KR20130014256A - 발광 소자 패키지 및 이를 이용한 조명 시스템 - Google Patents

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Abstract

실시 예에 따른 발광 소자 패키지는, 캐비티를 포함하는 몸체; 상기 몸체에 배치된 제1 리드 전극 및 제2 리드 전극; 상기 캐비티 내에 배치되며, 상기 제1 리드 전극 및 제2 리드 전극 중 적어도 하나와 전기적으로 연결되며, 410~440nm범위의 제1피크파장을 발광하는 발광 소자; 및 상기 발광 소자 상에 제1형광체를 갖는 제1 수지부를 포함하며, 상기 제1 수지부의 제1형광체는 상기 제1피크 파장의 일부 광을 여기시켜 465~479nm 대역의 제2피크 파장의 광을 발광하며, 상기 제1피크 파장과 상기 제2피크 파장은 동일한 컬러 대역의 광을 포함한다.

Description

발광 소자 패키지 및 이를 이용한 조명 시스템{LIGHT EMITTING DEVICE PACKAGE AND LIGHTING SYSTEM USING THE SAME}
실시예는 발광 소자 패키지 및 이를 이용한 조명 시스템에 관한 것이다.
발광 다이오드(LED)는 전기 에너지를 빛으로 변환하는 반도체 소자의 일종이다. 발광 다이오드는 형광등, 백열등 등 기존의 광원에 비해 저소비전력, 반영구적인 수명, 빠른 응답속도, 안전성, 환경 친화성의 장점을 가진다. 이에 기존의 광원을 발광 다이오드로 대체하기 위한 많은 연구가 진행되고 있으며, 발광 다이오드는 실내외에서 사용되는 각종 램프, 액정표시장치, 전광판, 가로등 등의 조명 장치의 광원으로서 사용이 증가되고 있는 추세이다.
발광 다이오드는 순 방향 전압 인가 시 n층의 전자와 p층의 정공이 결합하여 전도대(Conduction band)와 가전대(Valance band)의 에너지 갭에 해당하는 만큼의 빛 에너지를 생성할 수 있다.
발광 다이오드의 재질의 일종인 질화물 반도체는 높은 열적 안정성과 폭넓은 밴드갭 에너지에 의해 광소자 및 고출력 전자소자 개발 분야에서 큰 관심을 받고 있다. 특히, 질화물 반도체를 이용한 청색(Blue) LED, 녹색(Green) LED, 자외선(UV) LED 등은 상용화되어 널리 사용되고 있다.
실시예는 새로운 구조를 갖는 발광 소자 패키지 및 이를 이용한 라이트 유닛을 제공한다.
실시예는 서로 다른 청색 계열의 피크 파장을 갖는 발광 소자 패키지 및 이를 이용한 라이트 유닛을 제공한다.
실시 예는 청색 형광체와 청색 발광 소자를 이용하여 백색 컬러를 조절할 수 있는 발광 소자 패키지 및 이를 이용한 라이트 유닛을 제공한다.
실시예에 따른 발광 소자 패키지는 캐비티를 포함하는 몸체; 상기 몸체에 배치된 제1 리드 전극 및 제2 리드 전극; 상기 캐비티 내에 배치되며, 상기 제1 리드 전극 및 제2 리드 전극 중 적어도 하나와 전기적으로 연결되며, 410~440nm범위의 제1피크파장을 발광하는 발광 소자; 및 상기 발광 소자 상에 제1형광체를 갖는 제1 수지부를 포함하며, 상기 제1 수지부의 제1형광체는 상기 제1피크 파장의 일부 광을 여기시켜 465~479nm 대역의 제2피크 파장의 광을 발광하며, 상기 제1피크 파장과 상기 제2피크 파장은 동일한 컬러 대역의 광을 포함한다.
실시예는 발광 소자 패키지에 의해 발광된 광을 이용하여 감성 조명 효과를 개선시켜 줄 수 있다.
실시 예는 발광 소자 패키지의 광 효율을 개선시켜 줄 수 있다.
실시예는 색 편차가 적은 발광 소자 패키지 및 이를 이용한 라이트 유닛을 제공할 수 있다.
도 1은 제1실시예에 따른 발광 소자 패키지의 측 단면도
도 2는 도 1의 발광 소자로부터 방출된 빛의 광 경로를 나타내는 도면
도 3은 제2실시예에 따른 발광 소자 패키지를 도시한 도면
도 4는 제3실시예에 따른 발광 소자 패키지를 나타내는 도면
도 5는 제4실시 예에 따른 발광 소자 패키지를 나타낸 도면
도 6은 제5실시 예에 따른 발광 소자 패키지를 나타낸 도면
도 7는 도 1의 제1발광 소자와 제2형광체의 피크 파장을 나타낸 도면이다.
도 8은 도 1의 발광 소자의 일 예를 나타낸 도면이다.
도 9은 도 1의 발광 소자 패키지를 갖는 표시장치의 일 예를 나타낸 사시도이다.
도 10은 도 1의 발광 소자 패키지를 갖는 표시장치의 다른 예를 나타낸 사시도이다.
도 11은 도 1의 발광 소자 패키지를 갖는 조명 유닛을 나타낸 도면이다.
실시예들의 설명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴들의 "위(on)"에 또는 "아래(under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "위(on)"와 "아래(under)"는 "직접(directly)" 또는 "다른 층을 개재하여(indirectly)" 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 각 층의 위 또는 아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다.
도면에서 각층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예에 따른 발광 소자에 대해 설명한다.
도 1은 실시예에 따른 발광 소자 패키지(100)의 측 단면도이다.
도 1을 참조하면, 실시예에 따른 발광 소자 패키지(100)는 몸체(10), 캐비티(15), 상기 몸체(10)에 배치된 제1 리드 전극(31) 및 제2 리드 전극(32), 상기 제1 리드 전극(31) 및 제2 리드 전극(32)과 전기적으로 연결되어 빛을 생성하는 발광 소자(20), 상기 발광 소자(20)와 상기 제2 리드 전극(32)을 연결하는 와이어(21), 상기 발광 소자(20)를 밀봉하도록 형성된 제1 수지부(40), 상기 제1 수지부(40) 상에 형성된 제2 수지부(50), 제2 수지부(50) 및 상기 캐비티(15)를 채우는 제3수지부(60)를 포함할 수 있다.
상기 몸체(10)는 폴리프탈아미드(PPA:Polyphthalamide)와 같은 수지 재질, 실리콘(Si), 알루미늄(Al), 알루미늄 나이트라이드(AlN), AlOx, 액정폴리머(PSG, photo sensitive glass), 폴리아미드9T(PA9T), 신지오택틱폴리스티렌(SPS), 금속 재질, 사파이어(Al2O3), 베릴륨 옥사이드(BeO), 인쇄회로기판(PCB, Printed Circuit Board) 중 적어도 하나로 형성될 수 있다. 상기 몸체(10)는 사출 성형, 에칭 공정 등에 의해 형성될 수 있으나 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 몸체(10)가 전기 전도성을 갖는 재질로 형성된 경우, 상기 몸체(10)의 표면에는 절연막(미도시)이 형성되어, 상기 몸체(10)와 상기 제1,2 리드 전극(31,32) 등과의 전기적 쇼트를 방지할 수 있다.
또한, 상기 몸체(10)가 실리콘(Si)으로 형성된 경우, 상기 몸체(10)에는 도전형 도펀트를 주입하는 방식으로 제너(zener) 다이오드 등의 보호 소자를 집적 회로 형태로 형성할 수 있다.
상기 몸체(10)에는 상부가 개방되도록 상기 캐비티(15)가 형성될 수 있다. 상기 캐비티(15)는 예를 들어, 상기 몸체(10)의 사출 성형 과정에서 형성되거나, 에칭 공정에 의해 별도로 형성될 수 있으며 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 캐비티(15)는 컵 형상, 또는 오목한 용기 형상으로 형성될 수 있으며, 상기 캐비티(15)의 측면은 바닥면에 대해 수직한 면이거나 경사진 면이 될 수 있다. 또한, 상기 캐비티(15)를 상면에서 바라본 형상은 원형, 사각형, 다각형, 타원형 등의 형상 일 수 있다. 상기 캐비티(115)는 적어도 하나의 리드 전극(31,32)에 의해 컵 구조로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 제1 리드 전극(31) 및 상기 제2 리드 전극(32)은 서로 전기적으로 분리되도록 상기 몸체(10)에 설치될 수 있다. 상기 제1,2 리드 전극(31,32)은 상기 발광 소자(20)와 전기적으로 연결되어 상기 발광 소자(20)에 전원을 제공할 수 있다.
상기 제1 리드 전극(31) 및 상기 제2 리드 전극(32)의 일단은 상기 몸체(10) 내에 배치되고, 타단은 상기 몸체(10)를 따라 상기 몸체(10)의 외측 또는 하면에 노출될 수 있다. 또는, 상기 제1,2 리드 전극(31,32)은 상기 몸체(10)의 상면 및 하면을 관통하여 상기 발광 소자 패키지(100)의 바닥면을 이룰 수도 있으며, 상기 제1,2 리드 전극(31,32)의 구조에 대해 한정하지는 않는다.
상기 제1,2 리드 전극(31,32)은 도금 방법, 증착 방법 또는 포토리소그래피 방법 등을 이용하여 선택적으로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 제1,2 리드 전극(31,32)은 전기 전도성을 갖는 금속 재질, 예를 들어, 티타늄(Ti), 구리(Cu), 니켈(Ni), 금(Au), 크롬(Cr), 탄탈늄(Ta), 백금(Pt), 주석(Sn), 은(Ag), 인(P), 알루미늄(Al), 인듐(In), 팔라듐(Pd), 코발트(Co), 규소(Si), 저마늄(Ge), 하프늄(Hf), 루테늄(Ru), 또는 철(Fe) 중에서 적어도 하나의 물질을 포함할 수 있다. 또한, 상기 제1,2 리드 전극(31,32)은 단층 또는 다층 구조를 가지도록 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 발광 소자(20)는 청색 발광 소자로 형성될 수 있으며, 상기 제1,2 리드 전극(31,32) 상에 직접 접합되어 형성될 수 있다. 상기 발광 소자(20)가 예를 들어, 청색 LED 칩인 경우, 410 내지 440nm대역의 제1피크 파장의 값을 가질 수 있으며, 예컨대 420nm대역의 제1피크 파장을 발광하게 된다. 상기 발광 소자(20)는 통상적으로, 450nm의 청색 파장과 황색 형광체로부터 발광된 파장을 이용하여 백색 컬러 밸런스(balance)를 맞추게 된다. 그러나, 상기 450nm의 청색 파장은 420nm의 청색 파장에 비해 에너지가 낮기 때문에 발광 효율의 향상에는 한계가 있다. 실시 예는 가시광선(UV) 대역의 파장에 가까운 청색 파장일수록 예컨대, 440nm 이하의 파장으로 갈수록 형광체가 에너지를 많이 받아서 발광 효율이 더 개선될 수 있다.
상기 발광 소자(20)는 Ⅲ-Ⅴ족 원소의 화합물 반도체, 예를 들어, GaN, AlN, AlGaN, InGaN, InN, InAlGaN, AlInN, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP, AlGaInP 계열의 반도체 재질로 형성되어, 반도체 재질 고유의 색을 갖는 빛을 방출할 수 있다.
상기 발광 소자(20)는 칩 본딩 방식, 플립 칩 방식 등에 의해 상기 제1,2 리드 전극(31,32)에 전기적으로 연결될 수 있으며 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 제1 수지부(40)는 상기 발광 소자(20)를 덮도록 형성되며, 투광성을 갖는 실리콘 또는 수지 재질로 형성될 수 있으며, 제1 수지물(402) 내에 제1형광체(401)를 포함하여 형성될 수 있다.
상기 제1 수지부(40)는 상기 캐비티(15) 내에 상기 실리콘 또는 수지 재질을 충진한 후, 이를 경화하는 방식으로 형성될 수 있으나, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 제1형광체(401)는 여기 파장대가 상기 발광 소자(20)의 발광 파장의 컬러 대역과 동일한 컬러 대역의 값을 갖도록 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 발광 소자(20)가 청색 LED 칩인 경우, 상기 제1형광체(401)는 410 내지 440nm 대의 제1피크 파장의 일부 광을 여기시켜 465~479nmnm의 제2피크 파장대의 값 예를 들어, 470nm의 파장 대역을 발광할 수 있다. 상기 제1피크 파장과 상기 제2피크 파장의 차이는 25~69nm 정도의 차이를 포함하며, 바람직하게 45~55nm 파장 차이를 가질 수 있다.
상기 제1형광체(401)는 예를 들어, 상기 제1형광체(401)는 청색 형광체이며, 상기 청색 형광체는 Sr2MgSi2O7:Eu2 +의 물질, BaMgAl10O17: Eu(Mn), Sr5Ba3MgSi2O8:Eu2 +, Sr2P2O7:Eu2+, SrSiAl2O3N2:Eu2 +, (Ba1 - xSrx)SiO4:Eu2 +, (Sr,Ca,Ba,Mg)10(PO4)6Cl2:Eu2 +, CaMgSi2O6:Eu2+ 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 1 내지 10μm의 직경을 갖도록 형성될 수 있다.상기 제1형광체(401)의 발광 파장대가 상기 발광 소자(20)의 발광 파장대와 매칭되는 값을 갖도록 형성된 경우, 상기 발광 소자(20)에서 생성된 빛과 상기 제1형광체(401)으로부터 발광된 빛에 의해 청색 성분이 다른 파장의 값을 갖는 빛에 비해 상대적으로 더 많이 발광되게 함으로써, 색좌표의 값을 유지하면서 백색광 효율을 높일 수 있다. 또한 470nm 대역의 파장의 성분을 발광함으로써, 감성 조명 효과를 극대화할 수 있으며, 컬러 화이트 밸런스의 자유도가 증대되어 색좌표 제어가 용이할 수 있다.
도 7과 같이, 발광 소자(20)는 420nm의 피크 파장(P1)을 갖는 청색 계열의 제1메인 피크 파장(W1)을 발광하고, 상기 제1메인 피크 파장(W1)을 흡수한 제1형광체(401)는 470nm의 피크 파장(P2)을 청색 계열의 제2메인 피크 파장(W2)를 발광하게 된다. 상기 제2메인 피크 파장(W1)의 강도(Intensity)는 상기 제1메인 피크 파장(W1)의 강도보다 더 낮을 수 있으며, 상기 제1메인 피크 파장(W1)의 강도에 비해 70~95% 정도의 광도를 가질 수 있다.
상기 제1 수지물(402)로는 투광성 수지계열을 포함할 수 있으며, 광 굴절률과 열 특성을 고려하여 실리콘 수지 또는 에폭시 수지를 포함할 수 있다. 상기 실리콘 수지는 열변 현상이 적어 상기 발광 소자(20)의 높은 온도에 의한 물성 변화가 적다.
상기 제2 수지부(50)는 상기 제1 수지부(40)의 적어도 일부를 덮는 형상으로 형성될 수 있다. 상기 제2 수지부(50)는 제2형광체(501)가 제2 수지물(502) 내에 포함되어 형성될 수 있다. 상기 제2 수지물(502)는 상기 제1 수지물(402)와 마찬가지로 실리콘 수지 또는 에폭시 수지와 같은 투광성 수지를 포함할 수 있고, 상기 제1 수지부(40) 위에 수지 재질을 충진한 후, 이를 경화하는 방식으로 형성될 수 있다. 상기 제1수지부(40)의 형상은 곡면을 갖는 볼록 렌즈 형상이거나 평평한 형상일 수 있으며, 상기 제2수지부(50)의 형상은 곡면을 갖는 볼록 렌즈 형상이거나 평평한 형상일 수 있다. 상기 제1 및 제2수지부(40,50)의 곡면 또는 평평한 형상은 광이 출사되는 면의 형상일 수 있다.
상기 제2형광체(501)는 상기 발광 소자(20)에서 방출되는 제1피크 파장대의 광과 상기 제1형광체(401)로부터 방출된 제2피크 파장대의 광 중 적어도 하나를 흡수 및 여기하여 제2빛을 생성할 수 있다. 예를 들어, 상기 제2형광체(501)로 적색 형광체, 녹색 형광체, 황색 형광체 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 예컨대 적색, 녹색, 황색 형광체를 모두 포함할 수 있다. 상기 발광 소자(20)에서 생성된 빛이 상기 제2형광체(501)에 입사되어 다른 파장의 빛으로 발광할 수 있다. 상기 제2형광체(501)는 청색 파장에 비해 장파장의 광을 발광하는 형광체로서, YAG, TAG, Silicate, Nitride, Oxynitride계 재질 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 적색 형광체는 La2O2S:Eu3 +, Y2O2S:Eu3 +, Y2O3:Eu3 +(Bi3 +), CaS:Eu2+, (Zn,Cd)S:Ag+(Cl-), K5(WO4)6.25:Eu3 + 2.5, LiLa2O2BO3:Eu3 + 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 녹색 형광체는 ZnS:Cu+(Al3 +), SrGa2S4:Eu2+, CaMgSi2O7:Eu2 +, Ca8Mg(SiO4)Cl2:Eu2 +(Mn2 +), (Ba, Sr)2SiO4:Eu2 + 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 황색 형광체는 Y3Al5O12:Ce3 +, Sr2SiO4:Eu2 + 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 적색 형광체에 의해 방출된 피크 파장은 615~630nm 범위 내이며, 상기 녹색 형광체에 의해 방출된 피크 파장은 525~535nm 범위 내이며, 상기 적색 형광체에 의해 방출된 피크 파장은 600~625nm 범위 내이며, 황색 형광체에 의해 방출된 피크 파장은 510~525nm 범위 내에 있다. 상기 발광 소자(20)와 상기 제1형광체(401)에 의해 청색 계열의 파장이 증가함으로써, 제2형광체(501)인 황색, 녹색, 적색 형광체에 의한 발광 효율도 증가하게 된다. 이에 따라 470nm의 감성 조명 효과를 극대화할 수 있을 뿐만 아니라, 백색 밸런스의 자유도도 증가하여, 색좌표 제어를 효율적으로 할 수 있다.
상기 제3 수지부(60)는 제2 수지부(50) 및 캐비티(15)를 전체적으로 덮도록 형성될 수 있다. 상기 제3 수지부(60)는 본 실시예에서 에폭시 또는 실리콘 수지를 몰딩하여 형성될 수 있다. 상기 제2수지부(50)는 제1수지부(40)과 제3수지부(60) 사이에 배치된다. 그리고 상기 제3 수지부(60)는 상단의 발광면이 볼록한 렌즈형의 곡면으로 이루어지거나 평평한 형상으로 형성될 수 있으며, 제1 수지부(40) 및 제2 수지부(50)를 거치면서 얻어진 광을 외부로 방출할 수 있다. 상기 제3수지부(60) 내에 제1형광체가 더 포함될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
도 2를 참고하면, 상기 제1형광체(401)에 입사한 빛의 각도가 변화되어 반사될 수 있으며, 빛을 산란시켜 발광할 수 있다.
상기 제1형광체(401)의 직경이 작으면 빛의 확산 효과가 미흡하고, 과도하게 증가하면 형광체에서 빛이 흡수되는 문제점이 발생할 수 있으므로 상기 재1형광체(401)는 광의 흡수를 최소화하는 크기 예컨대, 1 내지 10μm의 직경을 갖도록 형성될 수 있다.
상기 제1형광체(401)는 상기 발광 소자(20)에서 생성된 빛의 상당 부분을 산란시킬 수 있다. 따라서, 상기 제1 수지부(40)를 통과한 빛은 한쪽으로 편중됨 없이 고르게 혼합될 수 있으며, 이에 의해 상기 제2 수지부(50) 위쪽에서는 색 편차가 감소된 빛이 얻어질 수 있다.
도 3은 제2실시예에 따른 발광 소자 패키지(100B)를 도시한 도면이다. 도 1의 실시예와 마찬가지로, 몸체(10)는 제1 수지부(40), 제2 수지부(50)를 포함할 수 있고, 상기 제2 수지부(50)의 제2 수지물(502) 내부에 제1형광체(401)를 제2형광체(501)와 함께 포함하는 점에서 상이하다. 상기 제2 수지부(50)에 포함되는 제1형광체(401)는 제1 수지부(40)에 포함된 제1형광체(401)와는 별도로 형성되는 것으로, 상기 제1 수지부(40) 내의 제1형광체(401)와 제2 수지부(50) 내의 제1형광체(401)가 서로 다른 수지층에서 470nm 대역의 광을 발광함으로써, 청색 광을 증대시켜 줄 수 있고, 감성 조명 효과를 줄 수 있다.
도 4는 제3실시예에 따른 발광 소자 패키지(100C)를 도시한 도면이다. 도 4를 참조하면, 제3 수지부(60)가 상기 제1 수지부(40) 및 제2 수지부(50)를 덮도록 형성될 수 있고, 상기 제3 수지부(60)의 내부에 제1형광체(401)가 포함될 수 있다. 상기 제3 수지부(60)의 내부에 제1형광체(401)가 포함되므로, 청색 파장의 빛의 확산 효과가 상승할 수 있고, 색 좌표의 조절이 더 용이해질 수 있다.
상기 제3 수지부(60)의 형상이 도시한 바와 같이 발광 소자(20)에 수직한 방향의 위에 형성되는 부분의 높이가 높고 주변으로 갈수록 높이가 낮아지는 렌즈 형태로 형성되는 경우, 상기 발광 소자(20) 위쪽에 포함되는 제1 형광체(401)의 양이 많아지므로 중앙으로 집중된 많은 청색광을 상부 전 영역에 걸쳐서 효과적으로 산란시킬 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 상기 제1형광체(401)는 상기 발광 소자(20)의 발광 파장대에 대응하는 여기 파장대의 값을 갖도록 형성되므로 파장을 변화시키는 것 외에 광을 산란시킬 수 있으며, 특히 수직형 발광 소자에서 빛이 수직으로 편중되는 현상을 개선할 수 있다.
도 5는 제4실시 예이다.
도 5를 참조하면, 발광 소자는 제1수지부(40A)는 상면(41)이 플랫한 면 또는 평평한 면으로 형성되며, 상기 제2수지부(50A)는 상면(51)이 플랫한 면 또는 평평한 면으로 형성될 수 있다. 상기 제1수지부(40A)는 상기 제2수지부(50A)와 캐비티(15)의 바닥 사이에 배치되며, 상기 제2수지부(50A)는 상기 제1수지부(40A)와 상기 제3수지부(60) 사이에 배치된다. 상기 제1수지부(40A)의 상면(41)은 상기 몸체(10)의 상면보다 낮은 캐비티(15) 내에 배치될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 제2수지부(50A)의 상면(51)은 상기 몸체(10)의 상면과 동일 평면 상에 배치되거나, 다른 평면 상에 배치될 수 있다.
도 6은 제5실시 예에이다.
도 6을 참조하면, 발광 소자의 캐비티(15)는 제1수지부(40B)가 배치된 제1캐비티 영역(15A)와 제2수지부(50B)가 형성된 제2캐비티 영역(15B)을 포함한다. 상기 제1캐비티 영역(15A)의 상부 너비는 상기 제2캐비티 영역(15B)의 상부 너비보다 좁게 형성될 수 있다. 이는 상기 캐비티(15)의 내부 측면들이 2단 이상의 단차진 구조로 형성됨으로써, 캐비티 영역(15A,15B)의 영역 차이가 발생될 수 있다.
또한 제1캐비티 영역(15A)의 측면과 상기 제2캐비티 영역(15B)의 측면들은 서로 다른 각도로 경사지게 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
도 8은 실시 예에 따른 발광 소자를 나타낸 도면이다.
도 8을 참조하면, 발광 소자(20)는 발광 구조물(110) 아래에 오믹층(121)이 형성되며, 상기 오믹층(121) 아래에 반사층(124)이 형성되며, 상기 반사층(124) 아래에 전도성 지지부재(125)가 형성되며, 상기 반사층(124)과 상기 발광 구조물(110)의 둘레에 보호층(123)이 형성될 수 있다.
상기 발광 구조물(110)은 제1도전형 반도체층(113), 제2도전형 반도체층(115) 및 상기 제1도전형 반도체층(113)과 상기 제2도전형 반도체층(115) 사이에 활성층(124)이 형성된다.
상기 제1도전형 반도체층(113)은 제1도전형 도펀트가 도핑된 3족-5족 원소의 화합물 반도체 예컨대, GaN, AlN, AlGaN, InGaN, InN, InAlGaN, AlInN, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP, AlGaInP 등에서 선택될 수 있다. 상기 제1도전형이 N형 반도체인 경우, 상기 제1도전형 도펀트는 Si, Ge, Sn, Se, Te 등과 같은 N형 도펀트를 포함한다. 상기 제1도전형 반도체층(114)은 단층 또는 다층으로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 활성층(114)은 단일 양자 우물 구조, 다중 양자 우물 구조, 양자 선 구조, 양자 점 구조로 형성될 수 있다. 상기 활성층(114)은 3족-5족 원소의 화합물 반도체 재료를 이용하여 우물층과 장벽층의 주기, 예를 들면 InGaN 우물층/GaN 장벽층 또는 InGaN 우물층/AlGaN 장벽층의 주기로 형성될 수 있다. 상기 활성층(114)의 우물층은 410~440nm의 피크 파장을 위해, 인듐 함량을 3~15% 범위를 가질 수 있다. 상기 우물층의 인듐 함량을 낮출 경우, 장 파장 보다는 단 파장대역으로 이동하게 된다.
상기 활성층(114)의 위 또는/및 아래에는 도전형 클래드층이 형성될 수 있으며, 상기 도전형 클래드층은 AlGaN계 반도체로 형성될 수 있다.
상기 활성층(114) 아래에는 상기 제2도전형 반도체층(115)이 형성되며, 상기 제 2도전형 반도체층(115)은 제2도전형 도펀트가 도핑된 3족-5족 원소의 화합물 반도체 예컨대, GaN, AlN, AlGaN, InGaN, InN, InAlGaN, AlInN, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP, AlGaInP 등에서 선택될 수 있다. 상기 제2도전형이 P형 반도체인 경우, 상기 제2도전형 도펀트는 Mg, Ze 등과 같은 P형 도펀트를 포함한다. 상기 제2도전형 반도체층(115)은 단층 또는 다층으로 형성될 수 있고, 이에 대해 한정하지는 않는다.
또한 상기 제2도전형 반도체층(115) 아래에는 제3도전형 반도체층 예컨대, N형 반도체층이 형성될 수 있다. 상기 발광 구조물(135)은 N-P 접합, P-N 접합, N-P-N 접합, P-N-P 접합 구조 중 적어도 하나가 형성될 수 있다.
상기 오믹층(121)은 발광 구조물(110)의 하층 예컨대 제2도전형 반도체층(115)에 오믹 접촉되며, 그 재료는 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), Ag, Ni, Al, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au, Hf 및 이들의 선택적인 조합으로 구성된 물질 중에서 형성될 수 있다. 또한 상기 금속 물질과 IZO, IZTO, IAZO, IGZO, IGTO, AZO, ATO 등의 투광성 전도성 물질을 이용하여 다층으로 형성할 수 있으며, 예컨대, IZO/Ni, AZO/Ag, IZO/Ag/Ni, AZO/Ag/Ni 등으로 적층할 수 있다. 상기 오믹층(121) 내부는 전극(116)과 대응되도록 전류를 블록킹하는 층이 더 형성될 수 있다.
상기 보호층(123)은 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), SiO2, SiOx, SiOxNy, Si3N4, Al2O3, TiO2 등에서 선택적으로 형성될 수 있다. 상기 보호층(123)은 스퍼터링 방법 또는 증착 방법 등을 이용하여 형성할 수 있으며, 반사층(124)와 같은 금속이 발광 구조물(110)의 층들을 쇼트시키는 것을 방지할 수 있다.
상기 반사층(124)은 Ag, Ni, Al, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au, Hf 및 이들의 선택적인 조합으로 구성된 물질로 형성될 수 있다. 상기 반사층(124)은 상기 발광 구조물(110)의 폭보다 크게 형성될 수 있으며, 이는 광 반사 효율을 개선시켜 줄 수 있다.
상기 전도성 지지부재(125)는 베이스 기판으로서, 구리(Cu), 금(Au), 니켈(Ni), 몰리브데늄(Mo), 구리-텅스텐(Cu-W), 캐리어 웨이퍼(예: Si, Ge, GaAs, ZnO, Sic 등) 등으로 구현될 수 있다. 상기 전도성 지지부재(125)와 상기 반사층(124) 사이에는 접합층이 더 형성될 수 있으며, 상기 접합층은 두 층을 서로 접합시켜 줄 수 있다.
상기의 개시된 발광 칩은 일 예이며, 상기에 개시된 특징으로 한정하지는 않는다. 상기의 발광 칩은 상기의 발광 소자의 실시 예에 선택적으로 적용될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
실시예에 따른 발광 소자 패키지는 조명 시스템에 적용될 수 있다. 상기 조명 시스템은 복수의 발광 소자 패키지가 어레이된 구조를 포함하며, 도 9 및 도 10에 도시된 표시 장치, 도 11에 도시된 조명 장치를 포함하고, 조명등, 신호등, 차량 전조등, 전광판, 지시등과 같은 유닛에 적용될 수 있다.
도 9는 실시 예에 따른 표시 장치의 분해 사시도이다.
도 9를 참조하면, 표시 장치(1000)는 도광판(1041)과, 상기 도광판(1041)에 빛을 제공하는 발광 모듈(1031)와, 상기 도광판(1041) 아래에 반사 부재(1022)와, 상기 도광판(1041) 위에 광학 시트(1051)와, 상기 광학 시트(1051) 위에 표시 패널(1061)과, 상기 도광판(1041), 발광 모듈(1031) 및 반사 부재(1022)를 수납하는 바텀 커버(1011)를 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
상기 바텀 커버(1011), 반사시트(1022), 도광판(1041), 광학 시트(1051)는 라이트 유닛(1050)으로 정의될 수 있다.
상기 도광판(1041)은 상기 발광 모듈(1031)로부터 제공된 빛을 확산시켜 면광원화 시키는 역할을 한다. 상기 도광판(1041)은 투명한 재질로 이루어지며, 예를 들어, PMMA(polymethyl metaacrylate)와 같은 아크릴 수지 계열, PET(polyethylene terephthlate), PC(poly carbonate), COC(cycloolefin copolymer) 및 PEN(polyethylene naphthalate) 수지 중 하나를 포함할 수 있다.
상기 발광모듈(1031)은 상기 도광판(1041)의 적어도 일 측면에 배치되어 상기 도광판(1041)의 적어도 일 측면에 빛을 제공하며, 궁극적으로는 표시 장치의 광원으로써 작용하게 된다.
상기 발광모듈(1031)은 적어도 하나를 포함하며, 상기 도광판(1041)의 일 측면에서 직접 또는 간접적으로 광을 제공할 수 있다. 상기 발광 모듈(1031)은 기판(1033)과 상기에 개시된 실시 예에 따른 발광 소자 패키지(100)를 포함하며, 상기 발광 소자 패키지(100)는 상기 기판(1033) 상에 소정 간격으로 어레이될 수 있다. 상기 기판은 인쇄회로기판(printed circuit board)일 수 있지만, 이에 한정하지 않는다. 또한 상기 기판(1033)은 메탈 코어 PCB(MCPCB, Metal Core PCB), 연성 PCB(FPCB, Flexible PCB) 등을 포함할 수도 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 발광 소자 패키지(100)는 상기 바텀 커버(1011)의 측면 또는 방열 플레이트 상에 탑재될 경우, 상기 기판(1033)은 제거될 수 있다. 상기 방열 플레이트의 일부는 상기 바텀 커버(1011)의 상면에 접촉될 수 있다. 따라서, 발광 소자 패키지(100)에서 발생된 열은 방열 플레이트를 경유하여 바텀 커버(1011)로 방출될 수 있다.
상기 복수의 발광 소자 패키지(100)는 상기 기판(1033) 상에 빛이 방출되는 출사면이 상기 도광판(1041)과 소정 거리 이격되도록 탑재될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 발광 소자 패키지(100)는 상기 도광판(1041)의 일측면인 입광부에 광을 직접 또는 간접적으로 제공할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 도광판(1041) 아래에는 상기 반사 부재(1022)가 배치될 수 있다. 상기 반사 부재(1022)는 상기 도광판(1041)의 하면으로 입사된 빛을 반사시켜 상기 표시 패널(1061)로 공급함으로써, 상기 표시 패널(1061)의 휘도를 향상시킬 수 있다. 상기 반사 부재(1022)는 예를 들어, PET, PC, PVC 레진 등으로 형성될 수 있으나, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 반사 부재(1022)는 상기 바텀 커버(1011)의 상면일 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 바텀 커버(1011)는 상기 도광판(1041), 발광모듈(1031) 및 반사 부재(1022) 등을 수납할 수 있다. 이를 위해, 상기 바텀 커버(1011)는 상면이 개구된 박스(box) 형상을 갖는 수납부(1012)가 구비될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 바텀 커버(1011)는 탑 커버(미도시)와 결합될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 바텀 커버(1011)는 금속 재질 또는 수지 재질로 형성될 수 있으며, 프레스 성형 또는 압출 성형 등의 공정을 이용하여 제조될 수 있다. 또한 상기 바텀 커버(1011)는 열 전도성이 좋은 금속 또는 비 금속 재료를 포함할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 표시 패널(1061)은 예컨대, LCD 패널로서, 서로 대향되는 투명한 재질의 제 1 및 제 2기판, 그리고 제 1 및 제 2기판 사이에 개재된 액정층을 포함한다. 상기 표시 패널(1061)의 적어도 일면에는 편광판이 부착될 수 있으며, 이러한 편광판의 부착 구조로 한정하지는 않는다. 상기 표시 패널(1061)은 상기 발광 모듈(1031)로부터 제공된 광을 투과 또는 차단시켜 정보를 표시하게 된다. 이러한 표시 장치(1000)는 각 종 휴대 단말기, 노트북 컴퓨터의 모니터, 랩탑 컴퓨터의 모니터, 텔레비전과 같은 영상 표시 장치에 적용될 수 있다.
상기 광학 시트(1051)는 상기 표시 패널(1061)과 상기 도광판(1041) 사이에 배치되며, 적어도 한 장 이상의 투광성 시트를 포함한다. 상기 광학 시트(1051)는 예컨대 확산 시트(diffusion sheet), 수평 및 수직 프리즘 시트(horizontal/vertical prism sheet), 및 휘도 강화 시트(brightness enhanced sheet) 등과 같은 시트 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 확산 시트는 입사되는 광을 확산시켜 주고, 상기 수평 또는/및 수직 프리즘 시트는 입사되는 광을 상기 표시 패널(1061)로 집광시켜 주며, 상기 휘도 강화 시트는 손실되는 광을 재사용하여 휘도를 향상시켜 준다. 또한 상기 표시 패널(1061) 위에는 보호 시트가 배치될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 발광 모듈(1031)의 광 경로 상에는 광학 부재로서, 상기 도광판(1041), 및 광학 시트(1051)를 포함할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
도 10은 실시 예에 따른 발광 소자 패키지를 갖는 표시 장치를 나타낸 도면이다.
도 10을 참조하면, 표시 장치(1100)는 바텀 커버(1152), 상기에 개시된 발광 소자 패키지(100)가 어레이된 기판(1120), 광학 부재(1154), 및 표시 패널(1155)을 포함한다.
상기 기판(1120)과 상기 발광 소자 패키지(100)는 발광 모듈(1060)로 정의될 수 있다. 상기 바텀 커버(1152), 적어도 하나의 발광 모듈(1060), 광학 부재(1154)는 라이트 유닛(미도시)으로 정의될 수 있다.
상기 바텀 커버(1152)에는 수납부(1153)를 구비할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 광학 부재(1154)는 렌즈, 도광판, 확산 시트, 수평 및 수직 프리즘 시트, 및 휘도 강화 시트 등에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 도광판은 PC 재질 또는 PMMA(Poly methy methacrylate) 재질로 이루어질 수 있으며, 이러한 도광판은 제거될 수 있다. 상기 확산 시트는 입사되는 광을 확산시켜 주고, 상기 수평 및 수직 프리즘 시트는 입사되는 광을 상기 표시 패널(1155)으로 집광시켜 주며, 상기 휘도 강화 시트는 손실되는 광을 재사용하여 휘도를 향상시켜 준다.
상기 광학 부재(1154)는 상기 발광 모듈(1060) 위에 배치되며, 상기 발광 모듈(1060)로부터 방출된 광을 면 광원하거나, 확산, 집광 등을 수행하게 된다.
도 11은 실시 예에 따른 조명 장치의 사시도이다.
도 11을 참조하면, 조명 장치(1500)는 케이스(1510)와, 상기 케이스(1510)에 설치된 발광모듈(1530)과, 상기 케이스(1510)에 설치되며 외부 전원으로부터 전원을 제공받는 연결 단자(1520)를 포함할 수 있다.
상기 케이스(1510)는 방열 특성이 양호한 재질로 형성되는 것이 바람직하며, 예를 들어 금속 재질 또는 수지 재질로 형성될 수 있다.
상기 발광 모듈(1530)은 기판(1532)과, 상기 기판(1532)에 탑재되는 실시 예에 따른 발광 소자 패키지(100)를 포함할 수 있다. 상기 발광 소자 패키지(100)는 복수개가 매트릭스 형태 또는 소정 간격으로 이격되어 어레이될 수 있다.
상기 기판(1532)은 절연체에 회로 패턴이 인쇄된 것일 수 있으며, 예를 들어, 일반 인쇄회로기판(PCB: Printed Circuit Board), 메탈 코아(Metal Core) PCB, 연성(Flexible) PCB, 세라믹 PCB, FR-4 기판 등을 포함할 수 있다.
또한, 상기 기판(1532)은 빛을 효율적으로 반사하는 재질로 형성되거나, 표면이 빛이 효율적으로 반사되는 컬러, 예를 들어 백색, 은색 등의 코팅층될 수 있다.
상기 기판(1532) 상에는 적어도 하나의 발광 소자 패키지(100)가 탑재될 수 있다. 상기 발광 소자 패키지(100) 각각은 적어도 하나의 LED(LED: Light Emitting Diode) 칩을 포함할 수 있다. 상기 LED 칩은 적색, 녹색, 청색 또는 백색 등과 같은 가시 광선 대역의 발광 다이오드 또는 자외선(UV, Ultra Violet)을 발광하는 UV 발광 다이오드를 포함할 수 있다.
상기 발광모듈(1530)은 색감 및 휘도를 얻기 위해 다양한 발광 소자 패키지(100)의 조합을 가지도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 고 연색성(CRI)을 확보하기 위해 백색 발광 다이오드, 적색 발광 다이오드 및 녹색 발광 다이오드를 조합하여 배치할 수 있다.
상기 연결 단자(1520)는 상기 발광모듈(1530)과 전기적으로 연결되어 전원을 공급할 수 있다. 상기 연결 단자(1520)는 소켓 방식으로 외부 전원에 돌려 끼워져 결합되지만, 이에 대해 한정하지는 않는다. 예를 들어, 상기 연결 단자(1520)는 핀(pin) 형태로 형성되어 외부 전원에 삽입되거나, 배선에 의해 외부 전원에 연결될 수도 있는 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이, 실시예들에 따른 조명 시스템은 실시예에 따른 발광 소자 또는 발광 소자 패키지를 포함함으로써 광 효율이 향상시켜 줄 수 있고, 감성 조명에 효과적일 수 있다.
이상에서 실시예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
또한, 이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 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.
10: 몸체, 20: 발광 소자, 31,32:리드 전극, 40: 제1수지부, 50:제2수지부, 60: 제3수지부, 401: 제1형광체, 402: 제1수지물, 501: 제2형광체, 502: 제2수지물, 100: 발광 소자

Claims (14)

  1. 캐비티를 포함하는 몸체;
    상기 몸체에 배치된 제1 리드 전극 및 제2 리드 전극;
    상기 캐비티 내에 배치되며, 상기 제1 리드 전극 및 제2 리드 전극 중 적어도 하나와 전기적으로 연결되며, 410~440nm범위의 제1피크파장을 발광하는 발광 소자; 및
    상기 발광 소자 상에 제1형광체를 갖는 제1 수지부를 포함하며,
    상기 제1 수지부의 제1형광체는 상기 제1피크 파장의 일부 광을 여기시켜 465~479nm 대역의 제2피크 파장의 광을 발광하며,
    상기 제1피크 파장과 상기 제2피크 파장은 동일한 컬러 대역의 광을 포함하는 발광 소자 패키지.
  2. 제1항에 있어서, 상기 발광 소자는 420nm 대역의 제1피크 파장의 광을 발광하며,
    상기 제1형광체는 470nm 대역의 제2피크 파장의 광을 발광하는 발광 소자 패키지.
  3. 제1항에 있어서, 상기 발광 소자의 제1피크 파장과 상기 제1형광체의 제2피크 파장의 차이는 45~55nm를 포함하는 발광 소자 패키지.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제1수지부 위에 제2수지부를 더 포함하며, 상기 제2수지부 내에 제1형광체를 더 포함하는 발광 소자 패키지.
  5. 제4항에 있어서, 상기 제2수지부 내에 제2형광체를 포함하며,
    상기 제2형광체는 적색 형광체, 녹색 형광체, 및 황색 형광체를 포함하는 발광 소자 패키지.
  6. 제5항에 있어서, 상기 발광 소자, 상기 제1 및 제2형광체로부터 발광된 광은 백색 광으로 혼색되는 발광소자 패키지.
  7. 제4항에 있어서, 상기 제1수지부와 제2수지부의 형상은 적어도 일부가 곡면형상이거나 평평한 형상을 포함하는 발광 소자 패키지.
  8. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1형광체는 BaMgAl10O17: Eu(Mn), Sr5Ba3MgSi2O8:Eu2 +, Sr2P2O7:Eu2+, SrSiAl2O3N2:Eu2 +, (Ba1 - xSrx)SiO4:Eu2 +, (Sr,Ca,Ba,Mg)10(PO4)6Cl2:Eu2 +, CaMgSi2O6:Eu2+ 중 적어도 하나를 포함하는 발광 소자 패키지.
  9. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1형광체의 직경은 1 내지 10μm의 범위로 형성되는 발광 소자 패키지.
  10. 제4항에 있어서,
    상기 제2 수지부 위에 투광성의 제3 수지부를 더 포함하는 발광 소자 패키지.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 제3 수지부 내에 제3형광체를 더 포함하는 발광 소자 패키지.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 제3 수지부의 형상은 곡면형상을 포함하는 발광 소자 패키지.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 캐비티의 측벽에는 경사각이 2개 이상 포함하는 발광 소자 패키지
  14. 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항의 발광소자 패키지를 포함하는 조명시스템.
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