KR20200096625A - 반도체 발광 소자를 이용한 차량용 램프 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 차량용 램프에 관한 것으로 특히, 반도체 발광 소자를 이용한 차량용 램프에 관한 것이다. 본 발명은 빛을 발광하는 광원부를 구비하는 차량용 램프를 제공한다. 상기 광원부는 베이스 기판, 상기 베이스 기판상에 배치되는 제1전극, 상기 제1전극 상에 배치되는 복수의 반도체 발광소자들, 상기 반도체 발광소자들 상측에 배치되고, 상기 반도체 발광소자와 오버랩되도록 배치되는 제2전극을 포함하고, 상기 제2전극은 상기 제2전극의 하측으로 돌출되는 복수의 돌출 전극을 구비하고 상기 돌출 전극들은 상기 반도체 발광소자들과 전기적으로 연결되도록 상기 반도체 발광소자들과 접할 수 있다.

Description

반도체 발광 소자를 이용한 차량용 램프
본 발명은 차량용 램프에 관한 것으로 특히, 반도체 발광 소자를 이용한 차량용 램프에 관한 것이다.
차량은 조명 기능이나 신호 기능을 가지는 다양한 차량용 램프를 구비하고 있다. 일반적으로, 할로겐 램프나 가스 방전식 램프가 주로 사용되어 왔으나, 최근에는 발광다이오드(LED; Light Emitting Diode)가 차량용 램프의 광원으로 주목 받고 있다.
발광다이오드의 경우 사이즈를 최소화함으로서 램프의 디자인 자유도를 높여줄 뿐만 아니라 반영구적인 수명으로 인해 경제성도 갖추고 있으나, 현재 대부분 패키지 형태로 생산되고 있다. 패키지가 아닌 발광 다이오드(Light Emitting Diode: LED) 자체는 전류를 빛으로 변환시키는 반도체 발광 소자로서, 정보 통신기기를 비롯한 전자장치의 표시 화상용 광원으로 개발 중이다.
하지만, 현재까지 개발된 차량용 램프는 패키지 형태의 발광 다이오드를 이용하는 것이기에 양산 수율이 좋지 않고 비용이 많이 소요될 뿐 아니라, 램프로 사용할 수 있을 정도의 광량을 확보하기 어렵다는 문제가 있다.
본 발명은 금속 전극에 전류가 흐를 때, 반도체 발광소자와 금속 전극의 접한 부분과 접하지 않은 부분 사이의 열팽창률 차이로 인하여 쇼트가 발생되는 현상을 방지하기 위한 구조를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 램프의 광량 확보를 위해, 반도체 발광소자에 안정적으로 고전류를 공급할 수 있는 전극 구조를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기 또는 다른 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일 측면에 따르면, 본 발명은 빛을 발광하는 광원부를 구비하는 차량용 램프를 제공한다. 상기 광원부는 베이스 기판, 상기 베이스 기판상에 배치되는 제1전극, 상기 제1전극 상에 배치되는 복수의 반도체 발광소자들, 상기 반도체 발광소자들 상측에 배치되고, 상기 반도체 발광소자와 오버랩되도록 배치되는 제2전극을 포함하고, 상기 제2전극은 상기 제2전극의 하측으로 돌출되는 복수의 돌출 전극을 구비하고 상기 돌출 전극들은 상기 반도체 발광소자들과 전기적으로 연결되도록 상기 반도체 발광소자들과 접할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 반도체 발광소자들과 상기 제2전극 사이에 배치되는 광투과층을 더 포함하고, 상기 돌출 전극은 상기 광투과층을 관통하여 상기 반도체 발광소자들과 접하도록 배치될 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 광투과층은 상기 반도체 발광소자들과 오버랩되도록 형성되는 복수의 전극홀을 구비할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 반도체 발광소자들 각각은 상기 제1전극과 전기적으로 연결되는 제1도전형 전극, 상기 제1도전형 전극 상에 적층되는 제1도전형 반도체층, 상기 제1도전형 반도체층 상에 적층되는 활성층, 반도체 발광소자의 측면 방향으로 돌출되는 돌출부를 구비하고, 상기 활성층 상에 적층되는 제2도전형 반도체층 및 상기 돌출부 상에 적층되는 제2도전형 전극을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 돌출 전극은 상기 제2전극의 전체 영역 중 상기 돌출부와 오버랩되는 영역에서 돌출될 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 돌출 전극은 상기 활성층과 오버랩되지 않을 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 제2전극 및 상기 돌출 전극은 Ni 또는 Cr로 이루어지며, 최하층에 배치되는 제1전극층 및 Al 또는 Ag로 이루어지며, 상기 제1전극층 상에 적층되는 제2전극층을 구비할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 제2전극 및 상기 돌출 전극은 Au로 이루어지며, 상기 제2전극층 상에 적층되는 제3전극층을 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 제2전극 및 상기 돌출 전극은 도전성 나노입자 또는 도전성 그래핀으로 이루어지고, 상기 제1 및 제2전극층사이에 배치되는 중간층을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 금속 전극과 반도체 발광소자의 상면 간의 접촉면적이 매우 넓기 때문에, 반도체 발광소자에 전류가 공급될 때 반도체 발광소자 전체에서 열이 균일하게 발생될 수 있다. 이를 통해, 본 발명은 불균일한 열팽창으로 인하여 반도체 발광소자와 전극간 쇼트가 발생되는 현상을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 금속 전극과 반도체 발광소자의 접촉 면적이 넓기 때문에 반도체 발광소자에 전류를 최대치로 공급할 수 있게 된다. 이를 통해, 램프의 광량을 증가시킬 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 반도체 발광 소자를 이용한 차량용 램프의 일 실시예를 나타내는 개념도이다.
도 2는 도 1의 A부분의 부분 확대도이다.
도 3은 도 1의 A부분의 단면도이다.
도 4는 도 3의 수직형 반도체 발광소자를 나타내는 개념도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 램프의 단면도이다.
도 6은 본 발명의 변형 실시 예에 따른 단면도이다.
도 7 내지 10은 본 발명에 따른 램프의 전극 구조를 나타내는 개념도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 됨을 유의해야 한다.
또한, 층, 영역 또는 기판과 같은 요소가 다른 구성요소 "상(on)"에 존재하는 것으로 언급될 때, 이것은 직접적으로 다른 요소 상에 존재하거나 또는 그 사이에 중간 요소가 존재할 수도 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
본 명세서에서 설명되는 차량용 램프에는 전조등(헤드 램프), 미등, 차폭등, 안개등, 방향지시등, 제동등, 비상등, 후진등(테일 램프) 등이 포함될 수 있다. 그러나, 본 명세서에 기재된 실시 예에 따른 구성은 추후 개발되는 새로운 제품형태이라도, 디스플레이가 가능한 장치에는 적용될 수도 있음을 본 기술분야의 당업자라면 쉽게 알 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 반도체 발광 소자를 이용한 차량용 램프의 일 실시예를 나타내는 개념도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 램프(10)는 차체에 고정되는 프레임(11)과, 프레임(11)에 설치되는 광원부(12)를 포함하여 이루어진다.
프레임(11)에는 광원부(12)에 전원을 공급하기 위한 배선라인이 연결되어 있으며, 상기 프레임(11)은 차체에 직접 체결 고정되거나 브라켓을 매개로 고정될 수 있다. 도시에 의하면, 광원부(12)가 발광하는 빛을 보다 확산하고 선명하게 하기 위하여 렌즈부가 구비될 수 있다.
상기 광원부(12)는 외력에 의하여 휘어질 수 있는, 구부러질 수 있는, 비틀어질 수 있는, 접힐 수 있는, 말려질 수 있는 플렉서블 광원부가 될 수 있다.
상기 광원부(12)가 휘어지지 않는 상태(예를 들어, 무한대의 곡률반경을 가지는 상태, 이하 제1상태라 한다)에서는 상기 광원부(12)는 평면이 된다. 상기 제1상태에서 외력에 의하여 휘어진 상태(예를 들어, 유한의 곡률반경을 가지는 상태, 이하, 제2상태라 한다)에서는 상기 플렉서블 광원부는 적어도 일부가 휘어지거나 굽어진 곡면이 될 수 있다.
상기 광원부(12)의 화소는 반도체 발광 소자에 의하여 구현될 수 있다. 본 발명에서는 전류를 빛으로 변환시키는 반도체 발광 소자의 일 종류로서 발광 다이오드(Light Emitting Diode: LED)를 예시한다. 상기 발광 다이오드는 작은 크기로 형성되며, 이를 통하여 상기 제2상태에서도 화소의 역할을 할 수 있게 된다.
한편, 본 발명에 따른 광원부(12)는 단위 광원, 베이스 기판, 연결전극을 포함하여 이루어진다. 이하에서는, 상술한 구성요소들에 대하여 구체적으로 설명한다.
광원부(12)는 상기 단위 광원만으로 이루어질 수 있다. 이하, 단위 광원만으로 이루어진 광원부(12)를 통해, 상기 단위 광원에 대하여 구체적으로 설명한다.
도 2는 도 1의 A부분의 부분 확대도이고, 도 3은 단면도이며, 도 4는 도 3의 수직형 반도체 발광소자를 나타내는 개념도이다.
도 2, 도 3 및 도 4의 도시에 의하면, 반도체 발광 소자를 이용한 단위 광원(100)로서 패시브 매트릭스(Passive Matrix, PM) 방식의 반도체 발광 소자를 이용한 경우를 예시한다. 다만, 이하 설명되는 예시는 액티브 매트릭스(Active Matrix, AM) 방식의 반도체 발광 소자에도 적용 가능하다.
상기 단위 광원(100)은 기판(110), 제1전극(120), 제1접착층(130), 제2전극(140) 및 복수의 반도체 발광 소자(150)를 포함한다.
기판(110)은 전체 공정을 통해 구조가 형성되는 기본층(base layer)이며, 제1전극(120)이 배치되는 배선기판이 될 수 있다. 상기 기판(110)은 플렉서블(flexible) 광원부를 구현하기 위하여 유리나 폴리이미드(PI)를 포함할 수 있다. 또한, 기판(110)은 박형 금속이 될 수 있다. 이외에도 절연성이 있고, 유연성 있는 재질이면 예를 들어 PEN(Polyethylene Naphthalate), PET(Polyethylene Terephthalate) 등 어느 것이라도 사용될 수 있다. 또한, 상기 기판(110)은 투명한 재질 또는 불투명한 재질 어느 것이나 될 수 있다.
한편, 상기 기판(110)에는 방열 시트나 히트 싱크 등이 장착되어, 방열 기능이 구현될 수 있다. 이 경우에, 상기 제1전극(120)이 배치되는 면의 반대면에 상기 방열 시트나 히트 싱크 등이 장착될 수 있다.
제1전극(120)은 기판(110) 상에 위치하며, 면 형태의 전극으로 형성될 수 있다. 따라서, 상기 제1전극(120)은 상기 기판상에 배치되는 전극층이 될 수 있으며, 데이터 전극의 역할을 하도록 이루어질 수 있다. 한편, 제1전극(120)위에는 연결 전극(220)과 전기적 연결을 용이하게 하는 전극패드(123)가 배치될 수 있다.
제1접착층(130)은 제1전극(120)이 위치하는 기판(110)상에 형성된다.
상기 제1접착층(130)은 접착성과 전도성을 가지는 층이 될 수 있으며, 이를 위하여 상기 제1접착층(130)에서는 전도성을 가지는 물질과 접착성을 가지는 물질이 혼합될 수 있다. 따라서, 상기 제1접착층은 전도성 제1접착층으로 지칭될 수 있다. 또한 제1접착층(130)은 연성을 가지며, 이를 통하여 광원부에서 플렉서블 기능을 가능하게 한다.
이러한 예로서, 제1접착층(130)은 이방성 전도성 필름(anistropy conductive film, ACF), 이방성 전도 페이스트(paste), 전도성 입자를 함유한 솔루션(solution) 등이 될 수 있다. 상기 제1접착층(130)은 두께를 관통하는 Z 방향으로는 전기적 상호 연결을 허용하나, 수평적인 X-Y 방향으로는 전기절연성을 가지는 레이어로서 구성될 수 있다. 따라서 상기 제1접착층(130)은 Z축 전도층으로 명명될 수 있다.
상기 이방성 전도성 필름은 이방성 전도매질(anisotropic conductive medium)이 절연성 베이스부재에 혼합된 형태의 필름으로서, 열 및 압력이 가해지면 특정 부분만 이방성 전도매질에 의하여 전도성을 가지게 된다. 이하, 상기 이방성 전도성 필름에는 열 및 압력이 가해지는 것으로 설명하나, 상기 이방성 전도성 필름이 부분적으로 전도성을 가지기 위하여 다른 방법도 가능하다. 이러한 방법은, 예를 들어 상기 열 및 압력 중 어느 하나만이 가해지거나 UV 경화 등이 될 수 있다.
또한, 상기 이방성 전도매질은 예를 들어, 도전볼이나 전도성 입자가 될 수 있다. 도시에 의하면, 본 예시에서 상기 이방성 전도성 필름은 도전볼이 절연성 베이스 부재에 혼합된 형태의 필름으로서, 열 및 압력이 가해지면 특정부분만 도전볼에 의하여 전도성을 가지게 된다. 이방성 전도성 필름은 전도성 물질의 코어가 폴리머 재질의 절연막에 의하여 피복된 복수의 입자가 함유된 상태가 될 수 있으며, 이 경우에 열 및 압력이 가해진 부분이 절연막이 파괴되면서 코어에 의하여 도전성을 가지게 된다. 이때, 코어의 형태는 변형되어 필름의 두께방향으로 서로 접촉하는 층을 이룰 수 있다. 보다 구체적인 예로서, 열 및 압력은 이방성 전도성 필름에 전체적으로 가해지며, 이방성 전도성 필름에 의하여 접착되는 상대물의 높이차에 의하여 Z축 방향의 전기적 연결이 부분적으로 형성된다.
다른 예로서, 이방성 전도성 필름은 절연 코어에 전도성 물질이 피복된 복수의 입자가 함유된 상태가 될 수 있다. 이 경우에는 열 및 압력이 가해진 부분이 전도성 물질이 변형되어(눌러 붙어서) 필름의 두께방향으로 전도성을 가지게 된다. 또 다른 예로서, 전도성 물질이 Z축 방향으로 절연성 베이스 부재를 관통하여 필름의 두께방향으로 전도성을 가지는 형태도 가능하다. 이 경우에, 전도성 물질은 뽀족한 단부를 가질 수 있다.
도시에 의하면, 상기 이방성 전도성 필름은 도전볼이 절연성 베이스 부재의 일면에 삽입된 형태로 구성되는 고정배열 이방성 전도성 필름(fixed array ACF)가 될 수 있다. 보다 구체적으로, 절연성 베이스부재는 접착성을 가지는 물질로 형성되며, 도전볼은 상기 절연성 베이스부재의 바닥부분에 집중적으로 배치되며, 상기 베이스부재에서 열 및 압력이 가해지면 상기 도전볼과 함께 변형됨에 따라 수직방향으로 전도성을 가지게 된다.
다만, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 이방성 전도성 필름은 절연성 베이스부재에 도전볼이 랜덤하게 혼입된 형태나, 복수의 층으로 구성되며 어느 한 층에 도전볼이 배치되는 형태(double-ACF) 등이 모두 가능하다.
이방성 전도 페이스트는 페이스트와 도전볼의 결합형태로서, 절연성 및 접착성의 베이스 물질에 도전볼이 혼합된 페이스트가 될 수 있다. 또한, 전도성 입자를 함유한 솔루션은 전도성 particle 혹은 nano 입자를 함유한 형태의 솔루션이 될 수 있다.
기판(110) 상에 제1전극(120)이 위치하는 상태에서, 예를 들어 이방성 전도성 필름을 위치시킨 후에, 반도체 발광 소자(150)를 열 및 압력을 가하여 접속시키면, 상기 반도체 발광 소자(150)가 제1전극(120)과 전기적으로 연결된다. 이 때, 상기 반도체 발광 소자(150)는 제1전극(120) 상에 위치되도록 배치되는 것이 바람직하다. 또한, 이방성 전도성 필름은 접착 성분을 함유하기 때문에, 제1접착층(130)은 반도체 발광 소자(150)와 제1전극(120) 사이에서 전기적 연결뿐만 아니라 기계적 결합까지 구현한다.
또 다른 예로서, 상기 제1접착층은 Eutectic bonding을 위한 주석계열 alloy, Au, Al 또는 Pb 등을 구비하며, 상기 기판과 상기 반도체 발광소자는 Eutectic bonding에 의하여 결합될 수 있다.
반도체 발광 소자(150)는 휘도가 우수하므로, 작은 크기로도 개별 단위 픽셀을 구성할 수 있다. 이와 같은 개별 반도체 발광 소자(150)의 크기는 한 변의 길이가 80㎛ 이하일 수 있고, 직사각형 또는 정사각형 소자일 수 있다. 이 경우에, 단일 반도체 발광소자의 면적은 10-10~10-5m2 의 범위를 가지며, 발광소자 간 간격은 100um~10mm 의 범위를 가질 수 있다.
상기 반도체 발광 소자(150)는 수직형 구조가 될 수 있다.
수직형 반도체 발광 소자들의 사이에는 복수의 제2전극(140)이 위치하며, 상기 복수의 제2전극(140)은 상기 반도체 발광 소자(150)와 전기적으로 연결된다.
도 4를 참조하면, 이러한 수직형 반도체 발광 소자는 p형 전극(156), p형 전극(156) 상에 형성된 p형 반도체층(155), p형 반도체층(155) 상에 형성된 활성층(154), 활성층(154)상에 형성된 n형 반도체층(153) 및 n형 반도체층(153) 상에 형성된 n형 전극(152)을 포함한다. 이 경우, 하부에 위치한 p형 전극(156)은 제1전극(120)과 제1접착층(130)에 의하여 전기적으로 연결될 수 있고, 상부에 위치한 n형 전극(152)은 후술하는 제2전극(140)과 전기적으로 연결될 수 있다. 이러한 수직형 반도체 발광 소자(150)는 전극을 상/하로 배치할 수 있으므로, 칩 사이즈를 줄일 수 있다는 큰 강점을 가지고 있다.
다시 도 2 및 도 3을 참조하면, 또한, 복수의 반도체 발광 소자(150)는 발광 소자 어레이(array)를 구성하며, 복수의 반도체 발광 소자(150)의 사이에는 절연층(160)이 형성된다. 예를 들어, 상기 제1접착층(130)의 일면에 절연층(160)이 형성되어 상기 반도체 발광 소자(150)의 사이 공간을 채우게 된다.
다만, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 절연층(160)이 없이 상기 제1접착층(130)이 상기 반도체 발광소자의 사이를 모두 채우는 구조도 가능하다.
상기 절연층(160)은 실리콘 옥사이드(SiOx) 등을 포함하는 투명 절연층이 될 수 있다. 다른 예로서, 상기 절연층(160)에는 전극간의 short를 방지하기 위한 구조로 절연특성이 우수하고 광흡수가 적은 에폭시 혹은 methyl, phenyl 계열 실리콘 등의 고분자 물질 혹은, SiN, Al2O3 등의 무기 물질이 사용될 수 있다.
도시에 의하면, 상기 발광 소자 어레이에는 형광체층(180)이 형성된다.
상기 형광체층(180)은 상기 반도체 발광 소자(150)의 일면에 형성될 수 있다. 예를 들어, 반도체 발광 소자(150)는 청색(B) 광을 발광하는 청색 반도체 발광 소자(151)이고, 이러한 청색(B) 광을 다른 색상으로 변환시키기 위한 형광체층(180)이 구비될 수 있다. 이 경우에, 형광체층(180)은 청색 광을 적색(R) 광으로 변환시킬 수 있는 적색 형광체, 청색 광을 녹색(G) 광으로 변환시킬 수 있는 녹색 형광체 또는 청색 광을 백색(W) 광으로 변환시킬 수 있는 황색 형광체를 구비할 수 있다.
이 경우에, Nitride 기반 반도체 발광소자에서 형성되는 광의 파장은 390~550nm 의 범위를 가지며, 형광체가 삽입된 필름을 통해 450~670nm 로 변환시킬 수 있다. 또한, 적색 형광체 및 녹색 형광체를 전부 구비하여, 여러 파장의 광을 혼합하여, 백색 광을 구현할 수 있다. 또한, 적색계열의 광이 필요할 때, GaAs 계열의 적색 반도체 발광소자를 사용할 경우 형광체가 아닌 광 확산 필름을 사용할 수 있다. 또한, 광추출 효율을 향상시키기 위해 패턴된 시트가 삽입될 수 있다.
이 경우에, 상기 반도체 발광소자(150)와 상기 형광체층(180)의 사이에는 광학갭층(171)이 존재할 수 있다. 상기 광학갭층(171)은 광흡수가 적고 bending 특성이 우수한 에폭시, 아크릴, 혹은 methyl, phenyl 계열 실리콘 등의 재질로 이루어질 수 있다. 또한, 광효율 최적화를 위해 패턴된 시트가 삽입되거나, 굴절율이 다른 입자가 혼합될 수 있다.
한편, 이 때에 컬러 필터(172)가 상기 형광체층(180)에 적층되어 변환된 광의 색순도를 향상시키는 것도 가능하다. 또한, 수분, 산소 및 외부충격으로부터 광원부를 보호하기 위하여 상기 컬러 필터(172)를 보호층(173)이 덮도록 형성될 수 있다. 이 때에, 상기 보호층(173)은 필름 접함 또는 레진 코팅을 통하여 구현될 수 있다.
이하, 상술한 구성요소들과 함께 본 발명에 따른 실시 예에 대하여 설명한다.
본 발명은 상술한 수직형 반도체 발광소자를 이용한 차량용 램프이다. 도 2에서 설명한 바와 같이, 수직형 반도체 발광소자에 전류를 공급하기 위해서는 제2전극(140)이 반도체 발광소자 상측에서 n형 전극(152)과 오버랩되어야 한다. 종래에는 제2전극(140)과 n형 전극(152)이 오버랩되는 면적을 최소화하였다. 일 실시 예에 있어서, 종래에는 제2전극(140)과 n형 전극(152)이 오버랩되지 않고, 제2전극(140)에서 돌출된 돌출부가 n형 전극(152)과 오믹(omic)을 형성하도록 함으로써, 전극과 반도체 발광소자가 오버랩되는 면적을 최소화 하였다.
다만, 상술한 바와 같이, 전극과 반도체 발광소자가 오버랩되는 면적을 최소화할 경우, 반도체 발광소자의 일부분에만 전류가 공급된다. 이때, 전류가 공급되는 부분(이하, 제1영역)과 전류가 공급되지 않는 부분(이하, 제2영역)에서는 서로 다른 양의 열이 발생된다. 구체적으로, 제1영역에서는 상대적으로 많은 양의 열이 발생되며, 이에 따른 열팽창률도 상대적으로 커진다. 반면, 제2영역은 제1영역과 비교할 때 열팽창률이 작아진다. 상술한 열팽창률 차이로 인하여 반도체 발광소자가 불균일하게 변형된다.
차량용 램프에서는 광량 확보를 위해 반도체 발광소자에 많은 양의 전류가 공급되기 때문에, 반도체 발광소자의 불균일한 변형이 크게 발생할 수 있으며, 이로 인하여, 반도체 발광소자와 전극간 쇼트가 발생될 수 있다.
이하, 전류 공급에 따른 반도체 발광소자의 불균일한 변형을 방지하기 위한 구조에 대하여 설명한다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 램프의 단면도이다.
본 발명에 따른 램프는 도 2 내지 4에서 설명한 구성요소들 중 적어도 일부를 포함할 수 있다. 구체적으로, 본 발명에 따른 램프는 제1전극(120), 수직형 반도체 발광소자(150) 및 제2전극(140)을 포함한다. 이에 대한 기본적인 설명은 도 2 내지 4의 설명으로 갈음한다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 램프는 반도체 발광소자(150) 상측에 배치되고, 상기 반도체 발광소자와 오버랩되도록 배치되는 제2전극(140)을 포함한다. 또한, 상기 제2전극(140)은 상기 제2전극(140)의 하측으로 돌출되는 복수의 돌출 전극들(141)을 구비하고, 상기 돌출 전극들(141)은 상기 반도체 발광소자들(150)과 전기적으로 연결되도록, 상기 반도체 발광소자들과 접한다.
한편, 상기 제2전극(140)은 상기 반도체 발광소자(150)의 상면과 동일한 평면에 배치되지 않고, 상기 반도체 발광소자(150)보다 상측에 배치된다. 구체적으로, 상기 반도체 발광소자들(150)과 상기 제2전극(140) 사이에는 광투과층(171)이 배치될 수 있다. 즉, 반도체 발광소자는 광투과성 물질로 이루어지는 광투과층(171)으로 덮이고, 제2전극(140)은 상기 광투과층 상에 배치될 수 있다.
한편, 상기 제2전극(140)으로부터 돌출되는 돌출 전극(141)은 상기 광투과층(171)을 관통하여 상기 반도체 발광소자의 상면과 접하도록 형성될 수 있다. 이를 위해, 상기 광투과층(171)은 상기 반도체 발광소자들과 오버랩되도록 형성되는 복수의 전극홀을 구비할 수 있다. 상기 돌출 전극(141)은 상기 전극홀을 따라 형성되어, 상기 반도체 발광소자와 전기적으로 연결된다.
상기 제2전극(140) 및 상기 돌출 전극(141)은 상기 반도체 발광소자(150)의 적어도 일부와 오버랩되기 때문에, 반도체 발광소자 상측으로 진행하는 빛을 흡수하거나 반사할 수 있다. 램프의 광손실을 최소화 하기 위해, 상기 제2전극(140) 및 상기 돌출 전극(141)은 반사율이 높은 소재로 이루어질 수 있다. 상기 제2전극(140) 및 상기 돌출 전극(141)을 이루는 소재는 후술한다.
상기 제2전극(140) 및 상기 돌출 전극(141)은 상기 반도체 발광소자(150)의 상면과는 오버랩되지만, 상기 반도체 발광소자(150)보다 넓은 면적으로 형성되지 않는다. 따라서, 상기 반도체 발광소자(150)의 측면으로 방출되어 반도체 발광소자의 상측으로 향하는 빛은 상기 제2전극(140) 및 상기 돌출 전극(141)의 방해를 받지 않고 외부로 방출될 수 있다.
한편, 반도체 발광소자 하측에 반사판을 구비하는 경우, 상기 제2전극 및 상기 돌출 전극에 의하여 반사된 빛은 상기 반사판을 통해 재반사되어 외부로 방출될 수 있다.
상술한 구조에 따르면, 금속으로 이루어지는 전극이 반도체 발광소자 상면의 90% 이상과 오버랩되어 반도체 발광소자에 안정적으로 전류를 공급할 수 있게 된다. 본 발명에 따르면, 금속 전극과 반도체 발광소자간의 접촉면적이 넓기 때문에, 전류 공급시 반도체 발광소자에서의 불균일한 열 발생을 막을 수 있다.
한편, 본 발명은 반도체 발광소자에 안정적으로 전류를 공급함과 동시에 램프의 광량을 최대화 할 수 있는 구조를 제시한다. 구체적으로, 본 발명은 반도체 발광소자와 상기 돌출 전극이 오버랩되는 면적을 최소화하는 구조를 제시한다.
도 6은 본 발명의 변형 실시 예에 따른 단면도이다.
본 발명에 따른 반도체 발광소자는 상기 제1도전형 전극(156, 도 4에서는 p형 전극이라 하였으나 이에 한정되지 않음), 상기 제1도전형 전극 상에 적층되는 제1 도전형 반도체층(155, 도 4에서는 p형 반도체층 이라하였으나 이에 한정되지 않음), 활성층(154), 제2도전형 반도체층(153, 도 4에서는 n형 반도체층 이라하였으나 이에 한정되지 않음) 및 제2도전형 전극(152, 도 4에서는 n형 전극이라 하였으나 이에 한정되지 않음)을 포함한다.
여기서, 상기 제2도전형 반도체층(153)은 반도체 발광소자의 측면 방향으로 돌출되는 돌출부(153')를 구비한다. 상기 돌출부(153')는 반도체 발광소자(150)의 일측면으로부터 연장되며, 상기 돌출부(153')의 상면은 상기 제2도전형 반도체층(153)의 상면과 동일평면상에 배치된다. 이러한 경우, 상기 제2도전형 전극(152)은 상기 돌출부(153') 상에 형성될 수 있다.
상기 돌출부(153')는 상기 활성층(154)과 오버랩되지 않기 때문에, 상기 돌출 전극(141)을 상기 돌출부(153')와 오버랩되도록 배치하는 경우, 상기 돌출 전극(141)이 상기 활성층(154)과 오버랩되는 것을 방지할 수 있다. 상기 돌출 전극(141)은 상기 돌출부와 오버랩되도록 상기 제2전극(140)으로부터 돌출되며, 상기 제2도전형 전극(152)과 오믹(omic)을 형성한다.
상술한 구조에 따르면, 상기 돌출 전극(141)이 상기 활성층(153)과 오버랩되지 않기 때문에, 상기 돌출 전극이 반도체 발광소자 상측으로 향하는 빛을 흡수하거나 반사하는 것을 방지할 수 있다. 이를 통해, 램프의 광량을 증가시킬 수 있다.
한편, 상기 제2전극(140) 및 상기 돌출 전극(141)은 반도체 발광소자 상측에 배치되기 때문에, 램프의 밝기를 감소시킬 수 있다. 상기 제2전극(140) 및 상기 돌출 전극(141)에 의한 램프의 밝기 감소를 최소화하기 위해, 반사율이 높은 소재를 활용한다.
구체적으로, 상기 제2전극(140) 및 상기 돌출 전극(141)은 Ni 또는 Cr로 이루어지며, 최하층에 배치되는 제1전극층, Al 또는 Ag로 이루어지며, 상기 제1전극층 상에 적층되는 제2전극층을 구비할 수 있다.
상기 Ni 또는 Cr은 제2도전형 반도체층과 오믹(omic)을 형성하거나, 광투과층에 접착시키기 위한 용도로 활용된다. 상기 제1전극층은 전극의 반사율을 높이기 위한 금속이 아니므로, 5nm 이하로 형성되는 것이 바람직하다.
한편, 제2전극층은 반사율이 높은 소재로 이루어질 수 있다. 제2전극층은 상기 제2전극 및 돌출 전극의 반사율을 높여, 램프의 밝기를 증가시킨다.
한편, 상기 제2전극 및 상기 돌출 전극은 Au로 이루어지며, 상기 제2전극층 상에 적층되는 제3전극층을 더 포함할 수 있다. 상기 제3전극층은 반도체 발광소자에 공급되는 전류량을 높이기 위해 전기 전도도가 높은 소재로 이루어질 수 있다.
한편, 상기 제2전극 및 상기 돌출 전극의 반사율을 보다 높이기 위해, 상기 제2전극 및 상기 돌출 전극은 상기 제1 및 제2전극층 사이에 배치되는 도전성 나노입자 도는 도전성 그래핀으로 이루어지는 중간층을 더 포함할 수 있다. 상기 중간층은 반사율이 높은 소재로 이루어져, 제2전극 및 돌출 전극의 반사율을 증가시킨다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 반도체 발광소자와 오버랩되는 제2전극 및 돌출 전극을 반사율이 높은 소재로 구성함으로써, 반도체 발광소자에서 발광된 빛이 제2전극 및 돌출 전극에서 반사되도록 한다. 이를 통해, 램프의 광량을 증가시킬 수 있다.
본 발명에 따른 램프에 구비된 제2전극은 크게 네 가지 변형 실시 예를 가질 수 있다. 도 7 내지 10은 본 발명에 따른 램프의 전극 구조를 나타내는 개념도이다.
도 7 내지 10에는 제2전극 구조의 이해를 돕기 위해 제2전극과 반도체 발광소자들만 도시하였으나, 도 7 내지 10에서 도시하는 램프는 상술한 램프의 구성요소들 포함할 수 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 제2전극(140)으로부터 돌출된 돌출 전극(141)은 반도체 발광소자(150)의 상면과 90% 이상 오버랩되도록 형성될 수 있다. 이러한 경우, 돌출 전극(141)은 반도체 발광소자의 활성층과 90% 이상 오버랩된다. 이에 따라, 반도체 발광소자 상측으로 진행하는 빛은 돌출 전극에 의하여 반사될 수 있으나, 상술한 전극 구조는 도 7 내지 10에서 설명하는 모든 실시 예들 중 반도체 발광소자에 공급할 수 있는 전류량이 가장 많다. 도 7의 구조는 반도체 발광소자에 안정적으로 전류를 공급할 수 있기 때문에, 반도체 발광소자에 공급되는 전류량을 늘려 램프의 광량을 증가시킬 수 있다.
한편, 도 8과 같이, 복수의 제2전극(140)들은 서로 병렬로 연결될 수 있다. 이를 위해 제2전극(140)들 사이에는 연결전극(142)이 형성될 수 있다. 상기 연결전극(142)을 통해 반도체 발광소자에 공급되는 전류를 균일하게 분산시킬 수 있다.
한편, 도 9에 도시된 바와 같이, 반도체 발광소자(150)의 제2도전형 반도체층은 돌출부(153')를 형성할 수 있고, 제2도전형 전극은 상기 돌출부(153') 상에 형성될 수 있다. 이러한 경우, 제2전극(140)에서 돌출되는 돌출 전극(141)은 상기 돌출부(153')와 오버랩될 수 있다. 상술한 전극 구조는 전류 공급 영역과 광 방출 영역을 분리함으로써, 램프의 광량을 최대화 할 수 있다.
한편, 도 10과 같이, 복수의 제2전극(140)들은 서로 병렬로 연결될 수 있다. 이를 위해 제2전극(140)들 사이에는 연결전극(142)이 형성될 수 있다. 상기 연결전극(142)을 통해 반도체 발광소자에 공급되는 전류를 균일하게 분산시킬 수 있다.
이상에서 설명한 반도체 발광 소자를 이용한 램프는 위에서 설명된 실시예들의 구성과 방법에 한정되는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.

Claims (9)

  1. 빛을 발광하는 광원부를 구비하는 차량용 램프에 있어서,
    상기 광원부는,
    베이스 기판;
    상기 베이스 기판상에 배치되는 제1전극;
    상기 제1전극 상에 배치되는 복수의 반도체 발광소자들;
    상기 반도체 발광소자들 상측에 배치되고, 상기 반도체 발광소자와 오버랩되도록 배치되는 제2전극을 포함하고,
    상기 제2전극은,
    상기 제2전극의 하측으로 돌출되는 복수의 돌출 전극을 구비하고,
    상기 돌출 전극들은 상기 반도체 발광소자들과 전기적으로 연결되도록 상기 반도체 발광소자들과 접하는 것을 특징으로 하는 차량용 램프.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 반도체 발광소자들과 상기 제2전극 사이에 배치되는 광투과층을 더 포함하고,
    상기 돌출 전극은 상기 광투과층을 관통하여 상기 반도체 발광소자들과 접하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 차량용 램프.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 광투과층은 상기 반도체 발광소자들과 오버랩되도록 형성되는 복수의 전극홀을 구비하는 것을 특징으로 하는 차량용 램프.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 반도체 발광소자들 각각은,
    상기 제1전극과 전기적으로 연결되는 제1도전형 전극;
    상기 제1도전형 전극 상에 적층되는 제1도전형 반도체층;
    상기 제1도전형 반도체층 상에 적층되는 활성층;
    반도체 발광소자의 측면 방향으로 돌출되는 돌출부를 구비하고, 상기 활성층 상에 적층되는 제2도전형 반도체층; 및
    상기 돌출부 상에 적층되는 제2도전형 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 램프.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 돌출 전극은,
    상기 제2전극의 전체 영역 중 상기 돌출부와 오버랩되는 영역에서 돌출되는 것을 특징으로 하는 차량용 램프.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 돌출 전극은,
    상기 활성층과 오버랩되지 않는 것을 특징으로 하는 차량용 램프.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제2전극 및 상기 돌출 전극은,
    Ni 또는 Cr로 이루어지며, 최하층에 배치되는 제1전극층; 및
    Al 또는 Ag로 이루어지며, 상기 제1전극층 상에 적층되는 제2전극층을 구비하는 것을 특징으로 하는 차량용 램프.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제2전극 및 상기 돌출 전극은,
    Au로 이루어지며, 상기 제2전극층 상에 적층되는 제3전극층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 램프.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 제2전극 및 상기 돌출 전극은,
    도전성 나노입자 또는 도전성 그래핀으로 이루어지고, 상기 제1 및 제2전극층사이에 배치되는 중간층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 램프.
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