서 방출된 광을 흡수하지 않고 투과시킬 수 있고, 제1 및 제2 도전형 반도체층(114A-1, 114A-3) 상에 각각 양질로 성장될 수 있는 어느 물질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 제1 및 제2 전극(116A, 116B) 각각은 금속으로 형성될 수 있으며, Ag, Ni, Al, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au, Hf 및 이들의 선택적인 조합으로 이루어질 수 있다.
이때, 제1 및 제2 와이어(118A, 118B)는 제1 및 제2 전극(116A, 116B)을 후술되는 도 7에 도시된 회로 기판(152)에 전기적으로 연결하는 역할을 한다.
도 3b에 도시된 발광 소자(110B)는 수직형 본딩 구조의 일 례를 나타낸다. 도 3a에 도시된 발광 소자(110B)는 지지 기판(112B), 반사부(113), 발광 구조물(114B), 제1 전극(116A)을 포함할 수 있다.
지지 기판(112B)은 발광 구조물(114B)을 지지한다. 지지 기판(112B)은 금속 또는 반도체 물질로 형성될 수 있다. 또한, 지지 기판(112B)은 전기 전도성과 열 전도성이 높은 물질로 형성될 수 있다. 예컨대, 지지 기판(112B)은 구리(Cu), 구리 합금(Cu alloy), 금(Au), 니켈(Ni), 몰리브덴(Mo), 및 구리-텅스텐(Cu-W) 중 적어도 하나를 포함하는 금속 물질이거나, 또는 Si, Ge, GaAs, ZnO, SiC 중 적어도 하나를 포함하는 반도체일 수 있다.
지지 기판(112B) 위에 반사부(113)가 더 배치될 수 있다. 지지 기판(112B)은 도 3a에 도시된 제2 전극(116B)의 역할을 수행할 수 있다.
반사부(113)는 발광 구조물(114B)의 활성층(114B-2)으로부터 방출되어 상부로(즉, +z축 방향으로) 출사되지 않고 지지 기판(112B)으로 향하는(즉, -z축 방향으로 향하는) 광을 반사시키는 역할을 한다. 즉, 반사부(113)는 발광 구조물(114B)로부터 입사되는 광을 반사시킴으로서, 발광 소자(110B)의 광 추출 효율을 개선시킬 수 있다.
반사부(113)는 광 반사 물질, 예컨대, Ag, Ni, Al, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au, Hf 중 적어도 하나를 포함하는 금속 또는 합금으로 형성될 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 또한, 반사부(113)는 금속 또는 합금과 IZO, IZTO, IAZO, IGZO, IGTO, AZO, ATO 등의 투광성 전도성 물질을 이용하여 다층으로 형성할 수 있으며, 예를 들어, IZO/Ni, AZO/Ag, IZO/Ag/Ni, AZO/Ag/Ni 등으로 형성할 수 있다.
비록 도시되지는 않았지만, 오믹층(미도시)이 반사부(113)과 제2 도전형 반도체층(114B-3) 사이에 더 배치될 수 있다. 이 경우, 오믹층은 제2 도전형 반도체층(114B-3)에 오믹 접촉되어, 발광 구조물(114B)에 전원이 원활히 공급되도록 하는 역할을 수행할 수 있다.
도 3b의 경우 발광 소자(110B)가 반사부(113)을 포함하는 것으로 도시되어 있지만, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 즉, 경우에 따라 반사부(113)는 생략될 수도 있다.
발광 구조물(114B)은 반사부(113) 위에 배치될 수 있다. 발광 구조물(114B)은 반사부(113) 위에 순차적으로 배치된 제2 도전형 반도체층(114B-3), 활성층(114B-2) 및 제1 도전형 반도체층(114B-1)을 포함할 수 있다. 여기서, 도 3b에 도시된 제1 도전형 반도체층(114B-1), 활성층(114B-2) 및 제2 도전형 반도체층(114B-3)은 도 3a에 도시된 제1 도전형 반도체층(114A-1), 활성층(114A-2) 및 제2 도전형 반도체층(114A-3)과 각각 동일한 기능을 수행하므로, 중복되는 설명을 생략한다.
제1 전극(118A)은 발광 구조물(114B)의 제1 도전형 반도체층(114B-1) 위에 배치될 수 있다. 제1 전극(118A)은 도 3a에 도시된 제1 전극(118A)의 역할을 수행할 수 있다. 비록 도시되지는 않았지만 제1 전극(118B)은 소정의 패턴 형상을 가질 수도 있다. 또한 제1 도전형 반도체층(114B-1)의 상면은 광 추출 효율을 증가시키기 위해 러프니스 패턴(미도시)을 가질 수 있다. 또한, 광 추출 효율을 증가시키기 위하여 제1 전극(118A)의 상면에도 러프니스 패턴(미도시)이 형성될 수 있다.
도 3c를 참조하면, 플립 칩 본딩 구조의 발광 소자(110C)는 기판(112C), 발광 구조물(114C), 제1 및 제2 전극(116A, 116B)를 포함할 수 있다. 여기서, 기판(112C), 발광 구조물(114C), 제1 및 제2 전극(116A, 116B)은 도 3a에 도시된 기판(112A), 발광 구조물(114A), 제1 및 제2 전극(116A, 116B)과 각각 동일한 역할을 수행하므로, 여기서 중복되는 설명을 생략한다. 즉, 도 3c에 도시된 제1 도전형 반도체층(114C-1), 활성층(114C-2) 및 제2 도전형 반도체층(114C-3)은 도 3a에 도시된 제1 도전형 반도체층(114A-1), 활성층(114A-2) 및 제2 도전형 반도체층(114A-3)과 각각 동일한 역할을 수행한다.
다만, 도 3c에 예시된 발광 소자(100C)는 플립 칩 본딩 구조이기 때문에, 활성층(114C-2)에서 방출된 광이 제1 전극(116A), 제1 도전형 반도체층(114C-1) 및 기판(112C)을 통해 출사될 수 있다. 이를 위해, 제1 전극(116A), 제1 도전형 반도체층(114C-1) 및 기판(112C)은 광 투과성을 갖는 물질로 이루어질 수 있다. 이때, 제2 도전형 반도체층(114C-3)과 제2 전극(116B)은 광 투과성이나 비투과성을 갖는 물질 또는 반사성을 갖는 물질로 이루어질 수 있으나, 실시 예는 이의 특정한 물질에 국한되지 않을 수 있다.
또한, 제1 및 제2 전극(116A, 116B) 각각은 활성층(114C-2)에서 방출된 광을 흡수하지 않고 반사시키거나 투과시킬 수 있고, 제1 및 제2 도전형 반도체층(114C-1, 114C-3) 상에 각각 양질로 성장될 수 있는 어느 물질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 제1 및 제2 전극(116A, 116B) 각각은 금속으로 형성될 수 있으며, Ag, Ni, Al, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au, Hf 및 이들의 선택적인 조합으로 이루어질 수 있다.
다시, 도 3c를 참조하면, 발광 소자(110C)는 제1 및 제2 솔더부(119A, 119B)를 더 포함할 수 있다. 편의상, 제1 및 제2 솔더부(119A, 119B)는 발광 소자(110C)의 구성 요소인 것으로 설명하지만, 발광 소자 패키지(100A)의 구성 요소일 수도 있으며, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.
제1 솔더부(119A)는 발광 소자(110C)의 제1 전극(116A)과 후술되는 도 7에 도시된 회로 기판(152) 사이에 배치되어, 제1 전극(116A)과 회로 기판(152)을 전기적으로 연결할 수 있다. 따라서, 발광 소자(110C)의 제1 도전형 반도체층(114C-1)은 제1 전극(116A)과 제1 솔더부(119A)를 통해 회로 기판(152)과 전기적으로 연결될 수 있다.
또한, 제2 솔더부(119B)는 발광 소자(110C)의 제2 전극(116B)과 도 7에 도시된 회로 기판(152) 사이에 배치되어, 제2 전극(116B)과 회로 기판(152)을 전기적으로 연결할 수 있다. 따라서, 발광 소자(110C)의 제2 도전형 반도체층(114C-3)은 제2 전극(116B)과 제2 솔더부(119B)를 통해 도 7에 도시된 회로 기판(152)과 전기적으로 연결될 수 있다.
제1 솔더부(119A) 및 제2 솔더부(119B) 각각은 솔더 페이스트(solder paste) 또는 솔더 볼(solder ball)일 수 있다.
다시, 도 1 및 도 2를 참조하면, 발광 소자(110)의 제1 길이(L1)와 폭(W)은 서로 다를 수도 있고, 서로 동일할 수도 있다. 발광 소자(110)의 제1 길이(L1)는 광축(LX) 방향(예를 들어, z축 방향)과 수직한 x축 방향의 길이를 의미하고, 폭(W)은 광축(LX) 방향과 수직한 y축 방향의 폭을 의미할 수 있다. 예를 들어, 제1 길이(L1) 및 폭(W) 각각은 1.3 ㎜일 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.
한편, 렌즈(120)는 발광 소자(110) 위에 배치되어, 발광 소자(110)로부터 방출된 광을 굴절, 반사 및/또는 산란시켜 외부로 출사할 수 있다. 또한, 렌즈(120)는 발광 소자(110)의 상부와 측부를 감싸며 발광 소자(110)와 일체로 형성될 수 있다. 즉, 렌즈(120)와 발광 소자(110) 사이에 공기 등의 보이드(void)가 존재하지 않도록, 렌즈(120)와 발광 소자(110)는 긴밀하게 접할 수 있다.
예를 들어, 렌즈(120)는 투명한 재질을 포함할 수 있으며, 예를 들어, 실리콘, PC(Polycarbonate), PMMA(Polymethylmethacrylate)와 같은 아크릴 수지 계열, 유리 등을 포함할 수 있으나, 실시 예는 렌즈(120)의 재질에 국한되지 않는다.
렌즈(120)는 탑면 및 측부면(S)을 포함할 수 있다.
탑면은 곡면 또는 평평한 면 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 탑면은 리세스(RE:REcess)부(RE1)를 포함할 수 있다. 리세스부(RE1)는 렌즈(120)의 탑면의 전체 또는 전체 중 중앙에 배치될 수 있으며, 곡면 또는 평평한 면 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
만일, 리세스부(RE1)가 곡면을 포함할 경우, 도 2에 도시된 바와 같이, 리세스부(RE1)는 발광 소자(110)를 향하여 즉, -z축 방향으로 그의 중앙이 움푹 패인 형상일 수 있지만, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.
또는, 비록 도시되지는 않았지만, 렌즈(120)의 탑면은 발광 소자(110)로부터 멀어지는 방향으로 즉, +z축 방향으로 볼록한 돌출 단면 형상을 가질 수도 있다.
이하, 렌즈(120)의 탑면이 리세스부를 갖는 것으로 설명하지만, 렌즈(120)의 탑면이 볼록한 돌출 형상을 가질 경우에도 본 실시 예는 적용될 수 있음은 물론이다.
도 2를 참조하면, 리세스부(RE1)의 중심은 발광 소자(110)의 광축(LX) 상에 위치할 수 있다. 이때, 리세스부(RE1)의 중심에 해당하는 최저 정점(AP)은 광축(LX) 상에 위치할 수 있다.
또한, 리세스부(RE1)는 광축(LX)을 중심으로 광축 방향(예를 들어, z축 방향)과 수직한 방향 즉, x축 방향 또는 y축 방향 중 적어도 한 방향으로 대칭인 단면 형상을 가질 수 있다. 즉, 리세스부(RE1)의 평면 형상은 광축(LX)을 중심으로 서로 대칭일 수 있다.
도 4는 다른 실시 예에 의한 발광 소자 패키지(100B)의 단면도를 나타낸다.
도 2에 도시된 리세스부(RE1)는 곡면을 포함한다. 이 경우, 리세스부(RE1)의 제1 곡률 반경과 반사층(130)의 제2 곡률 반경은 서로 동일할 수 있고, 서로 다를 수도 있다.
반면에, 도 4에 도시된 발광 소자 패키지(100B)에서 리세스부(RE2)는 평평한 면을 포함한다. 이 경우, 광축(LX)을 기준으로 리세스부(RE2)가 경사진 제1 각도(θ1)와 광축(LX)을 기준으로 반사층(130)이 경사진 제2 각도(θ2)는 서로 동일할 수도 있고 서로 다를 수도 있다.
이와 같이, 리세스부(RE1, RE2)와 반사층(130)이 동일한 곡률 반경 또는 경사 각도를 갖기 위해, 반사층(130)은 리세스부(RE1, RE2) 위에 균일한 두께로 형성될 수 있다.
전술한 차이점을 제외하면, 도 4에 도시된 발광 소자 패키지(100B)는 도 2에 도시된 발광 소자 패키지(100A)와 동일하므로, 중복되는 동일한 설명을 생략한다.
한편, 다시 도 2를 참조하면, 리세스부(RE1)의 측부면(S)은 광축(LX)과 나란한 수직선에 대하여 경사지게 형성될 수도 있고, 수직선(VL)에 대해 평행하게 형성될 수도 있다.
또한, 렌즈(120)의 두께는 광축(LX) 상에서 가장 얇을 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 여기서, 광축(LX) 상에서의 렌즈(120)의 두께란, 렌즈(120)의 바닥면(즉, 발광 소자(110)의 바닥면)으로부터 렌즈(120)의 리세스부(RE1)의 최저 정점(AP)까지 수직한 제2 높이(H2)를 의미할 수 있다. 또한, 도 1의 경우, 렌즈(120)의 가장 두꺼운 두께는 제1 높이(H1)로서, 렌즈(120)의 바닥면으로부터 렌즈(120)의 가장 자리의 탑면까지의 수직한 높이를 의미할 수 있다.
또한, 실시 예에 의하면, 반사층(130)이 렌즈(120)의 탑면(즉, 리세스부(RE1, RE2)) 위에 배치될 수 있다. 반사층(130)은 발광 소자(110)로부터 방출되어 렌즈(120)를 경유하여 리세스부(RE1, RE2)에 도달한 광을 반사시키는 역할을 한다. 여기서, 반사층(130)에 의해 반사된 광은 렌즈(120)의 측부면(S) 쪽으로 반사된 후, 측부면(S)에서 굴절 또는 투과되어 바깥으로 출사될 수 있다.
또한, 반사층(130)은 렌즈(120)의 리세스부(RE1, RE2) 위에 박막 형태로 코팅될 수도 있고, 접착제(미도시) 등에 의해 부착될 수도 있으나, 실시 예는 반사층(130)이 렌즈(120)의 탑부인 리세스부(RE1, RE2)에 배치되는 특정한 형태 및 방법에 국한되지 않는다.
전술한 바와 같이, 반사층(130)은 발광 소자(110)로부터 렌즈(120)를 경유하여 탑면에 도달한 광을 반사시키기 위해, 광 반사 특성을 갖는 물질로 구현될 수 있다. 예를 들어, 반사층(130)은 Ag, Ni, Al, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au, Hf, TiO2 중 적어도 하나를 포함하는 금속 또는 합금으로 구현될 수 있다. 또는 반사층(130)은 분산 브래그 반사층(DBR:Distributed Bragg Reflector)으로 구현될 수도 있으며, 실시 예는 반사층(130)의 특정한 재질에 국한되지 않는다.
만일, 반사층(130)의 반사율이 30% 보다 작을 경우 광 조도 커버 영역의 개선이 미미할 수 있고, 반사층(130)의 반사율이 80%보다 클 경우 렌즈(120)의 중심에 암부가 발생할 수 있다. 따라서, 반사층(130)의 반사율은 30% 내지 80%일 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.
또한, 반사층(130)의 반사율에 따라 광 조도 영역의 반치폭(FWHM:Full Width at Half maximum)은 다음 표 1과 같이 변할 수 있다.
| 반사율(%) | 광 조도 영역의 FWHM (㎜) |
| 0 | 21.6 |
| 30 | 23.2 |
| 50 | 25.3 |
| 70 | 26.4 |
| 80 | 27.6 |
| 90 | 29.1 |
표 1을 참조하면, 반사층(130)의 반사율이 30% 내지 80%일 경우 FWHM은 23.2 ㎜ 내지 27.6 ㎜임을 알 수 있다.
또한, 다음 수학식 1과 같이, 리세스부(RE1, RE2)의 최저 정점(AP)의 제2 높이(H2)는 발광 소자(110)의 제3 높이(H3)보다 0.5㎜ 이상 더 클 수 있다. 예를 들어, 제3 높이(H3)는 0.3 ㎜일 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.
여기서, 제2 및 제3 높이(H2, H3) 각각의 기준은 제1 높이(H1)와 마찬가지로 렌즈(120)의 바닥면(즉, 발광 소자(110)의 바닥면)에 해당한다. 예를 들어, 제2 높이(H2)는 0.35㎜ 내지 0.8㎜일 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.
또한, 다음 수학식 2와 같이, 렌즈(120)의 제1 높이(H1)의 최대값(H1max)은 리세스부(RE1, RE2)의 최저 정점(AP)의 제2 높이(H2)보다 0.2㎜ 이상 더 클 수 있다.
예를 들어, 렌즈(120)의 제1 높이(H1)의 최대값(H1max)은 0.55 ㎜ 내지 1 ㎜ 예를 들어, 1 ㎜일 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.
또한, 렌즈(120)의 직경(L2)은 발광 소자(110)의 제1 길이(L1) 이상일 수 있다. 예를 들어, 렌즈(120)의 직경(L2)은 1.4㎜일 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.
도 5는 또 다른 실시 예에 의한 발광 소자 패키지(100C)의 단면도를 나타낸다.
도 5에 도시된 또 다른 실시 예에 의한 발광 소자 패키지(100C)는 발광 소자(110), 렌즈(120), 반사층(130) 및 보호층(140A)을 포함할 수 있다.
도 5에 도시된 발광 소자(110), 렌즈(120) 및 반사층(130)은 도 2에 도시된 발광 소자(110), 렌즈(120) 및 반사층(130)에 각각 해당한다. 다만, 도 2에 도시된 반사층(130)이 렌즈(120)의 탑면 전체를 덮도록 배치되는 반면, 도 5에 도시된 반사층(130)은 렌즈(120)의 가장 자리를 제외한 중앙에 배치된다. 또한, 도 5에 도시된 발광 소자 패키지(100C)는 도 2에 도시된 발광 소자 패키지(100A)와 달리 보호층(140A)을 더 포함한다.
전술한 차이점을 제외하면, 도 5에 도시된 발광 소자 패키지(100C)는 도 2에 도시된 발광 소자 패키지(100A)와 동일하므로, 동일한 부분에 대한 중복되는 설명을 생략하고 다른 부분에 대해서만 살펴본다.
보호층(140A)은 반사층(130) 위에 배치되며, 렌즈(120)의 탑면과 접촉할 수있다. 이때, 보호층(140A)은 반사층(130)의 상부와 측부를 감싸도록 배치될 수 있다. 반사층(130)은 렌즈(120)의 탑면의 가장 자리를 제외한 중앙에 배치되고, 보호층(140A)은 렌즈(120)의 탑면의 가장 자리와, 반사층(130)의 측부, 및 반사층(130)의 상부 가장 자리에 배치될 수 있다. 즉, 보호층(140A)은 렌즈(120)의 탑면의 가장자리에서 렌즈(120)의 탑면과 접촉할 수 있다. 이를 위해, 반사층(130)이 렌즈(120)의 탑면의 가장 자리에 배치되지 않는다.
일 실시 예에 의하면, 도 5에 도시된 바와 같이 보호층(140A)은 반사층(130)의 상부 전체와 측부를 감싸도록 배치될 수 있다.
도 6은 또 다른 실시 예에 의한 발광 소자 패키지(100D)의 단면도를 나타낸다.
도 6에 도시된 발광 소자 패키지(100D)는 발광 소자(110), 렌즈(120), 반사층(130) 및 보호층(140B)을 포함할 수 있다. 도 6에 도시된 보호층(140B)의 단면 형상이 도 5에 도시된 보호층(140A)의 단면 형상과 다름을 제외하면, 도 6에 도시된 발광 소자 패키지(100D)는 도 5에 도시된 발광 소자 패키지(100C)와 동일하므로, 동일한 부분에 대해서는 중복되는 설명을 생략한다.
다른 실시 예에 의하면, 도 6에 도시된 바와 같이 보호층(140B)은 반사층(130)의 상부 전체가 아니라 상부의 가장 자리만을 덮고, 반사층(130)의 측부를 감싸며 렌즈(120)의 탑면의 가장 자리에 배치될 수 있다.
만일, 렌즈(120)가 투명한 재질인 실리콘, PC(Polycarbonate), PMMA(Polymethylmethacrylate)와 같은 아크릴 수지 계열, 유리 등으로 구현되고, 반사층(130)이 Ag, Ni, Al, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au, Hf, TiO2 중 적어도 하나를 포함하는 금속 또는 합금으로 구현될 경우, 반사층(130)과 렌즈(120) 사이의 결합력이 약할 수 있다. 이를 보강하기 위해, 전술한 바와 같이, 보호층(140A, 140B)을 배치할 경우, 반사층(130)과 렌즈(120) 사이의 약한 결합력이 보호층(140A, 140B)에 의해 보강될 수 있다.
예를 들어, 보호층(140A, 140B)은 실리콘 등으로 구현될 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 즉, 렌즈(120)와 결합력이 강한 물질이면 보호층(140A, 140B)으로 이용될 수 있다.
전술한 실시 예에 의한 발광 소자 패키지(100A, 100B, 100C, 100D)는 다양한 분야에 적용될 수 있다. 예를 들어, 발광 소자 패키지(100A, 100B, 100C, 100D)는 백라이트 유닛, 조명 유닛, 지시 장치, 램프 또는 가로등과 같은 조명 장치에 적용될 수 있다.
이하, 실시 예에 의한 조명 장치에 대해 첨부된 도 7을 참조하여 다음과 같이 살펴본다.
도 7은 일 실시 예에 의한 조명 장치(200)의 단면도를 나타낸다. 여기서, 설명의 편의상 반사층(130)의 두께는 무시되어, 발광 소자 패키지(100A)의 전체 높이는 제1 높이(H1)로서 표기한다.
도 7에 도시된 조명 장치(200)는 복수의 발광 소자 패키지(100A), 기판(또는, 회로 기판)(152) 및 광학 부재(diffusion plate)(154)를 포함할 수 있다. 여기서, 발광 소자 패키지(100A)는 도 1 및 도 2에 도시된 발광 소자 패키지(100A)와 동일하므로 동일한 참조부호를 사용하였으며 중복되는 설명을 생략한다. 다른 실시 예에 의하면, 도 7에 도시된 조명 장치(200)는 도 1 및 도 2에 도시된 발광 소자 패키지(100A) 대신에 도 4, 도 5 또는 도 6에 도시된 발광 소자 패키지(100B, 100C, 100D)를 포함할 수도 있다.
회로 기판(152) 위에 복수 개의 발광 소자 패키지(100A)가 실장될 수 있다. 회로 기판(152)은 발광 소자 패키지(100A)에 전원을 공급하는 어댑터(adapter)와 발광 소자 패키지(100A)를 연결하기 위한 전극 패턴이 형성되어 있을 수 있다.
예를 들어, 회로 기판(152)의 상면에는 발광 소자 패키지(100A)와 어댑터를 연결하기 위한 탄소나노튜브 전극 패턴이 형성될 수 있다.
또한, 회로 기판(152)과 발광 소자(110) 사이에는 제1 및 제2 리드 프레임(미도시)이 더 배치될 수도 있다, 이 경우, 제1 및 제2 리드 프레임은 도 3a에 도시된 제1 및 제2 와이어(118A, 118B)와 각각 연결될 수 있다. 또는, 제1 및 제2 리드 프레임은 도 3b에 도시된 와이어(118A) 및 지지 기판(112B)과 각각 연결될 수 있다. 또는, 제1 및 제2 리드 프레임은 도 3c에 도시된 제1 및 제2 솔더부(119A, 119B)와 각각 연결될 수 있다.
이러한 회로 기판(152)은 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 유리, 폴리카보네이트(PC) 또는 실리콘(Si) 등으로 이루어져 복수의 발광 소자 패키지(100A)가 실장되는 PCB(Printed Circuit Board) 기판일 수 있으며, 필름 형태로 형성될 수 있다.
또한, 회로 기판(152)은 단층 PCB, 다층 PCB, 세라믹 기판, 메탈 코아 PCB 등을 선택적으로 사용할 수 있다.
한편, 광학 부재(154)는 발광 소자 패키지(100A)의 상부에 배치될 수 있다. 광학 부재(154)는 발광 소자 패키지(100A)로부터 소정 거리(D)만큼 이격되어 배치될 수 있다. 여기서, 소정 거리(D)란, 광학 부재(154)의 저면(154-1)과 발광 소자 패키지(100A)의 상면까지의 거리로서 정의될 수 있다. 광학 부재(154)와 회로 기판(152) 사이의 공간은 공기로 채워지거나 도광판(미도시)으로 채워질 수 있다. 만일, 광학 부재(154)와 회로 기판(152) 사이의 공간이 공기로 채워질 경우, 소정 거리(D)를 에어 갭(air gap)이라 할 수 있다.
광학 부재(154)는 단일 층 또는 다층으로 형성될 수 있으며, 요철 패턴이 최상층 또는 어느 한 층의 표면에 형성될 수 있다. 요철 패턴은 발광 소자 패키지(100A)에 따라 배치되는 스트라이프 형상을 가질 수도 있다.
경우에 따라, 광학 부재(154)는 적어도 하나의 시트로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 광학 부재(154)는 확산 시트, 프리즘 시트, 휘도 강화 시트 등을 선택적으로 포함할 수 있다. 확산 시트는 발광 소자 패키지(100A)로부터 출사된 광을 확산시키는 역할을 하며 확산 효과를 증가시키기 위해 상부 표면에 요철 패턴을 형성할 수도 있다. 프리즘 시트는 확산된 광을 발광 영역으로 가이드하는 역할을 한다. 휘도 확산 시트는 휘도를 강화시키는 역할을 한다.
또한, 도 7에 도시된 조명 장치(200)가 디스플레이 모듈일 경우, 도 7에 도시된 조명 장치(200)는 디스플레이 패널(160)을 더 포함할 수도 있다. 그러나, 도 7에 도시된 조명 장치(200)가 백 라이트 유닛일 경우, 디스플레이 패널(160)은 생략될 수 있다. 이 경우, 회로 기판(152)과, 발광 소자 패키지(100A)들과, 광학 부재(154)는 백 라이트 유닛(150)에 해당한다.
디스플레이 패널(160)은 서로 마주하여 균일한 셀 갭이 유지되도록 합착된 컬러필터 기판(미도시)과 TFT(Thin Film Transistor) 기판(미도시)을 포함하며, 두 기판의 사이에 액정층(미도시)이 개재될 수 있다. 그리고, 디스플레이 패널(160)의 상측 및 하측에는 각각 상부 편광판(미도시) 및 하부 편광판(미도시)이 배치될 수 있으며, 보다 자세하게는 컬러필터 기판의 상면에 상부 편광판이 배치되고, TFT 기판의 하면에 하부 편광판이 배치될 수 있다. 또한, 도시하지 않았지만, 디스플레이 패널(160)의 측면에는 패널(160)을 구동시키기 위한 구동 신호를 생성하는 게이트 및 데이터 구동부가 구비될 수도 있다.
이하, 비교 례에 의한 발광 소자 패키지와 실시 예에 의한 발광 소자 패키지(100A, 100B, 100C, 100D)를 다음과 같이 설명한다. 비교 례에 의한 발광 소자 패키지는 실시 예에 의한 발광 소자 패키지(100A, 100B, 100C, 100D)에서 반사층(130)과 보호층(140A, 140B)이 생략된 경우이다.
먼저, 비교 례와 실시 예의 발광 소자 패키지 각각의 조도 분포에 대해 살펴보면 다음과 같다. 조도 분포는 반치폭(FWHM)과 지향각을 통해 알 수 있다.
비교 례에 의한 발광 소자 패키지의 경우, 렌즈(120)의 직경(L2)은 4 ㎜이고, 도 7에 도시된 에어 갭(D)이 10 ㎜일 경우 조도 반치폭(FWHM)은 26 ㎜이다.
도 8a 및 도 8b는 실시 예에 의한 발광 소자 패키지(100A, 100B, 100C, 100D)의 평면 이미지 및 지향각 분포를 각각 나타낸다.
반면에, 실시 예에 의한 발광 소자 패키지(100A, 100B, 100C, 100D)의 경우, 렌즈(120)의 직경(L2)은 1.4 ㎜로서 비교 례보다 훨씬 작고, 에어 갭(D)이 10 ㎜일 때 광 조도 영역의 FWHM은 30 ㎜까지 증가할 수 있다.
전술한 표 1을 참조하면, 반사층(130)이 배치되지 않을 때, 즉, 반사율이 0%인 경우와 비교할 때, 30% 내지 80%의 반사율을 갖는 반사층(130)이 렌즈(120)의 탑면에 배치될 경우 광 조도 분포 영역이 증가함을 알 수 있다. 이와 같이, 렌즈(120)의 탑면에 반사층(130)을 배치함으로써 렌즈(120)로부터 출사되는 광의 커버 영역이 증가할 수 있다. 이와 같이, 실시 예에 의한 발광 소자 패키지(100A, 100B, 100C, 100D)는 도 8a에 도시된 바와 같이 렌즈(120)의 중앙에 암부가 발생되지 않으면서 조도 분포 영역이 넓어져서 도 8b에 도시된 바와 같이 높은 지향각을 가질 수 있다.
또한, 비교 례보다 실시 예에 의한 발광 소자 패키지(100A, 100B, 100C, 100D)는 더 넓은 광 조도 분포 영역을 갖기 때문에 7에 도시된 바와 같이 백 라이트 유닛(150)에 적용될 경우, 발광 소자 패키지(100A, 100B, 100C, 100D)의 개수를 감소시킬 수 있어 제조 원가가 절감될 수 있다.
또한, 실시 예에 의한 발광 소자 패키지(100A, 100B, 100C, 100D)의 경우 렌즈(120)와 발광 소자(110)가 일체로 구현되기 때문에, 발광 소자(110)와 렌즈(120)가 일체로 구현되지 않을 때보다 광속이 10% 이상 향상될 수 있다.
또한, 전술한 바와 같이, 실시 예에 의한 발광 소자 패키지(100A, 100B, 100C, 100D)는 렌즈(120)의 상부에 반사층(130)을 배치함으로써, 기존의 발광 소자(110)의 크기와 유사한 크기로 렌즈(120)의 크기(또는, 체적)(H1, H2, L2)를 줄일 수 있다.
즉, 비교 례의 경우 렌즈(120)의 최대 높이(H1max)가 낮을수록 광 조도 영역이 증가하지만 렌즈(120)의 최대 높이(H1max)가 1 ㎜ 이하로 낮아지면 렌즈(120)의 중심으로 투과되는 빛의 많아져 광 조도 분포가 줄어들 수 있다. 그러나, 실시 예에 의할 경우, 반사층(130)을 렌즈(120)의 상부에 배치함으로서, 렌즈(120)의 최대 높이(H1max)를 1 ㎜ 이하로 줄일 수 있다. 이와 같이, 실시 예에 의하면, 렌즈(120)의 두께에 해당하는 제1 높이(H1)를 줄여도 렌즈(120)의 중심을 통해 광이 투과하지 않는다.
또한, 비교 례의 경우, 리세스부의 최저 정점(AP)의 제2 높이(H2)가 0.8 ㎜ 이하보다 낮을 경우 렌즈(120)의 중심으로 투과되는 빛이 증가하여 광 조도 분포 영역이 감소할 수 있다. 그러나, 실시 예에 의한 발광 소자 패키지(100A, 100B, 100C, 100D)의 경우 렌즈(120)의 탑면에 반사층(130)을 배치함으로써 제2 높이(H2)를 0.8 ㎜이하로 줄일 수 있다.
또한, 실시 예에 의할 경우 렌즈(120)의 직경(L2)을 기존의 발광 소자(110)의 크기인 1.3 ㎜와 유사한 1.4 ㎜으로 줄일 수 있다. 더우기, 실시 예의 경우 렌즈(120)의 직경을 1.4 ㎜로 줄이면서도 비교 례에 의한 발광 소자 패키지에서 렌즈(120)의 직경이 4 ㎜인 경우와 동일한 성능을 보여줄 수 있다.
결국 전술한 바와 같이, 실시 예에 의한 발광 소자 패키지(100A, 100B, 100C, 100D)의 경우 렌즈(120)의 체적이 줄어들기 때문에, 렌즈(120)를 구현하는 고가의 실리콘 재료를 절감시킴으로써 제조 원가를 줄일 수 있고, 제조 공정에서 렌즈(120)를 몰딩하기 위한 추가 프레임 설치 공정 및 추가 프레임에 발광 소자를 실장하는 공정이 생략될 수 있어, 제조 공정이 단순화될 수 있다.
또한, 렌즈(120)의 체적의 축소화로 인해, 비교 례보다 동일한 기판(152) 내에 실장될 수 있는 발광 소자 패키지(100A, 100B, 100C, 100D)의 개수가 증가하여 제조 공정에 소요되는 시간이 단축될 수 있다.
또한, 실시 예에 의한 발광 소자 패키지(100A, 100B, 100C, 100D)는 고지향각을 가지므로, 도 7에 도시된 소정 거리(D)를 줄일 수 있어 조명 장치(200)를 슬림(slim)화시킬 수 있어 조명 장치의 디자인을 향상시킬 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, 100D: 발광 소자 패키지
110, 110A, 110B, 110C: 발광 소자 120: 렌즈
130: 반사층 140A, 140B: 보호층
150: 백 라이트 유닛 152: 회로 기판
154: 광학 부재 160: 디스플레이 패널
200: 조명 장치
110, 110A, 110B, 110C: 발광 소자 120: 렌즈
130: 반사층 140A, 140B: 보호층
150: 백 라이트 유닛 152: 회로 기판
154: 광학 부재 160: 디스플레이 패널
200: 조명 장치
Claims (19)
- 발광 소자;
상기 발광 소자 위에 배치된 렌즈; 및
상기 렌즈의 탑면에 배치되어, 상기 발광 소자로부터 방출되어 상기 렌즈를 경유한 광을 반사시키는 반사층을 포함하는 발광 소자 패키지. - 제1 항에 있어서, 상기 발광 소자로부터 방출된 광은 상기 발광 소자의 상부와 측부를 통해 출사되고,
상기 렌즈는 상기 발광 소자의 상기 상부 및 상기 측부를 감싸면서 상기 발광 소자와 일체로 형성된 발광 소자 패키지. - 제1 항에 있어서, 상기 렌즈의 상기 탑면은
곡면 또는 평평한 면 중 적어도 하나를 포함하는 리세스부를 포함하는 발광 소자 패키지. - 제3 항에 있어서, 상기 리세스부는 곡면을 갖고, 상기 리세스부의 곡률 반경과 상기 반사층의 곡률 반경은 서로 동일한 발광 소자 패키지.
- 제3 항에 있어서, 상기 리세스부는 평평한 면을 갖고, 상기 발광 소자의 광축을 기준으로 상기 리세스부가 경사진 각도와 상기 반사층이 경사진 각도는 서로 동일한 발광 소자 패키지.
- 제3 항에 있어서, 상기 리세스부의 중심은 상기 발광 소자의 광축 상에 위치하는 발광 소자 패키지.
- 제1 항에 있어서, 상기 반사층은
Ag, Ni, Al, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au, Hf, 또는 TiO2 중 적어도 하나를 포함하는 금속 또는 합금으로 이루어지거나 DBR을 포함하는 발광 소자 패키지. - 제1 항에 있어서, 상기 반사층의 반사율은 30% 내지 80%인 발광 소자 패키지.
- 제1 항에 있어서, 상기 반사층은 상기 렌즈의 탑면에 코팅된 형태로 배치된 발광 소자 패키지.
- 제3 항에 있어서, 상기 리세스부의 최저 정점의 높이는 상기 발광 소자의 높이보다 0.5㎜ 이상 더 큰 발광 소자 패키지.
- 제10 항에 있어서, 상기 리세스부의 최저 정점의 높이는 0.35㎜ 내지 0.8㎜인 발광 소자 패키지.
- 제3 항에 있어서, 상기 렌즈의 최대 높이는 상기 리세스부의 최저 정점의 높이보다 0.2㎜ 이상 더 큰 발광 소자 패키지.
- 제12 항에 있어서, 상기 렌즈의 최대 높이는 0.55 ㎜ 내지 1㎜인 발광 소자 패키지.
- 제1 항에 있어서, 상기 렌즈의 직경은 상기 발광 소자의 길이 이상인 발광 소자 패키지.
- 제14 항에 있어서, 상기 렌즈의 직경은 1.4㎜인 발광 소자 패키지.
- 제1 항에 있어서, 상기 반사층의 위에 배치되며 상기 렌즈의 상기 탑면과 접촉하는 보호층을 더 포함하는 발광 소자 패키지.
- 제16 항에 있어서, 상기 보호층은 상기 반사층의 상부와 측부를 감싸도록 배치되는 발광 소자 패키지.
- 제17 항에 있어서, 상기 반사층은 상기 렌즈의 탑면의 가장 자리를 제외한 중앙에 배치되고,
상기 보호층은 상기 렌즈의 탑면의 가장 자리와, 상기 반사층의 측부, 및 상기 반사층의 상부 가장 자리에 배치되는 발광 소자 패키지. - 제1 항 내지 제18 항 중 어느 한 항에 기재된 상기 발광 소자 패키지; 및
상기 발광 소자 패키지의 상부에 배치된 광학 부재를 포함하는 조명 장치.
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| JP2007088084A (ja) * | 2005-09-20 | 2007-04-05 | Matsushita Electric Works Ltd | 発光装置 |
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