KR20170099650A - 발광 소자 패키지 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 기술적 사상에 의한 발광 소자 패키지는, 수평 방향으로 서로 이격되어 배치되는 복수의 발광 구조물들; 상기 복수의 발광 구조물들 상에 형성되고, 굴절률이 서로 다른 복수의 층들을 포함하는 중간층; 및 상기 중간층 상에 형성되고, 상기 복수의 발광 구조물들 중 적어도 두 개 이상의 발광 구조물들과 각각 대응되도록 배치되는 파장 변환층;을 포함할 수 있다.

Description

발광 소자 패키지 및 그 제조 방법{Light emitting device package and method of manufacturing the same}
본 발명의 기술적 사상은 발광 소자 패키지 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 특히 다양한 색을 구현할 수 있는 발광 소자 패키지 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
반도체 발광 소자는 긴 수명, 낮은 소비전력, 빠른 응답 속도, 환경 친화성 등의 장점을 가지며, 조명 장치, 디스플레이 장치의 백라이트 등 다양한 제품에서 광원으로 이용되고 있다. 이에 따라, 반도체 발광 소자의 광 효율을 개선하는 동시에 제조 비용을 절감할 수 있는 발광 소자 패키지를 위한 연구가 요구되고 있다.
본 발명의 기술적 사상이 이루고자 하는 기술적 과제는, 발광 소자 패키지의 광 효율을 향상시키는 동시에 제조 비용을 절감시키는 발광 소자 패키지 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 기술적 사상에 의한 일 양태에 따른 발광 소자 패키지는, 수평 방향으로 서로 이격되어 배치되는 복수의 발광 구조물들; 상기 복수의 발광 구조물들 상에 형성되고, 굴절률이 서로 다른 복수의 층들을 포함하는 중간층; 상기 중간층 상에 형성되고, 상기 복수의 발광 구조물들 중 적어도 두 개 이상의 발광 구조물들과 각각 대응되도록 배치되는 파장 변환층; 및 상기 중간층 및 상기 파장 변환층을 덮고, 상기 파장 변환층의 사이를 채우는 봉지 부재;를 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 봉지 부재는 약 40% 내지 약 100%의 광 투과도를 가지는 물질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 발광 소자 패키지일 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 중간층은 굴절률이 서로 다른 층들이 교대로 적층된 구조인 것을 특징으로 하는 발광 소자 패키지일 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 파장 변환층 각각의 너비는, 상기 파장 변환층과 오버랩되는 상기 적어도 두 개 이상의 발광 구조물들 각각의 너비보다 넓은 것을 특징으로 하는 발광 소자 패키지일 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 파장 변환층은 파장 변환 물질 및 파장 변환 물질의 농도 중 적어도 하나가 다른 것을 특징으로 하는 발광 소자 패키지일 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 파장 변환층 중 적어도 하나의 파장 변환층 상에 형성되는 필터층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 소자 패키지일 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 복수의 발광 구조물들은 제1 내지 제3 발광 구조물들을 포함하고, 상기 제1 내지 제3 발광 구조물들은 동일한 파장 대역의 광을 방출하고, 상기 파장 변환층은 입사한 광을 적색광, 녹색광, 및 청색광으로 변환시키는 형광체들을 각각 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 소자 패키지일 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 중간층은 상기 제1 및 제2 발광 구조물 상에서 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 발광 소자 패키지일 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 중간층은 서로 이격되어 배치되는 복수의 중간층들이고, 상기 복수의 중간층들은, 상기 복수의 발광 구조물들과 각각 대응되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 발광 소자 패키지일 수 있다.
본 발명의 기술적 사상에 의한 일 양태에 따른 발광 소자 패키지는,수평방향으로 서로 이격되어 배치되는 복수의 발광 구조물들; 상기 복수의 발광 구조물들 상에 형성되고, 복수의 홀들을 포함하는 중간층; 및 상기 중간층 상에 형성되고, 상기 복수의 발광 구조물들 중 적어도 두 개 이상의 발광 구조물들과 각각 대응되도록 배치되는 파장 변환층;을 포함하는 발광 소자 패키지일 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 중간층 및 상기 파장 변환층은 다음의 관계를 가지는 것을 특징으로 하는 발광 소자 패키지일 수 있다.
tan-1(D2/(H2) < tan-1(D1/H1)
이 때, D1는 상기 파장 변환층 중 인접한 파장 변환층 간의 이격 거리이고, H1는 상기 파장 변환층의 높이이고, D2는 상기 홀의 직경이고, H2는 상기 홀의 깊이이다.
일부 실시예들에서, 상기 복수의 홀들은 상기 복수의 발광 구조물들과 오버랩되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 발광 소자 패키지일 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 지향간 조절층 중 상기 복수의 발광 구조물들과 오버랩되는 제1 구간의 상면은 제1 레벨을 가지고, 상기 중간층 중 상기 복수의 발광 구조물들과 오버랩되지 않는 제2 구간의 상면은 제2 레벨을 가지며, 상기 제2 레벨은 상기 제1 레벨보다 높은 것을 특징으로 하는 발광 소자 패키지일 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 파장 변환층들은, 상기 중간층 중 상기 제1 구간 상에 배치되고, 상기 파장 변환층의 측면의 적어도 일부는 상기 중간층 중 상기 제2 구간에 의해 감싸지는 것을 특징으로 하는 발광 소자 패키지일 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 복수의 홀들의 내측면을 덮는 반사막을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 소자 패키지일 수 있다.
본 발명의 기술적 사상에 따른 발광 소자 패키지 및 그 제조 방법은, 파장 변환층들 사이에 광 혼합 방지용 격벽을 제거하고, 발광 구조물과 파장 변환층 사이에 광의 지향각을 조절하는 중간층을 도입할 수 있다. 발광 구조물과 파장 변환층 사이에 개재된 중간층은 발광 구조물들 및 파장 변환층들을 통과한 광들의 색 혼합을 방지할 수 있다. 이와 동시에, 파장 변환층들 사이에 광 투과도가 높은 봉지 부재를 형성하여, 발광 소자 패키지의 광 추출 효율을 개선하고 제조 비용을 절감할 수 있다.
도 1는 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따른 발광 소자 패키지의 평면도이다.
도 2a 및 2b는 도 1의 Ⅰ-Ⅰ선 단면에 대응하는 구성을 포함하는 실시예들을 나타내는 단면도들이다.
도 3은 도 2a의 A 부분을 확대하여 나타낸 것으로, 광의 진행 경로를 예시한 도면이다.
도 4는 도 2a의 B 부분을 확대하여 나타낸 것으로, 중간층과 파장 변환층 간의 관계 및 광의 진행 경로를 예시한 도면이다.
도 5는 도 1의 Ⅱ- Ⅱ선 단면에 대응하는 구성을 예시한 단면도이다.
도 6은 도 5의 C 부분을 확대하여 나타낸 것으로, 발광 구조물 및 전극을 예시한 도면이다.
도 7은 도 1의 발광 소자 패키지의 광의 진행 경로를 예시한 단면도이다.
도 8 내지 도 12b, 및 도 14는 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따른 발광 소자 패키지들의 단면도들이다.
도 13은 도 12a의 D 부분을 확대하여 나타낸 것으로, 중간층과 파장 변환층 간의 관계 및 광의 진행 경로를 예시한 도면이다.
도 15는 도 14의 E 부분을 확대하여 나타낸 것으로, 중간층과 파장 변환층간의 관계 및 광의 진행 경로를 예시한 도면이다.
도 16a 내지 도 16g는 도 2a 내지 도 6의 발광 소자 패키지의 제조 방법을 설명하기 위하여 공정 순서에 따라 도시한 단면도들이다.
도 17a 내지 도 17c는 도 11의 발광 소자 패키지의 제조 방법을 설명하기 위하여 공정 순서에 따라 도시한 단면도들이다.
도 18a 내지 도 18c는 도 12a의 발광 소자 패키지의 제조 방법을 설명하기 위하여 공정 순서에 따라 도시한 단면도들이다.
도 19a 내지 도 19c는 도 14의 발광 소자 패키지의 제조 방법을 설명하기 위하여 공정 순서에 따라 도시한 단면도들이다.
도 20는 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따른 반도체 발광 소자 또는 발광 소자 패키지에 채용 가능한 파장 변환 물질을 설명하기 위한 CIE 좌표계이다.
도 21은 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따른 발광 소자 패키지를 포함하는 디스플레이 패널을 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 22은 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따른 발광 소자 패키지를 포함하는 백라이트 유닛의 사시도이다.
도 23은 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따른 발광 소자 패키지를 포함하는 직하형 백라이트 유닛의 단면도이다.
도 24는 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따른 광원 모듈이 채용된 조명 장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 25은 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따른 발광 소자 패키지를 포함하는 평판 조명 장치의 사시도이다.
도 26은 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따른 발광 소자 패키지를 포함하는 램프의 분해 사시도이다.
도 27은 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따른 발광 소자 패키지를 포함하는 바(bar) 타입의 램프의 분해 사시도이다.
도 28은 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따른 발광 소자 패키지를 포함하는 실내용 조명 제어 네트워크 시스템의 개략도이다.
도 29는 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따른 발광 소자 패키지를 포함하는 개방형 네트워크 시스템이다.
도 30는 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따른 발광 소자 패키지를 포함하는 가시광 무선 통신에 의한 조명 기구의 스마트 엔진과 모바일 기기의 통신 동작을 설명하기 위한 블록도이다.
첨부 도면에 나타난 본 발명의 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명 개념의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들로 인해 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 예를 들면, 제조 기술 및/또는 공차에 따라, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예들은 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 안되며, 제조 과정에서 초래되는 형상의 변화를 포함하여야 한다.
어떤 실시예가 달리 구현 가능한 경우에 특정한 공정 순서는 설명되는 순서와 다르게 수행될 수도 있다. 예를 들어, 연속하여 설명되는 두 공정이 실질적으로 동시에 수행될 수도 있고, 설명되는 순서와 반대의 순서로 수행될 수도 있다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예들을 설명하기 위해 사용된 것으로서, 본 발명 개념을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, “포함한다” 또는 “갖는다” 등의 표현은 명세서에 기재된 특징, 개수, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 개수, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
달리 정의되지 않는 한, 여기에 사용되는 모든 용어들은 기술 용어와 과학 용어를 포함하여 본 발명 개념이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 공통적으로 이해하고 있는 바와 동일한 의미를 지닌다. 또한, 통상적으로 사용되는, 사전에 정의된 바와 같은 용어들은 관련되는 기술의 맥락에서 이들이 의미하는 바와 일관되는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 여기에 명시적으로 정의하지 않는 한 과도하게 형식적인 의미로 해석되어서는 아니 될 것임은 이해될 것이다.
도면상의 동일한 구성 요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고, 이들에 대한 중복된 설명은 간략히 설명하도록 한다. 도면에서의 다양한 요소와 영역은 개략적으로 그려졌으므로, 본 발명 개념은 첨부한 도면에 그려진 상대적인 크기나 간격에 의해 제한되지 않는다.
도 1은 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따른 발광 소자 패키지의 평면도이다. 도 2a는 도 1의 Ⅰ-Ⅰ선 단면에 대응하는 구성을 포함하는 발광 소자 패키지(100)의 단면도이다. 도 5는 도 1의 Ⅱ- Ⅱ선 단면에 대응하는 구성을 포함하는 발광 소자 패키지(100)의 단면도이다. 도 6은 도 5의 C 부분을 확대하여 나타낸 것으로, 발광 구조물 및 전극을 예시한 도면이다.
도 1 및 도 2a를 함께 참조하면, 발광 소자 패키지(100)는, 복수의 발광 구조물들(113), 상기 복수의 발광 구조물들(113)에 연결된 전극(115), 상기 복수의 발광 구조물들(113) 및 상기 전극(115)을 감싸는 제1 봉지 부재(117), 상기 복수의 발광 구조물들(113) 및 상기 제1 봉지 부재(117) 상에 형성되는 중간층(121), 상기 중간층(121) 상에 형성되는 파장 변환층(123), 및 상기 중간층(121)과 상기 파장 변환층(123)을 감싸는 제2 봉지 부재(125)를 포함할 수 있다.
상기 복수의 발광 구조물들(113)은 제1 내지 제3 발광 구조물(113_1, 113_2, 113_3)을 포함할 수 있다. 상기 제1 내지 제3 발광 구조물(113_1, 113_2, 113_3)은 수평 방향(X방향)으로 서로 이격되어 배치될 수 있다. 도 5 및 도 6을 함께 참조하면, 상기 제1 발광 구조물(113_1)은 제1 도전형 반도체층(113s1), 활성층(113ac), 제2 도전형 반도체층(113s2)이 차례로 적층된 구조를 포함할 수 있다. 상기 제1 및 제2 도전형 반도체층(113s1, 113s2)은 제1 및 제2 전극(115s1, 115s2)과 각각 연결될 수 있다. 상세한 설명은 도 5 및 도 6을 참조하여 후술하도록 한다.
상기 제1 발광 구조물(113_1)은 상기 제1 발광 구조물(113_1)을 구성하는 화합물 반도체의 재질에 따라 청색, 녹색, 적색 또는 자외선 등을 발광할 수 있다. 다만 상기 제1 발광 구조물(113_1) 상에 형성된 상기 제1 파장 변환층(123_1)에 의해, 상기 제1 발광 구조물(113_1)로부터 발생하는 광의 파장이 변환되어 다양한 색의 광이 출력될 수 있다.
이 때, 상기 제2 및 제3 발광 구조물(113_2, 113_3)은 상기 제1 발광 구조물(113_1)과 동일한 구조로서, 상기 제1 발광 구조물(113_1)과 동일한 파장 대역을 가지는 광을 방출할 수 있다. 상기 제2 및 제3 발광 구조물(113_2, 113_3)로부터 발생하는 광은 상기 제2 및 제3 발광 구조물(113_2, 113_3) 상에 각각 형성되는 제2 및 제3 파장 변환층(123_2, 123_3)에 의해 파장 변환될 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 내지 제3 발광 구조물(113_1, 113_2, 113_3) 각각으로부터 동일한 파장 대역의 광이 발생하더라도, 상기 제1 내지 제3 파장 변환층(123_1, 123_2, 123_3) 각각을 통과하면서 서로 다른 파장 대역의 광으로 출력될 수 있다.
상기 제1 내지 제3 발광 구조물(113_1, 113_2, 113_3)의 너비는 상기 제1 내지 제3 파장 변환층(123_1, 123_2, 123_3)의 너비와 실질적으로 동일하거나 더 작을 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 내지 제3 파장 변환층(123_1, 123_2, 123_3) 각각은 상기 제1 내지 제3 발광 구조물(113_1, 113_2, 113_3)의 발광면 전체를 각각 커버할 수 있다. 이에 대해서는 도 9를 참조하여 후술하도록 한다.
상기 복수의 발광 구조물들(113) 및 상기 전극(115)을 감싸도록 제1 봉지 부재(117)가 형성될 수 있다. 상기 제1 봉지 부재(117)는 상기 제1 내지 제3 발광 구조물(113_1, 113_2, 113_3) 각각을 지지할 수 있어야 하므로, 높은 영률(Young’s Modulus)을 가질 수 있다. 또한, 상기 제1 봉지 부재(117)는 상기 제1 내지 제3 발광 구조물(113_1, 113_2, 113_3)에서 발생하는 열을 방출하기 위하여 높은 열 전도도를 갖는 재료를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 봉지 부재(117)는 에폭시 수지 또는 실리콘(silicone) 수지를 포함할 수 있다. 또한, 상기 제1 봉지 부재(117)는 광을 반사시키기 위한 광 반사성 입자를 포함할 수 있다. 상기 광 반사성 입자로는 이산화 티타늄(TiO2) 및/또는 산화 알루미늄(Al2O3)이 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 제1 내지 제3 발광 구조물(113_1, 113_2, 113_3) 상에는 중간층(121)이 형성될 수 있다. 상기 중간층(121)은 서로 다른 굴절률을 갖는 복수의 층들이 적층된 구조를 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 중간층(121)은 서로 다른 굴절률을 갖는 복수의 층들을 포함하는 구조를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 중간층(121)은 제1 층(112a_1, 121a_2)과 제2 층(121b_1, 121b_2)이 두 번 교대로 적층된 구조일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 중간층(121)은 두 개의 층들이 세 번 이상 교대로 적층되거나, 세 개 이상의 층들이 두 번 이상 교대로 적층된 구조를 포함할 수 있다.
상기 제1 층(112a_1, 121a_2)과 상기 제2 층(121b_1, 121b_2)은 서로 다른 투광성 물질을 각각 포함하여 굴절률 차이가 발생할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 층(112a_1, 121a_2)과 상기 제2 층(121b_1, 121b_2)은 서로 다른 굴절률을 갖는 질화물, 탄화물 또는 산화물을 각각 포함할 수 있다. 구체적으로 상기 제1 층(112a_1, 121a_2)과 상기 제2 층(121b_1, 121b_2)은 ZrN, CrN, ZrC, ZnO, TiC, TaC, Ga2O3, Cr2O3, AlN 및 GaN으로 구성된 그룹으로부터 각각 선택된 2종의 층일 수 있다.
한편, 상기 제1 층(112a_1, 121a_2)과 상기 제2 층(121b_1, 121b_2)은 서로 다른 공극 밀도 차이에 의해 굴절률 차이가 발생할 수 있다. 공극은 굴절률이 공기와 동일하므로, 공극 밀도가 높을수록 굴절률이 낮아지는 경향을 가질 수 있다. 따라서, 동종의 물질인 경우에도 공극 밀도를 다르게 형성함으로써 굴절률 차이가 나타날 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 제1 층(112a_1, 121a_2)과 상기 제2 층(121b_1, 121b_2)은 서로 다른 투광 물질을 포함하면서, 서로 다른 공극 밀도 차이를 가질 수 있다.
도 1에서는 상기 제1 층(112a_1, 121a_2)의 두께와 상기 제2 층(121b_1, 121b_2)의 두께가 서로 유사한 것으로 도시되었으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 제1 층(112a_1, 121a_2)과 상기 제2 층(121b_1, 121b_2)의 두께는 서로 다를 수 있다. 또한, 동일한 굴절률을 가지는 복수의 제1 층(112a_1, 121a_2)들도 서로 다른 두께를 가질 수 있다. 동일한 굴절률을 가지는 복수의 제2 층(121b_1, 121b_2)들도 전술한 바와 같다.
전술한 구조를 가지는 상기 중간층(121)은 광의 지향각이 일정 각도 이하가 되도록 좁힐 수 있다. 광의 지향각이란, 상기 중간층(121)과 수직한 방향과, 광의 진행 방향 사이의 각도이다. 상기 제1 내지 제3 발광 구조물(113_1, 113_2, 113_3)로부터 발생한 광은 등방적으로 방사하게 되는데, 상기 제1 내지 제3 발광 구조물(113_1, 113_2, 113_3) 상의 상기 중간층(121)을 거친 광은 상기 중간층(121)과 수직한 방과 근접하게 진행할 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 내지 제3 발광 구조물(113_1, 113_2, 113_3)로부터 발생된 각각의 광은 상기 제1 내지 제3 발광 구조물(113_1, 113_2, 113_3)과 대응되는 제1 내지 제3 파장 변환층(123_1, 123_2, 123_3)으로 각각 입사될 수 있다. 즉, 상기 제1 내지 제3 발광 구조물(113_1, 113_2, 113_3)는 서로 광 간섭을 일으키지 않을 수 있다. 상세한 설명은 도 3을 참조하여 설명하도록 한다.
상기 중간층(121) 상에는 파장 변환층(123)이 배치될 수 있다. 상기 파장 변환층(123)은 복수의 파장 변환층 요소들을 포함할 수 있다. 즉, 상기 파장 변환층(123)은 제1 내지 제3 파장 변환층(123_1, 123_2, 123_3)을 포함할 수 있다. 상기 제1 내지 제3 파장 변환층(123_1, 123_2, 123_3)은 상기 제1 내지 제3 발광 구조물(113_1, 113_2, 113_3)과 수직 방향(Z방향)으로 각각 오버랩되면서 서로 이격되어 배치될 수 있다.
상기 제1 내지 제3 파장 변환층(123_1, 123_2, 123_3)은 파장 변환 물질 및 파장 변환 물질의 농도 중 적어도 하나가 다를 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 내지 제3 파장 변환층(123_1, 123_2, 123_3)은 동일한 파장 대역의 광이 입사하더라도 서로 다른 파장 대역의 광을 방출할 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 제1 내지 제3 발광 구조물(113_1, 113_2, 113_3)이 UV 광을 발광하는 경우, 상기 제1 파장 변환층(123_1)은 적색 형광체를 포함하여 적색광을 투과시킬 수 있다. 또한, 상기 제2 파장 변환층(123_2)은 녹색 형광체를 포함하여 녹색광을 투과시키며, 상기 제3 파장 변환층(123_3)은 청색 형광체를 포함하여 청색광을 투과시킬 수 있다. 다른 실시예들에서, 상기 제1 내지 제3 발광 구조물(113_1, 113_2, 113_3)이 청색광을 발광하는 경우, 상기 제1 파장 변환층(123_1)은 적색 형광체를, 상기 제2 파장 변환층(123_2)은 녹색 형광체를, 상기 제3 파장 변환층(123_3)은 상기 제2 파장 변환층(123_2)보다 저농도의 녹색 형광체를 포함할 수 있다.
상기 제1 내지 제3 파장 변환층(123_1, 123_2, 123_3) 각각은 다른 파장 변환층(123_1, 123_2, 123_3)을 거친 광에 의한 재흡수가 없는 물질로 선택될 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 제1 내지 제3 파장 변환층(123_1, 123_2, 123_3)은 KSF계 형광체를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 제1 내지 제3 파장 변환층(123_1, 123_2, 123_3)에 대해서는 도 20을 참조하여 후술하도록 한다.
도 2a에서는 상기 제1 내지 제3 발광 구조물(113_1, 113_2, 113_3)과 각각 오버랩되는 세 개의 파장 변환층들을 예시하였으나, 본 발명의 기술적 사상이 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 중간층(121) 상에는 상기 제1 내지 제3 발광 구조물(113_1, 113_2, 113_3) 중 적어도 두 개의 발광 구조물들과 각각 오버랩되도록 배치되는 두 개의 파장 변환층들만이 배치될 수 있다. 이에 대해서는 도 8을 참조하여 후술하도록 한다.
상기 제1 내지 제3 파장 변환층(123_1, 123_2, 123_3) 상에 적어도 하나의 필터층이 더 형성될 수 있다. 상기 적어도 하나의 필터층은 특정 파장 대역의 광을 선택적으로 차단하거나, 특정 파장 대역의 광을 보다 선명하게 추출하기 위해 형성될 수 있다. 이에 대해서는 도 11을 참조하여 후술하도록 한다.
상기 중간층(121) 및 상기 파장 변환층(123)은 상기 제2 봉지 부재(125)에 의해 밀봉될 수 있다. 상기 제2 봉지 부재(125)는 상기 파장 변환층(123)의 사이를 채울 수 있다.
상기 제2 봉지 부재(125)는 약 40% 내지 약 100%의 광 투과도를 가지는 물질로 이루어질 수 있다. 특히, 상기 제2 봉지 부재(125)는 약 40% 내지 약 100%의 가시광 투과도를 가지는 물질로 이루어질 수 있다. 상기 제2 봉지 부재(125)는 수지(resin)과 분산제의 혼합으로 형성된 물질로 이루어질 수 있다. 이 때, 상기 제2 봉지 부재(125)의 광 투과도는 상기 제2 봉지 부재(125)에 포함되는 분산제, 예를 들어 탄소(carbon)의 농도에 따라 조절될 수 있다. 또한 상기 제2 봉지 부재(125)는 실리콘옥사이드를 더 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 제2 봉지 부재(125)는 흑색 수지(black resin)일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 제2 봉지 부재(125)는 실리콘 수지(Silicone resin), 에폭시 수지(epoxy resin) 또는 그 혼합 수지 등의 투명 유기 소재를 포함할 수 있으며, 가열, 광 조사, 시간 경과 등의 방식으로 경화하여 사용할 수 있다. 상기 실리콘 수지는 폴리디메틸실록산을 메틸계로, 폴리메틸페닐실록산을 페닐계로 구분하며, 메틸계와 페닐계에 따라 굴절률, 투습률, 광투과율, 내광 안정성, 내열 안정성에 차이를 가지게 된다.
상기 제2 봉지 부재(125)는 상기 파장 변환층(123) 사이에 채워지는 구성임과 동시에, 상기 파장 변환층(123) 상에 형성되는 구성이다. 따라서, 상기 제2 봉지 부재(125)는 광 투과도가 높은 물질들로 이루어질 수 있다.
일반적으로 서로 다른 색을 각각 방출하는 복수의 셀(C1, C2, C3)들을 포함하는 발광 소자 패키지에서는, 복수의 발광 구조물들(113) 및파장 변환층(123) 사이에 색 혼합을 막기 위한 격벽(barrier)이 형성되어 있다. 따라서, 격벽은 광 투과도가 매우 낮은 물질로 이루어진다. 복수의 셀들 중 어느 하나로부터 발생한 광은 상기 격벽에 의해 차단되어 인접한 셀들로 누설되지는 않으나, 격벽 자체에 흡수되어 광 추출 효율이 저하되는 문제가 있다. 또한, 복수의 셀들 사이에 격벽을 형성하기 위한 추가적인 포토 공정 및 에칭 공정이 필요하여 제조 비용이 증가되는 문제가 있다.
본 발명의 기술적 사상에 의한 발광 소자 패키지(100)는, 파장 변환층(123) 사이에 격벽을 제거하고 상기 복수의 발광 구조물(113) 상에 중간층(121)을 도입할 수 있다. 상기 중간층(121)은 복수의 발광 구조물들(113) 및 파장 변환층(123) 사이의 색 혼합을 방지할 수 있다. 이와 동시에, 상기 파장 변환층(123) 사이에 위치하던 격벽이 생략되어, 파장 변환층(123) 사이 및 상면에 광 투과도가 좋은 제2 봉지 부재(125)가 일체적으로 형성될 수 있다. 이에 따라, 상기 발광 소자 패키지(100)의 광 추출 효율이 개선되고 제조 비용이 절감될 수 있다.
도 2a에서는 상기 제2 봉지 부재(125)가 상기 제1 봉지 부재(117)의 측면, 상기 중간층(121)의 측면 및 상면, 상기 파장 변환층(123)의 측면 및 상면을 밀봉하는 것으로 도시되었으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
도 2b의 발광 소자 패키지(100')를 참조하면, 상기 제2 봉지 부재(125')는 상기 제1 봉지 부재(117)의 측면 및 상기 중간층(121)의 측면을 밀봉하지 않을 수 있다.
도 3은 도 2a의 A 부분을 확대하여 나타낸 것으로, 광의 진행 경로를 예시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 제1 발광 구조물(113_1) 상에 제1 층(112a_1), 제2 층(112b_1), 제1 층(112a_2), 및 제2 층(112b_2)이 차례로 적층된 중간층(121)이 형성되어 있다.
먼저, 상기 제1 발광 구조물(113_1)과 상기 중간층(121) 사이의 계면을 참조하면, 광은 다른 굴절률을 갖는 영역을 통과할 때 소정 각도로 굴절될 수 있다.
상기 제1 발광 구조물(113_1)로부터 발생한 광은 등방적으로 방사되는데, 상기 중간층(121)으로 입사하는 광 중 전반사 임계각 이상으로 입사하는 광(La)은 상기 중간층(121)을 투과하지 못하고 전반사될 수 있다. 또한, 상기 중간층(121)으로 입사하는 광 중 수직, 즉 O도로 입사하는 광(Lc)은 굴절되지 않고 상기 중간층(121)을 투과할 수 있다.
상기 중간층(121)으로 입사하는 광 중 0도 초과 내지 전반사 임계각 미만으로 입사하는 광(Lb)은 상기 중간층(121) 내에서 소정 각도로 굴절하여 방출될 수 있다. 이 때, 상기 중간층(121)은 서로 다른 굴절률을 가지는 상기 제1 층(112a_1, 121a_2)과 상기 제2 층(121b_1, 121b_2)을 포함할 수 있는데, 상기 제1 층(112a_1, 121a_2)과 상기 제2 층(121b_1, 121b_2)을 투과하는 광(Lb)의 기울기는 굴절률 차이에 의해 커짐과 작아짐을 반복할 수 있다. 따라서, 상기 제1 층(112a_1, 121a_2)과 상기 제2 층(121b_1, 121b_2)의 굴절률과 두께를 적절히 조절하여 광(Lb)의 진행 경로를 제어할 수 있다.
상기 제1 층(112a_1, 121a_2)과 상기 제2 층(121b_1, 121b_2)의 굴절률과 두께는, 광(Lb)의 진행 경로 또는 지향각 광(Lb)이, 상기 광(Lb)이 발생한 발광 구조물(113_1, 113_2, 113_3)과 대응하는 파장 변환층(123_1, 123_2, 123_3)만을 통과하는 하도록 결정될 수 있다. 상세한 설명은 도 4를 참조하여 설명하도록 한다.
도 4는 도 2a의 B 부분을 확대하여 나타낸 것으로, 중간층과 파장 변환층 간의 관계 및 광의 진행 경로를 예시한 도면이다.
도 4를 참조하면, 제1 발광 구조물(113_1) 및 상기 제1 발광 구조물(113_2)과 인접한 제2 발광 구조물(113_1) 상에 중간층(121)이 형성되어 있다. 상기 중간층(121) 상에는 상기 제1 및 제2 발광 구조물(113_1, 113_2)과 각각 수직 방향(Y방향)으로 오버랩되는 제1 및 제2 파장 변환층(123_1, 123_2)이 배치되어 있다.
상기 제1 발광 구조물(113_1)의 중심부로부터 발생한 제1 광(L1E)은 상기 중간층(121)에 의해 지향각이 좁아지도록 굴절된 후 상기 제1 파장 변환층(123_1)으로 입사될 수 있다. 상기 제1 광(L1E)은 파장 변환을 거쳐 상기 제1 파장 변환층(123_1)의 측벽을 둘러싸는 제2 봉지 부재(125)에 의해 제1 반사광(L1R)이 되어 외부로 방출되거나, 제2 봉지 부재(125)를 투과하는 투과광(L1T)이 되어 직접 방출될 수 있다. 즉, 상기 제1 광(L1E)은 상기 중간층(121)에 의해 상기 제1 파장 변환층(123_1)을 통과하도록 굴절되므로 제2 파장 변환층(123_2)으로의 광 누설이 문제되지 않을 수 있다. 또한, 상기 제1 광(L1E)의 일부가 상기 제2 파장 변환층(123_2)을 향하는 방향으로 입사하더라도, 상기 제1 광(L1E)의 입사각이 전반사 임계각 이상이 되어 광 누설 문제가 발생하지 않을 수 있다.
한편, 상기 제1 발광 구조물(113_1)의 가장자리로부터 발생한 제2 광(L2E) 또한 상기 중간층(121)에 의해 지향각이 좁아지도록 굴절된 후 상기 제1 파장 변환층(123_1)으로 입사될 수 있다. 상기 제2 광(L2E)은 상기 제2 봉지 부재(125)에 의해 제2 반사광(L2R)이 되어 외부로 방출되거나, 제2 봉지 부재(125)를 투과하는 투과광(L2T)이 되어 직접 방출될 수 있다.
다만, 상기 제2 광(L2E)의 일부인 상기 투과광(L2T)은 상기 제1 파장 변환층(123_1)과 인접한 제2 파장 변환층(123_2)의 부근에서 발생할 수 있다. 따라서, 상기 중간층(121) 및 상기 제1 내지 제2 파장 변환층(123_1, 123_2)은 다음의 식 (1)의 관계를 가진다.
tan θ < D/H - 식 (1)
θ는 상기 제1 발광 구조물(113_1)로부터 발생한 광(L2E)이 상기 중간층(121)의 상면으로부터 방출될 때의 지향각이다. D은 서로 인접한 상기 제1 및 제2 파장 변환층(123_1, 123_2) 간의 이격 거리이다. H은 상기 제1 및 제2 파장 변환층(123_1, 123_2)의 높이이다.
도 4를 참조하면, 상기 식(1)의 조건은 다음과 같은 관계를 가질 수 있다. 지향각(θ1)은 상기 제1 발광 구조물(113_1)로부터 발생한 광(L2E) 중 상기 중간층(121)의 상면으로부터 방출되는 투과광(L2T)의 굴절각이다. 상기 지향각(θ1)은, 제1 및 제2 파장 변환층(123_1, 123_2)의 높이(H1) 대비 상기 제1 및 제2 파장 변환층(123_1, 123_2) 간의 이격 거리(D1)의 역탄젠트(arctangent) 값인 각(angle)(θ2)보다 작다. 이에 따라, 상기 제1 파장 변환층(123_1)을 벗어난 투과광(L2T)이 상기 제2 파장 변환층(123_2)으로 누설되지 않을 수 있다.
상기 지향각(θ1) 조건을 충족하기 위하여 상기 중간층(121)의 제1 층(112a_1, 121a_2)과 제2 층(121b_1, 121b_2)의 굴절률 및 두께를 조절할 수 있음은 도 3을 참조하여 전술한 바와 같다.
식 (1)에 나타난 관계는 상기 제1 발광 구조물(113_1)으로부터 발생하는 광, 상기 중간층(121) 및 제1 및 제2 파장 변환층(123_1, 123_2)을 예시하여 설명하였으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 식 (1)에 나타난 관계는 제2 또는 제3 발광 구조물(113_2, 113_3)로부터 발생하는 광, 상기 중간층(121) 및 상기 제2 및 제3 파장 변환층(123_2, 123_3)의 관계에도 적용될 수 있다.
도 5는 도 1의 Ⅱ- Ⅱ선 단면에 대응하는 구성을 예시한 단면도이다. 도 6은 도 5의 C 부분을 확대하여 나타낸 것으로, 발광 구조물 및 전극을 예시한 도면이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 제1 발광 구조물(113_1)은 제1 도전형 반도체층(113s1), 활성층(113ac), 제2 도전형 반도체층(113s2)이 차례로 적층된 구조를 포함할 수 있다. 상기 제1 및 제2 도전형 반도체층(113s1, 113s2)은 각각 p형 및 n형 불순물이 도핑된 반도체로 이루어질 수 있다. 반대로, 상기 제1 및 제2 도전형 반도체층(113s1, 113s2)은 각각 n형 및 p형 불순물이 도핑된 반도체로 이루어질 수 있다. 상기 제1 및 제2 도전형 반도체층(113s1, 113s2)은 질화물 반도체, 예를 들어 AlxInyGa(1-x-y)N(0<x<1, 0<y<1, 0<x+y<1)로 이루어질 수 있다. 다만, 상기 제1 및 제2 도전형 반도체층(113s1, 113s2)은 상기 질화물 반도체 외에도 GaAs계 반도체나 GaP계 반도체로 이루어질 수 있다. 상기 제1 도전형 반도체층(113s1), 상기 활성층(113ac), 및 상기 제2 도전형 반도체층(113s2)은 에피택셜층일 수 있다.
상기 제1 및 제2 도전형 반도체층(113s1, 113s2)사이에 개재되는 상기 활성층(113ac)은 전자와 정공의 재결합에 의해 소정의 에너지를 갖는 광을 방출할 수 있다. 상기 활성층(113ac)은 양자 우물층과 양자 장벽층이 서로 교대로 적층된 다중 양자 우물(MQW) 구조, 예를 들어 InGaN/GaN 또는 AlGaN/GaN 구조로 이루어질 수 있다. 또한 상기 활성층(113ac)은 단일 양자 우물(SQW) 구조일 수 있다. 상기 제1 발광 구조물(113_1)은 상기 제1 발광 구조물(113_1)을 구성하는 화합물 반도체의 재질에 따라 청색, 녹색, 적색 또는 자외선 등을 발광할 수 있다. 다만 상기 제1 발광 구조물(113_1) 상에 형성된 상기 제1 파장 변환층(123_1)에 의해, 상기 제1 발광 구조물(113_1)로부터 발생하는 광의 파장이 변환되어 다양한 색의 광이 출력될 수 있다.
상기 제1 및 제2 도전형 반도체층(113s1, 113s2)은 제1 및 제2 전극(115s1, 115s2)과 각각 연결될 수 있다. 구체적으로, 상기 제1 도전형 반도체층(113s1)은 상기 제2 도전형 반도체층(113s2) 및 상기 활성층(113ac)을 관통하는 관통홀에 의해 노출될 수 있다. 상기 관통홀 내에서 절연막(114)에 의해 한정되는 공간에 상기 제1 도전형 반도체층(113s1)과 연결되도록 상기 제1 전극(115s1)이 형성될 수 있다. 상기 절연막(114)은 상기 관통홀의 내측벽 및 상기 제2 도전형 반도체층(113s2)의 하면에 형성되어, 상기 제1 전극(115s1)과 상기 활성층(113ac) 및 상기 제2 전극(115s2) 사이의 직접적인 전기적 연결을 방지한다. 또한 상기 제2 도전형 반도체층(113s2)은 상기 제2 도전형 반도체층(113s2) 상에 형성된 절연막(114)을 관통하여 상기 제2 전극(115s2)과 연결될 수 있다.
상기 제1 및 제2 전극(115s1, 115s2)의 측면은 상기 제1 봉지 부재(117)으로 덮힐 수 있으나, 상기 제1 및 제2 전극(115s1, 115s2)의 하면은 외부로 노출될 수 있다. 상기 제1 및 제2 전극(115s1, 115s2)의 하면은 상기 발광 소자 패키지(100)가 실장된 기판(미도시)에 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 발광 소자 패키지(100)의 상기 제1 및 제2 전극(115s1, 115s2)은 공면(co-planar)에 형성된 구조이나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 제1 및 제2 전극(115s1, 115s2)은 다양한 형상으로 배치될 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 제1 및 제2 전극(115s1, 115s2)은 Ag, Ni, Al, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au 등의 물질을 포함할 수 있으며, Ni/Ag, Zn/Ag, Ni/Al, Zn/Al, Pd/Ag, Pd/Al, Ir/Ag. Ir/Au, Pt/Ag, Pt/Al, Ni/Ag/Pt 등과 같이 2층 이상의 구조일 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 제1 및 제2 전극(115s1, 115s2)은 Ni 또는 Cr과 같은 물질로 형성된 시드층을 포함하고, 도금 공정을 이용하여 Au와 같은 전극 물질로 형성될 수 있다.
도 6에서 도시한 상기 제1 도전형 반도체층(113s1), 상기 활성층(113ac), 상기 제2 도전형 반도체층(113s2), 상기 절연층(114), 상기 제1 전극(115s1), 및 상기 제2 전극(115s2)은 상기 제1 발광 구조물(113_1) 및 상기 전극(115)의 전기적 연결 구조를 예시한 것으로, 본 발명의 기술적 사상이 이에 한정되는 것은 아니다. 일부 실시예들에서, 상기 제1 발광 구조물(113_1)은 소정의 에너지를 갖는 광을 방출하는 임의의 소자이고, 상기 전극(115)은 상기 발광 구조물(113_1)에 에너지를 전달하는 다양한 구조를 가질 수 있다.
도 5에서는 도 1의 제1 셀(C1)의 단면 구조만 나타나 있으나, 제2 및 세3 셀(C2, C3)도 상기 제1 셀(C1)과 동일한 구조일 수 있다. 마찬가지로, 도 6에서는 상기 제1 발광 구조물(113_1)만 나타나 있으나, 상기 제2 및 제3 발광 구조물(113_2, 113_3)도 전술한 상기 제1 발광 구조물(113_1)과 동일한 구조일 수 있다.
상기 중간층(121)은 상기 제1 내지 제3 발광 구조물(113_1, 113_2, 113_3) 상에 형성될 수 있다. 상기 파장 변환층(123)은 제1 내지 제3 파장 변환층(123_1, 123_2, 123_3)을 포함할 수 있다. 이 때, 상기 제1 내지 제3 파장 변환층(123_1, 123_2, 123_3) 각각은 상기 제1 내지 제3 발광 구조물(113_1, 113_2, 113_3) 상에 각각 오버랩되도록 배치된다. 이에 따라, 상기 제1 발광 구조물(113_1), 상기 제1 파장 변환층(123_1), 및 상기 중간층(121) 중 상기 제1 발광 구조물(113_1) 및 상기 제1 파장 변환층(123_1)과 오버랩되는 영역은 제1 셀(C1)을 구성할 수 있다. 마찬가지로, 상기 제2 발광 구조물(113_2), 상기 제2 파장 변환층(123_2), 및 상기 중간층(121) 중 상기 제2 발광 구조물(113_2) 및 상기 제2 파장 변환층(123_2)과 오버랩되는 영역은 제2 셀(C2)을 구성할 수 있다. 또한, 상기 제3 발광 구조물(113_3), 상기 제3 파장 변환층(123_3), 및 상기 중간층(121) 중 상기 제3 발광 구조물(113_3) 및 상기 제3 파장 변환층(123_3)과 오버랩되는 영역은 제3 셀(C3)을 구성할 수 있다.
도 7은 도 1의 발광 소자 패키지의 광의 진행 경로를 예시한 단면도이다.
도 7을 참조하면, 도 3 및 도 4에서 전술한 바와 같이, 상기 제1 내지 제3 발광 구조물(113_1, 113_2, 113_3)로부터 각각 발생한 광 중 상기 제1 내지 제3 파장 변환층(123_1, 123_2, 123_3)을 벗어난 투과광이, 인접한 파장 변환층(123_1, 123_2, 123_3)으로 누설되지 않을 수 있다.
도 1 및 도 2a를 함께 참조하면, 각 셀(C1, C2, C3) 내의 발광 구조물(113_1, 113_2, 113_3)로부터 발생한 광은 각 셀(C1, C2, C3) 내의 파장 변환층(123_1, 123_2, 123_3)만을 통과하도록 조절되어, 각 셀(C1, C2, C3)의 구동이 독립적일 수 있다.
예를 들어, 상기 제1 셀(C1)의 제1 발광 구조물(113_1)로부터 발생한 광은 상기 중간층(121)을 통과하면서 지향각이 좁혀질 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 셀(C1)의 제1 발광 구조물(113_1)에서 발생한 광의 일부가 제1 셀(C1)의 제1 파장 변환층(123_1)이 아닌 제2 셀(C2)의 제2 파장 변환층(123_2)으로 입사되어, 구동시키지 않은 제2 셀(C2)로부터 광이 방출되는 문제를 해결할 수 있다.
도 8은 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따른 발광 소자 패키지(200)의 단면도이다. 상기 발광 소자 패키지(200)는 도 1의 발광 소자 패키지(100)와 유사하나, 제3 발광 구조물(113_3) 상에 파장 변환층이 형성되지 않는 차이가 있다. 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 의미하며, 중복되는 설명은 생략하도록 한다.
도 8을 참조하면, 제1 내지 제3 발광 구조물(113_1, 113_2, 113_3) 상에는 중간층(121)이 형성되며, 상기 중간층(121) 상에는 상기 제1 및 제2 발광 구조물(113_1, 113_2)과 각각 오버랩되면서 서로 이격되는 제1 및 제2 파장 변환층(123_1, 123_2)이 배치될 수 있다.
상기 제1 내지 제3 발광 구조물(113_1, 113_2, 113_3)은 청색광을 발광할 수 있다. 이 경우, 상기 제1 파장 변환층(123_1)은 적색 형광체를, 상기 제2 파장 변환층(123_2)은 녹색 형광체를 포함할 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 발광 구조물(113_1)로부터 발생한 광은 상기 제1 파장 변환층(123_1)의 적색 형광체를 통과하여 적색광으로 방출될 수 있다. 또한, 상기 제2 발광 구조물(113_2)로부터 발생한 광은 상기 제2 파장 변환층(123_2)의 녹색 형광체를 통과하여 녹색광으로 방출될 수 있다. 상기 제3 발광 구조물(113_3)로부터 발생한 광은 파장 변환층없이 그대로 방출되어 청색광일 수 있다. 상기 제1 파장 변환층(123_1)의 적색 형광체를 통과하여 적색광으로 방출될 수 있다.
도 9는 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따른 발광 소자 패키지(300)의 단면도이다. 상기 발광 소자 패키지(300)는 도 1의 발광 소자 패키지(100)와 유사하나, 제1 내지 제3 발광 구조물(313_1, 313_2, 313_3)의 너비와 상기 제1 내지 제3 파장 변환층(123_1, 123_2, 123_3)의 너비가 서로 다른 차이가 있다.
도 9를 참조하면, 제1 내지 제3 발광 구조물(313_1, 313_2, 313_3) 상에는 중간층(121)이 형성되며, 상기 중간층(121) 상에는 상기 제1 내지 제3 발광 구조물(113_1, 113_2, 113_3)과 각각 오버랩되면서 서로 이격되는 제1 내지 제3 파장 변환층(123_1, 123_2, 123_3)이 배치될 수 있다.
이 때, 상기 제1 내지 제3 파장 변환층(123_1, 123_2, 123_3)의 너비(W1)는 상기 제1 내지 제3 발광 구조물(113_1, 113_2, 113_3)의 너비(W2)보다 클 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 내지 제3 파장 변환층(123_1, 123_2, 123_3) 각각은 상기 제1 내지 제3 발광 구조물(313_1, 313_2, 313_3)의 발광면 전체를 여유를 두고 커버할 수 있다. 즉, 상기 제1 내지 제3 발광 구조물(113_1, 113_2, 113_3)의 너비(W2)가 자체가 작으므로, 상기 제1 내지 제3 발광 구조물(113_1, 113_2, 113_3)의 사이의 이격 거리가 상대적으로 커져서 상기 제1 내지 제3 발광 구조물(113_1, 113_2, 113_3)로부터 발생한 광에 의한 영향을 상호간에 적게 받을 수 있다.
도 10은 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따른 발광 소자 패키지(400)의 단면도이다. 상기 발광 소자 패키지(400)는 도 1의 발광 소자 패키지(100)와 유사하나, 제1 내지 제3 발광 구조물(313_1, 313_2, 313_3) 상에 서로 이격되어 형성된 중간층(421)을 포함하는 차이가 있다.
도 10을 참조하면, 복수의 중간층(121)들이 제1 내지 제3 발광 구조물(113_1, 113_2, 113_3) 상에 각각 형성될 수 있다. 상기 복수의 중간층(121)들은 상기 제1 내지 제3 발광 구조물(113_1, 113_2, 113_3) 각각의 전면을 모두 커버하도록 형성될 수 있다.
상기 복수의 중간층(121)들 상에는 제1 내지 제3 파장 변환층(123_1, 123_2, 123_3)이 배치될 수 있다.
상기 복수의 중간층(121)들의 측면, 및 인접한 중간층(121)들 사이의 공간, 상기 제1 내지 제3 파장 변환층(123_1, 123_2, 123_3)들의 측면 및 상면, 및 인접한 제1 내지 제3 파장 변환층(123_1, 123_2, 123_3)의 사이의 공간을 밀폐하도록 제2 봉지 부재(425)가 형성될 수 있다.
도 11은 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따른 발광 소자 패키지(500)의 단면도이다. 상기 발광 소자 패키지(500)는 도 1의 발광 소자 패키지(100)와 유사하나, 필터층(529)이 더 형성되는 차이가 있다.
도 11을 참조하면, 발광 소자 패키지(500)는 복수의 발광 구조물들(113), 상기 복수의 발광 구조물들(113)에 연결된 전극(115), 상기 복수의 발광 구조물들(113) 및 상기 전극(115)을 감싸는 제1 봉지 부재(117), 상기 복수의 발광 구조물들(113) 및 상기 제1 봉지 부재(117) 상에 형성되는 중간층(121), 상기 중간층(121) 상에 형성되는 제1 내지 제3 파장 변환층들(523_1, 523_2, 523_3), 및 상기 제1 및 제2 파장 변환층(523_1, 523_2) 상에 형성된 필터층(529), 상기 중간층(121), 상기 제1 내지 제3 파장 변환층들(523_1, 523_2, 523_3) 및 상기 필터층(529)을 감싸는 제2 봉지 부재(525)를 포함할 수 있다.
상기 필터층(529)은 특정 파장 대역의 광을 선택적으로 차단하거나, 특정 파장 대역의 광을 보다 선명하게 추출하기 위해 형성될 수 있다.
상기 제1 내지 제3 발광 구조물(113_1, 113_2, 113_3)은 청색광을 발광할 수 있다. 이 때, 상기 제1 파장 변환층(123_1)은 적색 형광체를, 상기 제2 파장 변환층(123_2)은 녹색 형광체를, 상기 제3 파장 변환층(123_3)은 상기 제2 파장 변환층(123_2)보다 저농도의 녹색 형광체를 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 제1 및 제2 발광 구조물(113_1, 113_2) 상에 형성된 제1 및 제2 파장 변환층(123_1, 123_2) 상에 필터층(529)이 더 형성되어 있다. 상기 필터층(529)은 상기 제1 및 제2 발광 구조물(113_1, 113_2)로부터 방출되는 청색광을 선택적으로 차단할 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 및 제2 발광 구조물(113_1, 113_2)로부터 발생하여 상기 제1 및 제2 파장 변환층(123_1, 123_2)을 각각 거친 광은 보다 선명한 적색광 및 녹색광일 수 있다.
도 11에서는 상기 제1 및 제2 파장 변환층(123_1, 123_2) 상에 상기 필터층(529)이 배치된 것을 예시하였으나, 본 발명의 기술적 사상이 이에 한정되는 것은 아니다. 일부 실시예들에서, 상기 제1 내지 제3 파장 변환층(123_1, 123_2, 123_3)의 적어도 하나 상에 적어도 하나의 필터층이 배치될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 내지 제3 발광 구조물(113_1, 113_2, 113_3)이 UV 광을 발광하는 경우, 상기 제1 파장 변환층(123_1)은 적색 형광체를, 상기 제2 파장 변환층(123_2)은 녹색 형광체를, 상기 제3 파장 변환층(123_3)은 청색 형광체를 포함할 수 있다. 이 때, 필터층이 상기 제1 내지 제3 파장 변환층(123_1, 123_2, 123_3) 상에 배치될 수 있으며, 상기 제1 내지 제3 발광 구조물(113_1, 113_2, 113_3)로부터 방출되는 UV 광을 선택적으로 차단하고, 상기 제1 내지 제3 파장 변환층(123_1, 123_2, 123_3)으로부터 방출되는 적색광, 녹색광, 및 청색광을 투과시킬 수 있다.
도 12a 및 도 12b는 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따른 발광 소자 패키지(600, 600')의 단면도이다. 상기 발광 소자 패키지(600, 600')는 도 1의 발광 소자 패키지(100)와 유사하나, 중간층(621)의 구조가 다른 차이가 있다.
도 12a를 참조하면, 발광 소자 패키지(600)는 복수의 발광 구조물들(113), 상기 복수의 발광 구조물들(113)에 연결된 전극(115), 상기 복수의 발광 구조물들(113) 및 상기 전극(115)을 감싸는 제1 봉지 부재(117), 상기 복수의 발광 구조물들(113) 및 상기 제1 봉지 부재(117) 상에 형성되는 중간층(621), 상기 중간층(121) 상에 형성되는 제1 내지 제3 파장 변환층들(123_1, 123_2, 123_3), 및 상기 중간층(121) 및 상기 제1 내지 제3 파장 변환층들(523_1, 523_2, 523_3)을 감싸는 제2 봉지 부재(625)를 포함할 수 있다.
이 때, 상기 중간층(621)은 복수의 홀(Hol1)들을 포함하는 구조일 수 있다. 구체적으로, 상기 복수의 홀(Hol1)들은 상기 복수의 발광 구조물들(113)과 상기 중간층(621)이 오버랩되는 영역에 형성된다. 따라서, 상기 중간층(621) 중 인접한 발광 구조물들 사이, 즉 제1 및 제2 발광 구조물(113_1, 113_2)의 사이 또는 제2 및 제3 발광 구조물(113_2, 113_3)의 사이와 오버랩되는 구간에는 상기 홀(Hol1)들이 형성되지 않을 수 있다.
상기 중간층(621)의 높이 및 상기 홀(Hol1)의 구조를 적절히 조절하여 상기 제1 내지 제3 발광 구조물(113_1, 113_2, 113_3)로부터 발생하는 광의 진행 경로를 제어할 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 내지 제3 발광 구조물(113_1, 113_2, 113_3)로부터 발생하는 광은, 상기 제1 내지 제3 발광 구조물(113_1, 113_2, 113_3)과 대응하는 제1 내지 제3 파장 변환층들(523_1, 523_2, 523_3)만을 통과하도록 제어될 수 있다. 상세한 설명은 도 13을 참조하여 설명하도록 한다.
도 12b를 참조하면, 도 12a의 발광 소자 패키지(600)와 동일하나, 복수의 홀들(Hol1) 내에 반사막(627)이 더 추가된 발광 소자 패키지(600')가 도시되어 있다. 상기 반사막(627)은 상기 복수의 홀들(Hol1) 내부를 통과하는 광이 상기 중간층(121) 내로 흡수되지 않도록 반사시켜 광 추출 효율을 향상시킬 수 있다.
상기 반사막(627)은 금속층일 수 있다. 예를 들어, 상기 반사막(627)은 Al, Ag, Ti계열의 금속이거나, 이들의 합금 또는 혼합물일 수 있다.
도 13은 도 12의 D 부분을 확대하여 나타낸 것으로, 중간층(621)과 제1 및 제2 파장 변환층들(123_1, 123_2) 간의 관계 및 광의 진행 경로를 예시한 도면이다.
도 13을 참조하면, 제1 발광 구조물(113_1) 및 상기 제1 발광 구조물(113_2)과 인접한 제2 발광 구조물(113_1) 상에 중간층(621)이 형성되어 있다. 상기 중간층(621) 상에는 상기 제1 및 제2 발광 구조물(113_1, 113_2)과 각각 수직 방향(Y방향)으로 오버랩되는 제1 및 제2 파장 변환층(123_1, 123_2)이 배치되어 있다.
상기 제1 발광 구조물(113_1)의 가장자리로부터 발생한 광(L3E)은 상기 중간층(621)에 의해 지향각이 좁아지도록 굴절된 후 상기 제1 파장 변환층(123_1)으로 입사될 수 있다. 상기 광(L3E)은 상기 제2 봉지 부재(625)에 의해 반사광(L3R)이 되어 외부로 방출되거나, 상기 제2 봉지 부재(625)를 투과하는 투과광(L3T)이 되어 직접 방출될 수 있다.
다만, 상기 투과광(L3T)은 상기 제1 파장 변환층(123_1)과 인접한 제2 파장 변환층(123_2)의 부근에서 발생할 수 있다. 따라서, 상기 중간층(621) 및 상기 제1 내지 제2 파장 변환층(123_1, 123_2)은 다음의 식 (2)의 관계를 가진다.
tan-1(D2/(H2) < tan-1(D1/H1) - 식(2)
D1는 인접한 제1 및 제2 파장 변환층(123_1, 123_2) 간의 이격 거리이고, H1는 상기 제1 및 제2 파장 변환층(123_1, 123_2)들의 높이이고, D2는 상기 홀(Hol1)의 직경이고, H2는 상기 홀(Hol1)의 깊이이다.
도 13을 참조하면, 상기 식(2)의 조건은 다음과 같은 관계를 가질 수 있다. 홀(Hol1)의 깊이(H2) 대비 홀(Hol1)의 직경(D2)의 역탄젠트 값인 각(θ3)는, 제1 및 제2 파장 변환층(123_1, 123_2)의 높이(H1) 대비 상기 제1 및 제2 파장 변환층(123_1, 123_2) 간의 이격 거리(D1)의 역탄젠트 값인 각(θ4)보다 작다. 이에 따라, 상기 제1 파장 변환층(123_1)을 벗어난 투과광(L3T)이 상기 제2 파장 변환층(123_2)으로 누설되지 않을 수 있다.
식 (2)에 나타난 관계는 상기 제1 발광 구조물(113_1)으로부터 발생하는 광, 상기 중간층(621) 및 제1 및 제2 파장 변환층(123_1, 123_2)을 예시하여 설명하였으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 식 (2)에 나타난 관계는 제2 또는 제3 발광 구조물(113_2, 113_3)로부터 발생하는 광, 상기 중간층(621) 및 상기 제2 및 제3 파장 변환층(123_2, 123_3)의 관계에도 적용될 수 있다.
도 14는 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따른 발광 소자 패키지(700)의 단면도이다. 상기 발광 소자 패키지(700)는 도 12a의 발광 소자 패키지(600)와 유사하나, 중간층(721) 상면의 레벨이 서로 다른 차이가 있다.
도 14를 참조하면, 제1 내지 제3 발광 구조물(113_1, 113_2, 113_3) 상에 복수의 홀(Hol2)들을 포함하는 중간층(721)이 형성될 수 있다.
상기 복수의 홀(Hol2)들은 상기 복수의 발광 구조물들(113)과 상기 중간층(721)이 오버랩되는 영역에 형성된다. 따라서, 상기 중간층(721) 중 인접한 발광 구조물들 사이, 즉 제1 및 제2 발광 구조물(113_1, 113_2)의 사이 또는 제2 및 제3 발광 구조물(113_2, 113_3)의 사이와 오버랩되는 구간에는 상기 홀(Hol2)들이 형성되지 않을 수 있다.
또한, 상기 중간층(721)의 상면은 서로 다른 레벨에 위치할 수 있다. 즉, 상기 중간층(721) 중 상기 복수의 발광 구조물들(113)과 오버랩되는 제1 구간의 상면은 제1 레벨을 가지고, 상기 중간층(721) 중 상기 복수의 발광 구조물들(113)과 오버랩되지 않는 제2 구간의 상면은 제2 레벨을 가지며, 상기 제2 레벨은 상기 제1 레벨보다 높을 수 있다.
상기 중간층(721) 중 낮은 레벨을 갖는 제1 구간에 상기 복수의 발광 구조물들(113)과 오버랩되도록 파장 변환층(123)이 각각 배치될 수 있다. 이에 따라, 상기 파장 변환층(123)의 측면의 적어도 일부는 상기 중간층(721) 중 상기 제2 구간에 의해 감싸질 수 있다.
상기 파장 변환층(123)의 측면 중 상기 중간층(721)에 의해 감싸지지 않은 잔부는 상기 중간층(721) 및 상기 파장 변환층(123)을 밀봉하는 제2 봉지 부재(625)에 의해 감싸질 수 있다. 상세한 설명은 도 15를 참조하여 설명하도록 한다.
도 15는 도 14의 E 부분을 확대하여 나타낸 것으로, 중간층(721)과 파장 변환층(123)간의 관계 및 광의 진행 경로를 예시한 도면이다.
도 15를 참조하면, 중간층(721) 중 상기 복수의 발광 구조물들(113)과 오버랩되는 제1 구간의 상면은 제1 레벨(H3)을 가지고, 상기 중간층(721) 중 상기 복수의 발광 구조물들(113)과 오버랩되지 않는 제2 구간의 상면은 제2 레벨(H4)을 가지며, 상기 제2 레벨(H4)은 상기 제1 레벨(H3)보다 높을 수 있다. 상기 중간층(721) 중 제1 레벨(H3)을 갖는 제1 구간에 상기 복수의 발광 구조물들(113)과 오버랩되도록 파장 변환층(123)이 각각 배치될 수 있다.
제1 발광 구조물(113_1)의 가장자리로부터 발생한 광(L4E)은 상기 중간층(721)에 의해 지향각이 좁아지도록 굴절된 후 상기 제1 파장 변환층(123_1)으로 입사될 수 있다. 상기 광(L4E)은 상기 제2 봉지 부재(625)에 의해 반사광(L4R)이 되어 외부로 방출되거나, 상기 제2 봉지 부재(625)를 투과하는 투과광(L4T)이 되어 직접 방출될 수 있다.
다만, 상기 투과광(L4T)은 상기 제1 파장 변환층(123_1)과 인접한 제2 파장 변환층(123_2)의 부근에서 발생할 수 있다. 따라서, 상기 중간층(721) 및 상기 제1 내지 제2 파장 변환층(123_1, 123_2)은 다음의 식 (3)의 관계를 가진다.
tan-1(D2/(H3) < tan-1(D1/H1) - 식(3)
D1는 인접한 제1 및 제2 파장 변환층(123_1, 123_2) 간의 이격 거리이고, H1는 상기 제1 및 제2 파장 변환층(123_1, 123_2)들의 높이이고, D2는 상기 홀(Hol2)의 직경이고, H3는 상기 홀(Hol2)의 깊이이다.
도 15를 참조하면, 상기 식(3)의 조건은 다음과 같은 관계를 가질 수 있다. 홀(Hol2)의 깊이(H3) 대비 홀(Hol2)의 직경(D2)의 역탄젠트 값인 각(θ5)는, 제1 및 제2 파장 변환층(123_1, 123_2)의 높이(H1) 대비 상기 제1 및 제2 파장 변환층(123_1, 123_2) 간의 이격 거리(D1)의 역탄젠트 값인 각(θ6)보다 작다. 이에 따라, 상기 제1 파장 변환층(123_1)을 벗어난 투과광(L4T)이 상기 제2 파장 변환층(123_2)으로 누설되지 않을 수 있다.
식 (3)에 나타난 관계는 상기 제1 발광 구조물(113_1)으로부터 발생하는 광, 상기 중간층(721) 및 제1 및 제2 파장 변환층(123_1, 123_2)을 예시하여 설명하였으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 식 (3)에 나타난 관계는 제2 또는 제3 발광 구조물(113_2, 113_3)로부터 발생하는 광, 상기 중간층(721) 및 상기 제2 및 제3 파장 변환층(123_2, 123_3)의 관계에도 적용될 수 있다.
도 16a 내지 도 16g는 도 2a 내지 도 6의 발광 소자 패키지(100)의 제조 방법을 설명하기 위하여 공정 순서에 따라 도시한 단면도들이다.
도 16a를 참조하면, 기판(111) 상에 예비 발광 구조물(p113)을 형성할 수 있다. 상기 기판(111)은 절연성, 도전성 또는 반도체 기판이 사용될 수 있다. 예를 들어, 상기 기판(111)은 사파이어, SiC, Si, MgAl2O4, MgO, LiAlO2, LiGaO2, GaN일 수 있다.
도 6을 함께 참조하면, 상기 예비 발광 구조물(p113)은 예비 제1 도전형 반도체층(113s1), 예비 활성층(113ac), 및 예비 제2 도전형 반도체층(113s2)을 차례로 적층하여 형성할 수 있다. 상기 예비 제1 도전형 반도체층(113s1), 상기 예비 활성층(113ac), 및 상기 예비 제2 도전형 반도체층(113s2)은 MOCVD, MBE, HVPE 등과 같은 결정 성장 공정을 이용하여 형성될 수 있다.
도 16a는 도시되지는 않았으나, 상기 기판(111) 상에 상기 예비 제1 도전형 반도체층(113s1)을 형성하는 공정 전에 상기 기판(111) 상에 버퍼층을 더 형성할 수 있다. 상기 버퍼층은 상기 제1 도전형 반도체층(113s1)과 격자 상수 차이가 적은 물질을 포함할 수 있다. 이에 따라, 상기 버퍼층은 상기 예비 발광 구조물(p113)의 성장면으로 제공되어 상기 발광 구조물(113)이 형성될 때 전위 결함이 발생하거나 결함이 상부로 전파되는 것을 방지할 수 있다.
도 16b를 참조하면, 상기 예비 발광 구조물(p113)과 전기적으로 연결되는 전극(115)을 형성할 수 있다. 도 6을 함께 참조하면, 상기 제1 및 제2 전극(115s1, 115s2)는 상기 예비 제1 및 예비 제2 도전형 반도체층(113s1, 113s2)과 각각 연결되도록 형성될 수 있다. 구체적으로, 상기 제1 도전형 반도체층(113s1)의 적어도 일부가 노출되도록 상기 활성층(113ac) 및 상기 제2 도전형 반도체층(113s2)을 관통하는 관통홀을 형성할 수 있다. 상기 관통홀은 반응성 이온 에칭(RIE)과 같은 식각 공정이나, 레이저 및 기계 드릴 가공을 이용하여 형성될 수 있다.
상기 관통홀의 내측벽 및 상기 제2 도전형 반도체층(113s2)의 노출면을 덮도록 절연막(114)이 형성될 수 있다. 상기 절연막(114)은 상기 제1 전극(115s1)과, 상기 활성층(113ac) 및 상기 제2 전극(115s2) 사이의 전기적 접속을 방지한다. 상기 제1 전극(115s1)은 상기 관통홀 내에서 상기 절연막(114)에 의해 한정되는 공간에 상기 제1 도전형 반도체층(113s1)과 연결되도록 형성된다. 상기 제2 전극(115s2)은 상기 제2 도전형 반도체층(113s2)을 덮는 절연막(114)을 관통하여 상기 제2 도전형 반도체층(113s2)과 연결될 수 있다.
상기 제1 및 제2 전극(115s1, 115s2)은 개별 발광 소자 칩에 각각 제공되도록 복수개 형성된다.
도 16c를 참조하면, 도 16b의 예비 발광 구조물(p113)을 개별 발광 단위로 분리하여 복수의 발광 구조물(113)들을 형성한다. 상기 분리 공정은 한 쌍의 제1 전극(115s1) 및 제2 전극(115s2)을 포함하도록 분리된다. 상기 분리 공정에 의해 인접한 발광 구조물(113)들 사이로 상기 기판(111)의 상면이 노출될 수 있다.
도시되지는 않았으나, 상기 발광 구조물(113)의 형상은 상부가 하부보다 좁은 사다리꼴 모양일 수 있으며, 이에 의해 상기 발광 구조물(113)들은 상기 기판(111)의 상면에 대해 경사진 측면을 가질 수 있다.
상기 분리 공정은 발광 구조물(113)에 크랙(crack)이 발생하는 것을 방지하기 위하여 식각 공정에 의해 수행될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
도 16d를 참조하면, 상기 기판(111)의 상면에, 복수의 발광 구조물들(113) 및 상기 복수의 발광 구조물들(113)에 연결된 전극(115)을 매립하는 예비 제1 봉지 부재(p117)가 형성될 수 있다. 상기 예비 제1 봉지 부재(p117)는 상기 전극(115) 사이의 공간 및 상기 복수의 발광 구조물들(113) 사이의 공간을 매립하도록 형성될 수 있다.
상기 예비 제1 봉지 부재(p117)는 상기 전극 (115)의 상부를 덮도록 봉지 부재 재료를 도포하는 공정에 의해 형성될 수 있다.
도 16e를 참조하면, 도 16d의 결과물의 예비 제1 봉지 부재(p117)는 상기 전극(115)의 하면이 노출되도록 그라인딩 등에 의해 평탄화될 수 있다.
이후, 결과물을 뒤집어 기판(111)을 제거할 수 있다. 상기 기판(111)이 사파이어와 같이 투명 기판일 경우, 상기 기판(101)은 레이저 리프트 오프(Laser Lift-Off, LLO)를 통하여 상기 발광 구조물(113)들로부터 분리될 수 있다. 상기 기판(111)이 실리콘(Si)과 같은 불투명한 기판일 경우, 상기 기판(111)은 그라인딩(Grinding), 폴리싱(Polishing), 건식 식각(dry etching) 또는 이들의 조합에 의해 제거될 수 있다.
상기 기판(111)이 제거된 후에, 광 추출 효율을 증대시키기 위하여 상기 발광 구조물(113)의 상면에 요철이 형성될 수 있다.
도 16f를 참조하면, 상기 예비 제1 봉지 부재(p1117) 및 상기 발광 구조물(113)들 상에 중간층(121)을 형성할 수 있다.
상기 중간층(121)은 제1 층(112a_1), 제2 층(121b_1), 제1 층(121a_2), 및 제2 층(121b_2)을 차례로 증착하여 형성될 수 있다. 상기 제1 층(112a_1, 121a_2)과 상기 제2 층(121b_1, 121b_2)은 서로 다른 굴절률을 갖는 질화물, 탄화물 또는 산화물을 각각 포함할 수 있다. 구체적으로 상기 제1 층(112a_1, 121a_2)과 상기 제2 층(121b_1, 121b_2)은 ZrN, CrN, ZrC, ZnO, TiC, TaC, Ga2O3, Cr2O3, AlN 및 GaN으로 구성된 그룹으로부터 각각 선택된 2종의 층일 수 있다.
상기 제1 층(112a_1, 121a_2)과 상기 제2 층(121b_1, 121b_2) 각각의 두께는 증착 시간을 달리하여 조절할 수 있다.
도 16g를 참조하면, 상기 발광 구조물(113)들 상에 파장 변환층(123)을 형성할 수 있다. 상기 파장 변환층(123)은 서로 다른 색의 광을 방출하기 위해 서로 다른 형광체를 포함할 수 있다.
상기 파장 변환층(123)은 디스펜싱(dispensing) 공정에 의해 상기 발광 구조물(113)과 각각 오버랩되고 서로 이격되도록 형성될 수 있다. 상기 파장 변환층(123)은 노광 공정에 의해 형성될 수 있다. 즉, 상기 중간층(121) 상에 파장 변환층을 전체적으로 도포하고, 포토 리소그래피 공정에 의해 상기 발광 구조물(113)과 각각 오버랩되고 서로 이격되는 상기 파장 변환층(123)을 형성할 수 있다. 도 16g와 같이 서로 다른 파장 변환 물질을 포함하는 제1 내지 제3 파장 변환 물질층(123_1, 123_2, 123_3)을 형성하는 경우, 상기 포토 리소그래피 공정에 복수회에 걸쳐 수행될 수 있다.
이어서, 개별화(singulation) 공정 및 몰딩 공정이 수행될 수 있다. 상기 개별화 공정은 개별 발광 소자 패키지 별로 절단하는 공정이 수행일 수 있다. 상기 개별화 공정은 소잉 블레이드 휠(sawing blade wheel)을 이용한 절삭 공정(sawing process) 또는 패턴 블레이드를 이용하는 절단 공정(cutting process)을 이용할 수 있다.
상기 몰딩 공정은 상기 중간층(121) 및 상기 파장 변환층(123)을 덮는 제2 봉지 부재(125)를 형성하는 공정일 수 있다.
도 2a의 발광 소자 패키지(100)는 개별화 공정 후 몰딩 공정을 수행하여 제조될 수 있다. 이에 따라, 상기 제2 봉지 부재(125)는 상기 제1 봉지 부재(117)의 측면, 상기 중간층(121)의 측면 및 상면, 상기 파장 변환층(123)의 측면 및 상면을 덮도록 형성될 수 있다.
다만, 도 2b의 발광 소자 패키지(100')와 같이, 상기 몰딩 공정은 상기 개별화 공정 전에 수행될 수 있다. 이 경우, 상기 제2 봉지 부재(125)는 상기 중간층(121)의 상면, 상기 파장 변환층(123)의 측면 및 상면을 덮도록 형성되고, 상기 제1 봉지 부재(117) 및 상기 중간층(121)의 측면을 덮지 않을 수 있다.
이와 같이, 전술한 도 16a 내지 도 16g를 통해 도 2a 및 도 2b의 발광 소자 패키지(100, 100')를 제조할 수 있다.
도 17a 내지 도 17c는 도 11의 발광 소자 패키지(500)의 제조 방법을 설명하기 위하여 공정 순서에 따라 도시한 단면도들이다. 상기 발광 소자 패키지(500)의 제조 방법은 도 16a 내지 도 16f를 참조하여 설명한 제조 단계를 선행 공정으로 가지며, 중복되는 내용은 생략하도록 한다.
도 17a를 참조하면, 기판(527) 상에 필터층(529) 및 파장 변환층들(523)을 형성할 수 있다. 구체적으로, 상기 기판(527) 제1 파장 변환층(523_1)과 필터층(529)을 형성하고, 상기 필터층(529) 상에 제2 및 제3 파장 변환층(523_2, 523_3)을 각각 형성할 수 있다. 상기 기판(527)은 글래스 또는 레진일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 구조물을 뒤집어, 도 16f의 결과물 상에 접합할 수 있다. 즉, 복수의 발광 구조물들(113) 상의 중간층(121) 상에 상기 구조물 중 상기 제1 내지 제3 파장 변환층(523_1, 523_2, 523_3)의 상면이 접하도록 접합할 수 있다.
도 17b를 참조하면, 도 16f의 결과물 상에 상기 필터층(529) 및 상기 파장 변환층(523)이 부착된 후, 상기 기판(527)이 제거될 수 있다.
이어서, 개별화 공정 및 몰딩 공정을 거쳐 도 11의 반도체 패키지(500)를 제조할 수 있다.
도 18a 내지 도 18c는 도 12a의 발광 소자 패키지(600)의 제조 방법을 설명하기 위하여 공정 순서에 따라 도시한 단면도들이다. 상기 발광 소자 패키지(600)의 제조 방법은 도 16a 내지 도 16d를 참조하여 설명한 제조 단계를 선행 공정으로 가지며, 중복되는 내용은 생략하도록 한다.
도 18a를 참조하면, 도 16d의 결과물을 뒤집어 그라인딩 등의 평탄화 공정을 통해 기판(111)의 두께를 감소시킬 수 있으며, 두께가 감소된 상기 기판(111)은 예비 중간층(p621)이 될 수 있다.
도 18b를 참조하면, 복수의 발광 구조물들(113)과 상기 예비 중간층(p621)이 오버랩되는 영역에 복수의 홀(Hol1)들을 형성할 수 있다. 따라서, 중간층(621)은 인접한 발광 구조물들(113) 사이와 오버랩되는 구간에는 상기 홀(Hol1)들이 형성되지 않을 수 있다.
상기 복수의 홀(Hol1)들은 상기 예비 중간층(p621) 상에 마스크 패턴을 형성하고, 식각 공정을 하여 형성할 수 있다.
도 18c를 참조하면, 상기 복수의 발광 구조물들(113)과 상기 중간층(621)이 오버랩되는 영역에파장 변환층(123)들이 각각 형성될 수 있다.
이어서, 개별화 공정 및 몰딩 공정을 거쳐 도 12a의 반도체 패키지(600)를 제조할 수 있다.
도 12b의 발광 소자 패키지(600')는 도 18a 내지 도 18c의 제조 방법과 유사하며, 다만 도 18b의 복수의 홀(Hol1)들을 형성한 후, 상기 복수의 홀(Hol1)들의 내측 벽면 상에 형성되는 반사막(627)을 더 형성하는 차이가 있다. 상기 반사막(627)은 도금 공정, 전자빔 증착 공정(e-beam), 또는 스퍼터링 공정 등을 통해 제조될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 반사막(627)을 형성한 후, 도 18c의 후속 공정을 통해 도 12b의 발광 소자 패키지(600')를 제조할 수 있다.
도 19a 내지 도 19b는 도 14의 발광 소자 패키지의 제조 방법을 설명하기 위하여 공정 순서에 따라 도시한 단면도들이다. 상기 발광 소자 패키지(700)의 제조 방법은 도 16a 내지 도 16d, 도 18a를 참조하여 설명한 제조 단계를 선행 공정으로 가지며, 중복되는 내용은 생략하도록 한다.
도 19a를 참조하면, 도 18a의 결과물 중 예비 중간층(p621)의 일부 영역의 상면의 레벨이 낮아지도록 그루브를 형성할 수 있다. 구체적으로, 상기 예비 중간층(p621)과 복수의 발광 구조물들(113)이 오버랩되는 영역에 각각 그루브를 형성할 수 있다. 상기 그루브는 상기 예비 중간층(p621) 상에 마스크 패턴을 형성하고, 식각 공정을 수행하여 형성할 수 있다.
도 19b를 참조하면, 그루브가 형성된 예비 중간층(p721) 내에 복수의 홀(Hol2)들을 형성하여 중간층(721)을 형성할 수 있다. 따라서, 상기 중간층(721)은 인접한 발광 구조물들(113) 사이와 오버랩되는 구간에는 상기 홀(Hol2)들이 형성되지 않을 수 있다.
도 19c를 참조하면, 상기 복수의 발광 구조물들(113)과 상기 중간층(721)이 오버랩되는 영역, 즉 상기 그루브가 형성된 영역에 파장 변환층(123)들이 각각 형성될 수 있다.
이어서, 개별화 공정 및 몰딩 공정을 거쳐 도 14의 반도체 패키지(700)를 제조할 수 있다.
도 20은 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따른 발광 소자 패키지에 채용 가능한 파장 변환 물질을 설명하기 위한 CIE 좌표계이다.
도 20을 참조하면, 청색 발광 소자에 황색, 녹색 및 적색 형광체를 조합하거나 청색 발광 소자에 녹색 발광 소자 및 적색 발광 소자의 조합으로 만들어지는 백색 광은 2개 이상의 피크 파장을 가지며, 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 상에 위치할 수 있다. 또는, 상기 선분과 흑체 복사 스펙트럼으로 둘러싸인 영역에 위치할 수 있다. 이 경우, 상기 백색 광의 색 온도는 1,500 K 내지 20,000 K 사이의 범위에 해당할 수 있다. 상기 흑체 복사 스펙트럼 하부에 있는 점 E(0.3333, 0.3333) 부근의 백색광은 상대적으로 황색 계열 성분의 광이 약해진 상태로 사람이 육안으로 느끼기에는 보다 선명한 느낌 또는 신선한 느낌을 가질 수 있는 영역의 조명 광원으로 사용 될 수 있다. 따라서 상기 흑체 복사 스펙트럼 하부에 있는 점 E(0.3333, 0.3333) 부근의 백색광을 이용한 조명 제품은 식료품, 의류 등을 판매하는 상가용 조명으로 효과가 좋다.
도 1 내지 도 15의 제1 내지 제3 발광 구조물로부터 방출되는 광의 파장을 변환하기 위한 제1 내지 제3 파장 변환층은 형광체 및/또는 양자점과 같은 다양한 물질을 포함할 수 있다
형광체는 다음과 같은 조성식 및 컬러(color)를 가질 수 있다.
- 산화물계: 황색 및 녹색 (Y, Lu, Se, La, Gd, Sm, Tb)3(Ga, Al)5O12:Ce, 청색 BaMgAl10O17:Eu, 3Sr3(PO4)2hCaCl：Eu
- 실리케이트계: 황색 및 녹색 (Ba, Sr)2SiO4:Eu, 황색 및 등색 (Ba, Sr)3SiO5:Eu, (Ba,Sr)3SiO5:Ce
- 질화물계: 녹색 β-SiAlON:Eu, 황색 (La, Gd, Lu, Y, Sc)3Si6N11:Ce, 등색 α-SiAlON:Eu, 적색 (Sr, Ca)AlSiN3:Eu, (Sr, Ca)AlSi(ON)3:Eu, (Sr, Ca)2Si5N8:Eu, (Sr, Ca)2Si5(ON)8:Eu, (Sr, Ba)SiAl4N7: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.
- 황화물계: 적색 (Sr, Ca)S:Eu, (Y, Gd)2O2S:Eu, 녹색 SrGa2S4:Eu
- 플루오라이드(fluoride)계: KSF계 적색 K2SiF6:Mn4+, K2TiF6:Mn4 +, NaYF4:Mn4 +, NaGdF4:Mn4 +, K3SiF7:Mn4+
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, 불화물계 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 불화물계 적색 형광체의 경우 기타 형광체와 달리 40 nm 이하의 협반치폭(narrow FWHM)을 구현할 수 있기 때문에, UHD TV와 같은 고해상도 TV에 활용될 수 있다.
아래 표 1은 청색 LED 칩(440 ~ 460nm) 또는 UV LED 칩(380 ~ 440nm)을 사용한 백색 발광 소자의 응용 분야별 형광체 종류이다. 발광 소자 패키지(100 내지 700)의 파장 변환층들은 아래 표 1에 기재된 조성식을 가지는 형광체를 포함할 수 있다. 또한, 발광 소자 패키지(100 내지 700)의 파장 변환층들은 하기 형광체를 대체하거나 형광체와 혼합하여 양자점(Quantum Dot, QD)과 같은 파장 변환 물질들로 이루어질 수 있다.
용도 형광체
LED TV BLU β-SiAlON:Eu2 +, (Ca, Sr)AlSiN3:Eu2 +, La3Si6N11:Ce3 +, K2SiF6:Mn4+, SrLiAl3N4:Eu, Ln4 - x(EuzM1-z)xSi12 - yAlyO3 +x+ yN18 -x-y(0.5≤x≤3, 0<z<0.3, 0<y≤4), K2TiF6:Mn4+, NaYF4:Mn4+, NaGdF4:Mn4+, K3SiF7:Mn4+
조명 Lu3Al5O12:Ce3 +, Ca-α-SiAlON:Eu2 +, La3Si6N11:Ce3 +, (Ca, Sr)AlSiN3:Eu2 +, Y3Al5O12:Ce3 +, K2SiF6:Mn4 +, SrLiAl3N4:Eu, Ln4 -x(EuzM1-z)xSi12-yAlyO3+x+yN18-x-y(0.5≤x≤3, 0<z<0.3, 0<y≤4), K2TiF6:Mn4+, NaYF4:Mn4+, NaGdF4:Mn4+, K3SiF7:Mn4+
Side View
(Mobile, Note PC)		 Lu3Al5O12:Ce3 +, Ca-α-SiAlON:Eu2 +, La3Si6N11:Ce3 +, (Ca, Sr)AlSiN3:Eu2 +, Y3Al5O12:Ce3 +, (Sr, Ba, Ca, Mg)2SiO4:Eu2 +, K2SiF6:Mn4+, SrLiAl3N4:Eu, Ln4 - x(EuzM1-z)xSi12 - yAlyO3 +x+ yN18 -x-y(0.5≤x≤3, 0<z<0.3, 0<y≤4), K2TiF6:Mn4 +, NaYF4:Mn4 +, NaGdF4:Mn4 +, K3SiF7:Mn4+
전장
(Head Lamp, etc.)		 Lu3Al5O12:Ce3 +, Ca-α-SiAlON:Eu2 +, La3Si6N11:Ce3 +, (Ca, Sr)AlSiN3:Eu2 +, Y3Al5O12:Ce3 +, K2SiF6:Mn4 +, SrLiAl3N4:Eu, Ln4 -x(EuzM1-z)xSi12-yAlyO3+x+yN18-x-y(0.5≤x≤3, 0<z<0.3, 0<y≤4), K2TiF6:Mn4+, NaYF4:Mn4+, NaGdF4:Mn4+, K3SiF7:Mn4+
상기 발광 소자 패키지(100 내지 700)로부터 방출되는 광의 색은 발광 구조물에서 발생하는 광의 파장과 파장 변환층의 종류 및 배합비를 조절함으로써 결정될 수 있다. 즉, 설계자의 선택에 따라 상기 발광 소자 패키지(100 내지 700)로부터 방출되는 광의 색 온도 및 연색성(Color Rendering Index: CRI)이 조절될 수 있다.
예를 들어, 발광 구조물이 청색광 또는 UV선을 발광하는 경우, 파장 변환층은 황색, 녹색, 적색, 청색 형광체 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 상기 발광 소자 패키지(100 내지 700)는 상기 형광체의 배합비에 따라 다양한 색온도의 백색광을 발광할 수 있다. 또한, 발광 구조물이 청색광을 발광하고, 파장 변환층이 녹색 또는 적색 형광체를 포함할 경우, 발광 소자 패키지(100 내지 700)는 녹색 또는 적색광을 발광할 수 있다. 이와 같이, 또한, 보라색, 청색, 녹색, 적색 또는 적외선을 발광하는 발광 구조물 중 적어도 하나를 포함하는 발광 소자 패키지를 구성할 수 있다.
또한, 백색광을 내는 발광 소자 패키지와 녹색 또는 적색광을 내는 발광 소자 패키지를 조합하여 백색광의 색온도 및 연색성을 조절할 수 있다.
상기 발광 소자 패키지(100 내지 700)의 연색성은 나트륨(Na) 등을 이용하여 태양광 수준으로 조절될 수 있다. 또한 상기 발광 소자 패키지(100 내지 700)의 색 온도는 1500K에서 20000K 수준으로 다양한 백색광을 발생시킬 수 있으며, 필요에 따라서는 보라색, 청색, 녹색, 적색, 오렌지색의 가시광 또는 적외선을 발생시켜 주위 분위기 또는 이용자의 기분에 맞게 조명 색을 조절할 수 있다. 또한 식물 성장을 촉진할 수 있는 특수 파장의 광을 발생시킬 수도 있다.
도 21은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자 패키지(100 내지 700)를 포함하는 디스플레이 패널을 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 21을 참조하면, 디스플레이 패널(1000)은 구동회로 및 제어 회로를 포함하는 회로 기판(1010), 회로 기판(1010) 상에 복수의 행과 복수의 열로 배치되는 화소(1030), 보호층(1050), 편광층(1070)을 포함할 수 있다. 화소(1030)에 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자 패키지(100 내지 700)이 이용할 수 있다.
도 22는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자 패키지(100 내지 700)를 포함하는 백라이트 유닛의 사시도이다.
도 22를 참조하면, 백라이트 유닛(2000)은 도광판(2040) 및 도광판(2040) 양측면에 제공되는 광원모듈(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, 광원모듈(2010)은 도광판(2040)의 일 측면에만 제공되거나, 다른 측면에 추가적으로 제공될 수도 있다. 광원모듈(2010)은 인쇄회로기판(2001) 및 인쇄회로기판(2001) 상면에 실장된 복수의 광원(2005)을 포함할 수 있다. 여기서, 광원(2005)는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자 패키지(100 내지 700)를 포함할 수 있다.
도 23은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자 패키지(100 내지 700)를 포함하는 직하형 백라이트 유닛의 단면도이다.
도 23을 참조하면, 백라이트 유닛(2100)은 광확산판(2140) 및 광확산판(2140) 하부에 배열된 광원모듈(2110)을 포함할 수 있다. 또한, 백라이트 유닛(2100)은 광확산판(2140) 하부에 배치되며, 광원모듈(2110)을 수용하는 바텀케이스(2160)를 더 포함할 수 있다. 본 실시예의 백라이트 유닛(2100)은 직하형 백라이트 유닛일 수 있다.
광원모듈(2110)은 인쇄회로기판(2101) 및 인쇄회로기판(2101) 상면에 실장된 복수의 광원(2105)을 포함할 수 있다. 여기서, 광원(2105)는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자 패키지(100 내지 700)를 포함할 수 있다.
도 24는 본 발명의 일 실시예에 따른 광원 모듈이 채용된 조명 장치를 개략적으로 나타낸 도면이다. 본 실시예에 따른 조명 장치는, 예를 들어, 자동차의 리어 램프(rear lamp)를 포함할 수 있다.
도 24를 참조하면, 조명 장치(4000)는 광원 모듈(4010)이 지지되는 하우징(4020), 광원 모듈(4010)을 보호하도록 하우징(4020)을 덮는 커버(4030)를 포함하며, 광원 모듈(4010) 상에는 리플렉터(4040)가 배치될 수 있다. 리플렉터(4040)는 복수의 반사면(4041) 및 반사면(4041) 각각의 바닥면에 구비되는 복수의 관통홀(4042)을 포함하며, 광원 모듈(4010)의 복수의 발광 유닛(4200)은 각각 관통홀(4042)을 통해 반사면(4041)으로 노출될 수 있다.
조명 장치(4000)는 자동차의 코너 부분의 형상에 대응하여 전체적으로 완만한 곡면 구조를 가질 수 있으며, 따라서 발광 유닛(4200)은 조명 장치(4000)의 곡면 구조에 맞도록 프레임(4100)에 조립되어 곡면 구조에 대응하는 스텝 구조를 갖는 광원 모듈(4010)을 형성할 수 있다. 이러한 광원 모듈(4010)의 구조는 조명 장치(4000), 즉 리어 램프의 설계 디자인에 따라서 다양하게 변형될 수 있다. 또한, 이에 따라 조립되는 발광 유닛(4200)의 개수도 다양하게 변경될 수 있다.
본 실시예에서는 조명 장치(4000)가 자동차의 리어 램프인 경우를 예시하고 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 조명 장치(4000)는 자동차의 헤드 램프 및 자동차의 도어 미러에 장착되는 방향 지시등을 포함할 수 있으며, 이 경우 광원 모듈(4010)은 헤드 램프 및 방향 지시등의 곡면에 대응하는 다단의 스텝 구조를 갖도록 형성될 수 있다.
도 25는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자 패키지(100 내지 700)를 포함하는 평판 조명 장치의 사시도이다.
도 25를 참조하면, 평판 조명 장치(4100)는 광원모듈(4110), 전원공급장치(4120) 및 하우징(4030)을 포함할 수 있다. 본 발명의 예시적 실시예에 따라, 광원모듈(4110)은 발광 소자 어레이를 광원으로 포함할 수 있고, 전원공급장치(4120)는 발광 소자 구동부를 포함할 수 있다.
광원모듈(4110)은 발광 소자 어레이를 포함할 수 있고, 전체적으로 평면 현상을 이루도록 형성될 수 있다. 발광 소자 어레이는 발광 소자 및 발광 소자의 구동정보를 저장하는 컨트롤러를 포함할 수 있다. 상기 발광 소자는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자 패키지(100 내지 700)일 수 있다.
전원공급장치(4120)는 광원모듈(4110)에 전원을 공급하도록 구성될 수 있다. 하우징(4130)은 광원모듈(4110) 및 전원공급장치(4120)가 내부에 수용되도록 수용 공간이 형성될 수 있고, 일측면에 개방된 육면체 형상으로 형성되나 이에 한정되는 것은 아니다. 광원모듈(4110)은 하우징(4130)의 개방된 일측면으로 빛을 발광하도록 배치될 수 있다.
도 26은 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 발광 소자 패키지(100 내지 700)를 포함하는 램프의 분해 사시도이다.
도 26을 참조하면, 조명 장치(4200)는 소켓(4210), 전원부(4220), 방열부(4230), 광원모듈(4240) 및 광학부(4250)를 포함할 수 있다. 광원모듈(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 광원모듈(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, 광원모듈(4240)이 방출하는 빛을 고르게 분산시키도록 구성될 수 있다.
광원모듈(4240)은 전원부(4220)로부터 전력을 공급받아 광학부(4250)로 빛을 방출할 수 있다. 광원모듈(4240)은 하나 이상의 발광 소자(4241), 회로기판(4242) 및 컨트롤러(4243)를 포함할 수 있고, 컨트롤러(4243)는 발광 소자(4241)들의 구동 정보를 저장할 수 있다. 발광 소자(4241)는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자 패키지(100 내지 700)일 수 있다.
도 27은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자 패키지(100 내지 700)를 포함하는 바(bar) 타입의 램프의 분해 사시도이다.
도 27을 참조하면, 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 또는/및 외부 표면에 다수개의 방열 핀(4420, 4431)이 요철 형태로 형성될 수 있으며, 방열 핀(4420, 4431)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 본 발명의 실시예들에 따른 발광 소자 패키지(100 내지 700)를 포함할 수 있다.
제1 및 2 소켓(4460, 4470)은 한 쌍의 소켓으로서 방열 부재(4401) 및 커버(4427)로 구성된 원통형 커버 유닛의 양단에 결합되는 구조를 가질 수 있다. 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 일 실시예에 따른 발광 소자 패키지(100 내지 700)를 포함하는 실내용 조명 제어 네트워크 시스템의 개략도이다.
도 28을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 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. 이때, 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 장치들(5300~5800)의 동작 상태 확인 및 제어 등과 같은 역할을 수행할 수도 있다.
도 28을 참조하면, 네트워크 시스템(5000)은, 서로 다른 통신 프로토콜에 따라 송수신되는 데이터를 처리하기 위한 게이트웨이(5100), 게이트웨이(5100)와 통신 가능하도록 연결되며 발광 소자 패키지(100 내지 700)를 포함하는 LED 램프(5200), 및 다양한 무선 통신 방식에 따라 게이트웨이(5100)와 통신 가능하도록 연결되는 복수의 장치(5300~5800)를 포함할 수 있다. 사물인터넷 환경에 기초하여 네트워크 시스템(5000)을 구현하기 위해, LED 램프(5200)를 비롯한 각 장치(5300~5800)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. LED 램프(5200)은 본 발명의 실시예들에 따른 발광 소자 패키지(100 내지 700)를 포함할 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이, 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(5300~5800)는 텔레비젼(5310)이나 냉장고(5320)과 같은 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(5300~5800)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 LiFi 통신을 이용하여 네트워크 시스템(5000)에 포함되는 장치들(5300~5800)을 컨트롤 할 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, 텔레비젼(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, TV프로그램에서 방영되는 프로그램 값이 휴먼드라마일 경우, 미리 셋팅된 설정 값에 따라 조명도 거기에 맞게 12,000 K 이하의 색 온도, 예를 들면 5,000 K로 낮아지고 색감이 조절되어 아늑한 분위기를 연출할 수 있다. 반대로 프로그램 값이 개그프로그램인 경우, 조명도 셋팅 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.
도 29는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자 패키지를 포함하는 개방형 네트워크 시스템이다.
도 29를 참조하면, 본 실시예에 따른 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 상기 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 발광 소자 패키지(100 내지 700), 상기 발광 소자 패키지(100 내지 700)를 구동하기 위한 구동 드라이버 외에 주변 환경의 정보를 수집하는 센서, 및 통신 모듈 등을 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 모니터링 할 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 30은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자 패키지를 포함하는 가시광 무선 통신에 의한 조명 기구의 스마트 엔진과 모바일 기기의 통신 동작을 설명하기 위한 블록도이다.
도 30을 참조하면, 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), 신호처리부(6430), 메모리(6440), 입출력부(6450) 등을 포함할 수 있다. 광원부(6540)는 상술한 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자 패키지(100 내지 700)를 포함할 수 있다.
가시광 무선통신(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 상기 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 있어 편리하고 물리적 보안성이 우수하고 통신 링크를 사용자가 눈으로 확인할 수 있다는 차별성을 가지고 있으며, 무엇보다도 광원의 고유 목적과 통신기능을 동시에 얻을 수 있다는 융합 기술로서의 특징을 가지고 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.
이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상 및 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러가지 변형 및 변경이 가능하다.
C1, C2, C3: 셀, 113: 발광 구조물, 115: 전극, 117, 125, 425, 525, 625, 725: 봉지 부재, 121, 421, 621, 721: 중간층, 121a_1, 1121a_2: 제1 층, 21b_1, 121b_2: 제2 층, 123, 423: 파장 변환층, Hol1, Hol2: 홀

Claims (10)

  1. 수평 방향으로 서로 이격되어 배치되는 복수의 발광 구조물들;
    상기 복수의 발광 구조물들 상에 형성되고, 굴절률이 서로 다른 복수의 층들을 포함하는 중간층;
    상기 중간층 상에 형성되고, 상기 복수의 발광 구조물들 중 적어도 두 개 이상의 발광 구조물들과 각각 대응되도록 배치되는 파장 변환층; 및
    상기 중간층 및 상기 파장 변환층을 덮고, 상기 파장 변환층의 사이를 채우는 봉지 부재;를 포함하는 발광 소자 패키지.
  2. 제1 항에 있어서, 상기 봉지 부재는 약 40% 내지 약 100%의 광 투과도를 가지는 물질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 발광 소자 패키지.
  3. 제1 항에 있어서, 상기 중간층은 굴절률이 서로 다른 층들이 교대로 적층된 구조인 것을 특징으로 하는 발광 소자 패키지.
  4. 제1 항에 있어서, 상기 파장 변환층 각각의 너비는, 상기 파장 변환층과 오버랩되는 상기 적어도 두 개 이상의 발광 구조물들 각각의 너비보다 넓은 것을 특징으로 하는 발광 소자 패키지.
  5. 수평 방향으로 서로 이격되어 배치되는 복수의 발광 구조물들;
    상기 복수의 발광 구조물들 상에 형성되고, 복수의 홀들을 포함하는 중간층; 및
    상기 중간층 상에 형성되고, 상기 복수의 발광 구조물들 중 적어도 두 개 이상의 발광 구조물들과 각각 대응되도록 배치되는 파장 변환층;을 포함하는 발광 소자 패키지.
  6. 제5 항에 있어서, 상기 중간층 및 상기 파장 변환층은 다음의 관계를 가지는 것을 특징으로 하는 발광 소자 패키지.
    tan-1(D2/(H2) < tan-1(D1/H1)
    이 때, D1는 상기 파장 변환층 중 인접한 파장 변환층 간의 이격 거리이고, H1는 상기 파장 변환층의 높이이고, D2는 상기 홀의 직경이고, H2는 상기 홀의 깊이이다.
  7. 제5 항에 있어서, 상기 복수의 홀들은 상기 복수의 발광 구조물들과 오버랩되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 발광 소자 패키지.
  8. 제5 항에 있어서, 상기 지향간 조절층 중 상기 복수의 발광 구조물들과 오버랩되는 제1 구간의 상면은 제1 레벨을 가지고, 상기 중간층 중 상기 복수의 발광 구조물들과 오버랩되지 않는 제2 구간의 상면은 제2 레벨을 가지며,
    상기 제2 레벨은 상기 제1 레벨보다 높은 것을 특징으로 하는 발광 소자 패키지.
  9. 제8 항에 있어서, 상기 파장 변환층은, 상기 중간층 중 상기 제1 구간 상에 배치되고,
    상기 파장 변환층의 측면의 적어도 일부는 상기 중간층 중 상기 제2 구간에 의해 감싸지는 것을 특징으로 하는 발광 소자 패키지.
  10. 제5 항에 있어서, 상기 복수의 홀들의 내측면을 덮는 반사막을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 소자 패키지.
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