KR20140059440A - 발광 소자 패키지 - Google Patents
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Abstract
실시예에 의한 발광 소자 패키지는 발광 소자 및 발광 소자의 상면에 배치되는 코팅층을 포함하고, 발광 소자는 하부 전극층과, 하부 전극층 상에 순차적으로 적층된 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 갖는 발광 구조물 및 제2 도전형 반도체층 상에 배치된 적어도 하나의 상부 전극층을 포함하고, 코팅층은 제2 도전형 반도체층과 상부 전극층 상에 배치되며, 코팅층의 가장자리는 상부 전극층 상에 위치한다.
Description
실시예는 발광 소자 패키지에 관한 것이다.
발광 다이오드(LED:Light Emitting Diode)는 GaAs 계열, AlGaAs 계열, GaN 계열, InGaN 계열 및 InGaAlP 계열 등의 화합물 반도체 재료를 이용하여 빛을 생성할 수 있다. 이러한 발광 다이오드는 패키지화되어 다양한 색을 방출하는 발광 소자로 이용되고 있으며, 발광 소자는 칼라를 표시하는 점등 표시기, 문자 표시기 및 영상 표시기 등의 다양한 조명 분야에서 광원으로 사용되고 있다.
도 1a 및 도 1b는 기존의 LED 패키지의 개략적인 블럭도를 나타낸다.
도 1a 및 도 1b에 도시된 기존의 LED 패키지는 세라믹(ceramic) 재질의 기판(10), 전극 패턴(22, 24), LED 칩(30), 형광체층(40A, 40B), 와이어(wire)(50) 및 렌즈(60)를 포함한다.
LED 칩(30)은 전극 패턴(22)과 전기적으로 직접 연결되고 전극 패턴(24)과 와이어(50)를 통해 전기적으로 연결된다. 도 1a의 LED 패키지에서 형광체층(40A)은 LED 칩(30)의 상면과 측면에 모두 도포되는 반면, 도 1b의 LED 패키지에서 형광체층(40B)은 LED 칩(30)의 상면에만 도포된다.
이와 같이, 형광체층(40A, 40B)이 도 1a에 도시된 바와 같이 LED 칩(30)의 상부와 측면에 모두 도포되거나 도 1b에 도시된 바와 같이 상부면 전체에 도포될 경우, LED 패키지의 색 온도(CCT:Correlated Color Temperature) 편차가 매우 커진다.
도 1a에서와 같이 형광체층(40A)을 균일한 두께로 LED 칩(30)의 상부와 측부에 형성한다고 하더라도 형광체층(40A)과 렌즈(60) 사이의 굴절률 차이가 큰 경우, LED 칩(30)에서 방출된 빛 중 일부는 형광체층(40A)과 렌즈(60) 사이의 경계에서 전반사되어 다시 형광체층(40A)을 진행하다가 외부로 방출된다. 따라서, 형광체층(40A)을 컨포멀 코팅하여도 LED 칩(30)에서 방출된 빛의 색 편차를 감소시키는데 한계가 있다. 이러한 색 온도 편차는 옐로우 링(Yellow ring) 현상 또는 색 띄 현상을 야기한다.
특히, LED 패키지가 조명용으로 사용될 경우, 지향각에 따른 균일한 색 온도가 요망되기 때문에, 도 1a 및 도 1b에 도시된 기존의 LED 패키지는 색 온도의 편차가 심하기 때문에 조명용으로 사용되기 어려울 수 있다.
실시예는 색 온도 편차가 감소되어 균일한 색 온도를 제공할 수 있는 발광 소자 패키지를 제공하고자 한다.
실시예의 발광 소자 패키지는, 발광 소자; 및 상기 발광 소자의 상면에 배치되는 코팅층을 포함하고, 상기 발광 소자는 하부 전극층; 상기 하부 전극층 상에 순차적으로 적층된 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 갖는 발광 구조물; 및 상기 제2 도전형 반도체층 상에 배치된 적어도 하나의 상부 전극층을 포함하고, 상기 코팅층은 상기 제2 도전형 반도체층과 상기 상부 전극층 상에 배치되며, 상기 코팅층의 가장자리는 상기 상부 전극층 상에 위치한다.
상기 적어도 하나의 상부 전극층은 상기 제2 도전형 반도체층 위의 양측 가장자리에 배치되는 제1 및 제2 상부 전극층; 및 상기 제2 도전형 반도체층 위의 중앙에 배치되는 제3 상부 전극층을 포함하고, 상기 코팅층의 가장자리는 상기 제1 및 제2 상부 전극층 상에 위치한다.
상기 발광 소자 패키지는 상기 제1 도전형 반도체층과 상기 하부 전극층 사이에서 상기 상부 전극층을 마주보며 배치된 전류 차단층을 더 포함하며, 상기 상부 전극층의 폭은 상기 전류 차단층의 폭보다 적다.
상기 전류 차단층의 폭은 20 ㎛ 내지 80 ㎛이고 상기 상부 전극층의 폭은 5 내지 25 ㎛이고, 엣지 크기는 10 ㎛ 내지 30 ㎛이고, 상기 엣지 크기는 상기 활성층과 상기 제2 도전형 반도체층의 외곽 접점인 기준점으로부터 상기 코팅층의 가장자리까지의 거리에 해당한다.
상기 상부 전극층은 비투광성을 갖고, 상기 코팅층의 가장자리는 상기 상부 전극층 위의 안쪽에 위치한다. 또는, 상기 상부 전극층은 투광성을 갖고, 상기 코팅층의 가장자리는 상기 상부 전극층 위의 가장자리에 위치한다.
상기 코팅층은 상기 제2 도전형 반도체층 상에 컨포멀하게 코팅될 수 있고, 상기 코팅층은 인광 물질 및 레진 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
다른 실시예에 의한 발광 소자 패키지는 발광 소자; 및 상기 발광 소자의 상면에 배치되고, 상기 발광 소자의 상면의 폭보다 적은 폭을 갖는 코팅층을 포함한다.
또 다른 실시예에 의한 발광 소자 패키지는 발광 소자; 및 상기 발광 소자의 상면에 배치되고, 상기 발광 소자의 상면의 면적보다 적은 면적을 갖는 코팅층을 포함한다.
실시예의 발광 소자 패키지는 코팅층의 가장자리가 수직형 발광 소자의 상부 전극 상에 배치됨으로써, 색 온도 편차가 줄어 지향각별 색 온도의 균일도를 보다 향상시킬 수 있기 때문에, 옥내/외 조명에 이용될 경우 조사된 면에 색 온도가 균일하여 옐로우 링 현상 또는 색 띄 현상을 개선시킬 수 있다.
도 1a 및 도 1b는 기존의 LED 패키지의 개략적인 블럭도를 나타낸다.
도 2는 실시예에 의한 발광 소자 패키지의 평면도를 나타낸다.
도 3은 도 2에 예시된 발광 소자 패키지를 3-3'선을 따라 절개한 단면도를 나타낸다.
도 4는 도 3에 도시된 'A' 부분을 확대 도시한 단면도이다.
도 5는 색 온도 측정 장치를 이용하여 발광 소자의 색 온도를 측정하는 모습을 나타내는 도면이다.
도 6은 발광 소자를 바라보는 뷰잉 각도에 따른 색 온도를 나타내는 그래프이다.
도 7은 엣지 크기별 색 온도 편차를 나타내는 그래프이다.
도 8은 실시예에 따른 발광소자 패키지의 단면도이다.
도 9는 실시예에 따른 조명 유닛의 사시도이다.
도 10은 실시예에 따른 백라이트 유닛의 분해 사시도이다.
도 2는 실시예에 의한 발광 소자 패키지의 평면도를 나타낸다.
도 3은 도 2에 예시된 발광 소자 패키지를 3-3'선을 따라 절개한 단면도를 나타낸다.
도 4는 도 3에 도시된 'A' 부분을 확대 도시한 단면도이다.
도 5는 색 온도 측정 장치를 이용하여 발광 소자의 색 온도를 측정하는 모습을 나타내는 도면이다.
도 6은 발광 소자를 바라보는 뷰잉 각도에 따른 색 온도를 나타내는 그래프이다.
도 7은 엣지 크기별 색 온도 편차를 나타내는 그래프이다.
도 8은 실시예에 따른 발광소자 패키지의 단면도이다.
도 9는 실시예에 따른 조명 유닛의 사시도이다.
도 10은 실시예에 따른 백라이트 유닛의 분해 사시도이다.
이하 실시예들을 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.
본 실시예의 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)"(on) 또는 "하(아래)"(under)로 표현되는 경우 하나의 구성요소(element)를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.
도 2는 실시예에 의한 발광 소자 패키지(100)의 평면도를 나타낸다.
도 3은 도 2에 예시된 발광 소자 패키지(100)를 3-3'선을 따라 절개한 단면도를 나타낸다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 발광 소자 패키지(100)는 발광 소자(110 ~ 180) 및 코팅층(190)을 포함한다.
도 2 및 도 3에 예시된 발광 소자는 복수의 화합물 반도체층, 예컨대, Ⅲ-Ⅴ족 원소의 화합물 반도체층을 이용한 LED를 포함하며, LED는 청색, 녹색, 또는 적색 등과 같은 광을 방출하는 유색 LED이거나 자외선(UV:UltraViolet) LED일 수 있다. LED의 방출 광은 다양한 반도체를 이용하여 구현될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
발광 소자는 금속층(110), 지지 기판(120), 하부 전극층(130), 전류 차단층(140), 반사층(150), 전도층(152), 반도체 구조물(160), 보호층(170) 및 상부 전극층(180)을 포함한다.
금속층(110)은 지지 기판(120)의 하부에 배치되며, 저온 금속(eutectic metal)을 포함할 수 있다.
지지 기판(120)은 금속층(110)과 하부 전극층(130)의 사이에 배치되며, 전도성 기판일 수 있으며, 발광 구조물(160)을 지지하고, 발광 소자가 작동시 발생하는 열을 충분히 발산시킬 수 있어야 하므로 열전도도가 높은 금속을 사용할 수 있다.
예를 들어, 지지 기판(120)은 몰리브덴(Mo), 실리콘(Si), 텅스텐(W), 구리(Cu) 및 알루미늄(Al)로 구성되는 군으로부터 선택되는 물질 또는 이들의 합금으로 이루어질 수 있으며, 또한, 금(Au), 구리합금(Cu Alloy), 니켈(Ni), 구리-텅스텐(Cu-W), 캐리어 웨이퍼(예: GaN, Si, Ge, GaAs, ZnO, SiGe, SiC, SiGe, Ga2O3 등) 등을 선택적으로 포함할 수 있다.
또한, 지지 기판(120)은 전체 질화물 반도체에 휨을 가져오지 않으면서, 스크라이빙(scribing) 공정 및 브레이킹(breaking) 공정을 통하여 별개의 칩으로 잘 분리시키기 위한 정도의 기계적 강도를 가질 수 있다.
하부 전극층(130)은 발광 구조물(160)과 지지 기판(120) 사이에 배치되며 발광 구조물(160)에 전자 또는 정공과 같은 캐리어를 공급하는 역할을 한다. 하부 전극층(130)은 알루미늄(Al), 티타늄(Ti), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 구리(Cu), 금(Au) 중 적어도 하나를 포함하여 단층 또는 다층 구조로 형성될 수 있다. 도 3에 예시된 바와 달리, 금속층(110), 지지 기판(120) 및 하부 전극층(130)은 일체형으로 이루어질 수도 있으며, 실시예는 이에 국한되지 않는다.
또한, 하부 전극층(130)과 발광 구조물(160) 사이에 전류 차단층(140), 반사층(150) 및 전도층(152)이 배치될 수 있다.
전류 차단층(140)은 발광 구조물(160)의 제1 도전형 반도체층(162)과 하부 전극층(130) 사이에서 상부 전극층(180)을 마주보며 배치되어 전류 흐름을 방해하는 역할을 한다. 전류 차단층(140)은 제1 도전형 반도체층(162)의 하부면 일부를 노출시키는 개구부를 갖는다. 전류 차단층(140)은 전기 절연성을 갖는 재질 및 제1 도전형 반도체층(162)과 쇼트키 접촉을 형성하는 재질 중 적어도 하나를 이용하여 형성될 수 있으며, 예를 들어, ITO, IZO, IZTO, IAZO, IGZO, IGTO, AZO, ATO, ZnO, SiO2, SiOx, SiOxNy, Si3N4, Al2O3, TiOx, TiO2, Ti, Al, Cr 중 적어도 하나를 포함한다.
전도층(152)은 전류 차단층(140)에 의해 형성된 개구부와 하부 전극층(130) 사이에 배치되며, 전류 차단층(140)과 지지 기판(110) 사이로 더 연장 배치될 수 있다. 전도층(152)은 반사층(150)과 발광 구조물(160)의 사이에서, 제1 도전형 반도체층(162)과 오믹 접촉되어 발광 구조물(160)에 전원이 원활히 공급되도록 한다. 전도층(152)은 전류 차단층(140)이 형성된 부분을 제외하고 발광 구조물(160)의 제1 도전형 반도체층(162)과 접하도록 배치될 수 있다. 전도층(152)은 투광성 전도층과 금속을 선택적으로 사용할 수 있으며, 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, Ag, Pt, In, Zn 또는 Sn 중 적어도 하나를 이용하여 단층 또는 다층으로 구현할 수 있다. 경우에 따라 전도층(152)은 생략될 수도 있다. 이때, 전도층(152)의 증착 면적은 반사층(150)의 증착 면적보다 넓을 수 있다.
반사층(150)은 전도층(152)과 지지 기판(130)의 사이에 배치된다. 반사층(150)은 발광 구조물(160)로부터 입사되는 빛을 반사시켜, 발광 소자의 발광 효율을 개선시키는 역할을 한다. 반사층(150)은 금속성 물질을 포함할 수 있고, 금속 물질의 특성에 따라 반사율은 다양한 값을 가질 수 있다. 예를 들어, 반사층(150)은 Ag, Ni, Al, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au 또는 Hf 중 적어도 하나를 포함하는 금속 또는 합금으로 형성될 수 있다. 또는, 금속 또는 합금과 ITO, IZO, IZTO, IAZO, IGZO, IGTO, AZO, ATO 등의 투광성 전도성 물질을 이용하여 다층으로 형성할 수 있으며, 구체적으로는, IZO/Ni, AZO/Ag, IZO/Ag/Ni, AZO/Ag/Ni, Ag/Cu, Ag/Pd/Cu 등으로 적층될 수 있다.
비록 도시되지는 않았지만, 반사층(150)과 하부 전극층(130) 사이에 확산 방지층이 더 배치될 수도 있다. 확산 방지층은 반사층(150)과 하부 전극층(130)의 금속 원자가 상부로 확산되는 것을 방지하는 역할을 한다. 확산 방지층은 예를 들어 티탄(Ti), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 알루미늄(Al), 백금(Pt), 금(Au) 중 적어도 어느 하나로 형성될 수 있다.
한편, 발광 구조물(160)은 하부 전극층(130) 위에 배치된다. 발광 구조물(160)은 제1 도전형 반도체층(162), 활성층(164) 및 제2 도전형 반도체층(166)이 순차로 적층된 형태일 수 있다.
제1 도전형 반도체층(162)은 반도체 화합물을 포함할 수 있다. 제1 도전형 반도체층(162)은 Ⅲ-Ⅴ족, Ⅱ-Ⅵ족 등의 화합물 반도체로 구현될 수 있으며, 제1 도전형 도펀트가 도핑될 수 있다. 예컨대, 제1 도전형 반도체층(162)은 InxAlyGa1-x-yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질 또는 AlInN, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP, AlGaInP 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다. 제1 도전형 반도체층(162)이 p형 반도체층인 경우, 제1 도전형 도펀트는 Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등과 같은 p형 도펀트일 수 있다. 제1 도전형 반도체층(162)은 단층 또는 다층으로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
활성층(164)은 제1 도전형 반도체층(162) 상에 배치되며, 단일 우물 구조(Double Hetero Structure), 다중 우물 구조, 단일 양자 우물 구조, 다중 양자 우물(MQW:Multi Quantum Well) 구조, 양자점 구조 또는 양자선 구조 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 활성층(164)은 Ⅲ-Ⅴ족 원소의 화합물 반도체 재료를 이용하여 우물층과 장벽층, 예를 들면 InGaN/GaN, InGaN/InGaN, GaN/AlGaN, InAlGaN/GaN, GaAs(InGaAs),/AlGaAs, GaP(InGaP)/AlGaP 중 어느 하나 이상의 페어 구조로 형성될 수 있으나 이에 한정되지는 않는다. 우물층은 장벽층의 밴드 갭보다 작은 밴드 갭을 갖는 물질로 형성될 수 있다.
활성층(164)과 제1 도전형 반도체층(162) 사이 또는 활성층(164)과 제2 도전형 반도체층(166) 사이에는 도전형 클래드층(미도시)이 배치될 수도 있다.
도전형 클래드층은 활성층(164)의 장벽층의 밴드 갭보다 더 넓은 밴드 갭을 가지는 반도체를 포함할 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.
제2 도전형 반도체층(166)은 활성층(164) 위에 배치되며, 반도체 화합물을 포함할 수 있다. 제2 도전형 반도체층(166)은 Ⅲ-Ⅴ족, Ⅱ-Ⅵ족 등의 화합물 반도체로 구현될 수 있으며, 제2 도전형 도펀트가 도핑될 수 있다. 예를 들어, 제2 도전형 반도체층(166)은 AlxInyGa(1-x-y)N (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질, InAlGaN, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP, AlGaInP 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다. 제2 도전형 반도체층(166)이 n형 반도체층인 경우, 제2 도전형 도펀트는 Si, Ge, Sn, Se, Te 등과 같은 n형 도펀트를 포함할 수 있다. 제2 도전형 반도체층(166)은 단층 또는 다층으로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
제2 도전형 반도체층(166)의 상면에는 광 추출 효율을 증가시키기 위해 러프니스(roughness) 또는 광 결정 구조(photonic crystal structure)(168)가 형성될 수 있다.
다음으로, 제2 도전형 반도체층(166) 상에는 적어도 하나의 상부 전극층(180)이 러프니스(또는, 광 결정 구조(168)와 접촉하여 형성될 수 있다. 적어도 하나의 상부 전극층(180)은 도 3에 예시된 바와 같이, 제1, 제2 및 제3 상부 전극층(182, 184, 186)을 포함할 수 있다. 제1 및 제2 상부 전극층(182, 184)은 제2 도전형 반도체층(166)의 양측 가장자리에 배치되고, 제3 상부 전극층(186)은 제2 도전형 반도체층(166)의 중앙에 배치될 수 있다. 도 2를 참조하면, 제1 및 제2 상부 전극층(182, 184)은 일체로 형성됨을 알 수 있다. 그러나, 실시예는 이에 국한되지 않는다. 즉, 제1, 제2 및 제3 상부 전극층(182, 184, 186)은 각각 별개로 형성될 수도 있다.
상부 전극층(180)은 금속으로 형성될 수 있으며, 투광성 재질로 이루어질 수도 있고, 비투광성 재질로 이루어질 수도 있다. 또한 오믹 특성을 갖는 반사 전극 재료로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상부 전극층(180)은 알루미늄(Al), 티타늄(Ti), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 구리(Cu), 금(Au) 중 적어도 하나를 포함하여 단층 또는 다층 구조로 형성될 수 있다.
다음으로, 보호층(170)이 발광 구조물(160)의 측면을 감싸도록 배치될 수 있다. 또한, 보호층(170)은 전류 차단층(140)의 상측에도 배치될 수 있으나, 이에 대해 한정하지는 않는다. 보호층(170)은 발광 구조물(160)을 전기적으로 보호하기 위해 전기 절연성을 가질 뿐만 아니라 투광성을 갖는 물질을 포함할 수 있다. 보호층(160)은 SiO2, SiOx, SiOxNy, Si3N4, Al2O3 를 포함할 수 있으나, 이에 대해 한정하지는 않는다.
한편, 코팅층(190)은 발광 소자의 상면에 코팅된 형태로 배치된다. 예를 들어, 코팅층(190)은 제2 도전형 반도체층(166) 상에 컨포멀(conformal)하게 코팅될 수 있다. 즉, 코팅층(190)의 상부면은 도 3에 예시된 바와 같이 평평한 면일 수 있다.
또한, 도 1a에 도시된 LED 패키지에서 형광체층(40A)은 LED 칩(30)의 상면과 측면에 모두 도포되고, 도 1b에 도시된 LED 패키지에서 형광체층(40B)은 LED 칩(30)의 상부 전체면에 도포된다. 이와 달리, 도 2 및 도 3에 예시된 제2 도전형 반도체층(166) 상에 도포된 코팅층(190)의 폭(W1)은 발광 소자의 전체 폭(W2)보다 적다.
또한, 코팅층(190)은 발광 소자의 상면의 면적보다 더 적은 상부 면적을 가지 수도 있다. 도 2를 참조하면, 코팅층(190)의 상면의 면적은 폭(W1)과 길이(L1)의 곱으로 표현되고, 발광 소자의 상면의 면적은 폭(W2)과 길이(L2)의 곱으로 표현될 수 있다.
또한, 코팅층(190)은 발광 소자에서 방출된 광의 파장을 변화시킬 수 있다. 이를 위해, 코팅층(190)은 인광(phosphor) 물질 및 레진(resin) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 여기서, 레진은 실리콘 레진일 수도 있고 에폭시(epoxy) 레진일 수도 있다. 코팅층(190)은 필름 형태일 수 있으며, 실리콘 또는 에폭시와 같은 재료로 형성될 수 있으며, 복수 개의 적층된 층으로 구현될 수 있다. 실시예에 의하면, 코팅층(190)에 포함될 수 있는 인광 물질은 TAG(Tb3Al5O12:Ce3 +) 같은 Garnet계, (Sr, Ba, Mg, Ca)2SiO4:Eu2 + 같은 Silicate계, SiN을 포함하는 예를 들면 CaAlSiN3:Eu2+ 같은 Nitride계, SiON을 포함하는 예를 들면 Si6 - xAlxOxN8 -x:Eu2 + (0 ＜ x ＜ 6) 같은 Oxynitride계로 이루어질 수 있다.
도 4는 도 3에 도시된 'A' 부분을 확대 도시한 단면도이다.
도 4를 참조하면, 상부 전극층(182, 184)의 폭(W3)은 전류 차단층(142, 144)의 폭(W4)보다 적을 수 있다.
또한, 코팅층(190)의 가장자리(192)는 제1 및 제2 상부 전극층(182, 184) 상에 위치할 수 있다. 만일, 제1 및 제2 상부 전극층(182, 184)이 비투광성 재질로 이루어진 경우, 코팅층(190)의 가장자리(192)(x2)는 상부 전극층(182, 184)의 가장 자리(182A, 184A)가 아니라 상부 전극층(182, 184)의 상부 안쪽에 위치할 수 있다. 즉, x1 ＜ x2 ＜ x3일 수 있다. 그러나, 상부 전극층(182, 184)이 투광성 재질로 이루어진 경우, 코팅층(190)의 가장자리(192)는 상부 전극층(182, 184)의 가장자리(182A, 184A)에 위치할 수 있다. 즉, x1=x2일 수 있다.
도 4를 참조하면, 기준점('P')이란, 활성층(164)과 제2 도전형 반도체층(166)의 외곽 접점으로 정의된다. 즉, 기준점('P')은 활성층(164)의 가장 바깥 쪽 지점을 의미한다. 또한, 엣지 크기(D)란 기준점('P')으로부터 코팅층(190)의 가장자리(x2)(192)까지의 거리로 정의된다.
도 5는 색 온도 측정 장치(200)를 이용하여 발광 소자 패키지(210)의 색 온도를 측정하는 모습을 나타내는 도면으로서, 발광 소자 패키지(210)는 도 1a 및 도 1b에 도시된 발광 소자 패키지 또는 도 3에 예시된 발광 소자 패키지(100)에 해당한다.
도 5를 참조하면, 뷰잉 각도(viewing angle)이란, 색 온도를 측정하기 위해서, 색 온도 측정 장치(200)가 발광 소자 패키지(210)를 바라보는 각도를 의미한다. 즉, 뷰잉 각도는 지향각을 의미한다. 색 온도 측정 장치(400)는 측각기(Goniometer)에 해당할 수 있다.
도 6은 발광 소자를 바라보는 뷰잉 각도에 따른 색 온도(CCT)를 나타내는 그래프이다.
도 6은 도 5에 도시된 바와 같이, 색 온도 측정 장치(200)를 이용하여 뷰잉 각도별로 발광 소자 패키지(210)의 CCT를 측정한 결과 그래프이다.
도 1a 및 도 1b에 예시된 기존의 LED 패키지의 경우 도 4를 기준으로 볼 때 엣지 크기(D)가 음의 값을 갖는다. 즉, 기존의 LED 패키지에서 코팅층(190)의 가장자리(192)는 기준점('P')의 왼쪽의 x5 또는 x6 또는 x6보다 더 왼쪽에 위치한다. 따라서, 도 6에 도시된 바와 같이, 뷰잉 각도에 따른 색 온도의 편차는 매우 크다.
만일, 코팅층(190)의 가장자리(192)가 도 4를 기준으로 볼 때, 0과 x1 사이에 위치할 경우, 가장 자리(192)가 x5 또는 x6에 위치할 때보다 색 온도의 편차가 줄어들게 됨을 알 수 있다.
전술한 바와 같이, 코팅층(190)의 가장자리(192)의 위치에 따라 색 온도의 편차가 달라진다. 이를 이용하여, 실시예에 의하면, 발광 소자 패키지(100)에서 코팅층(190)의 가장자리(192)는 기준점('P')의 오른쪽의 x1과 x3의 사이(또는, x1)에 위치한다. 이 경우, 도 6에 도시된 바와 같이 색 온도 편차는 더욱 줄어들게 됨을 알 수 있다.
실시예에 의하면, 전류 차단층(140)의 폭(W4)은 20 ㎛ 내지 80 ㎛ 예를 들면 50 ㎛이고, 제1 및 제2 상부 전극층(182, 184)의 폭(W3)은 5 ㎛ 내지 25 ㎛ 예를 들면 15 ㎛이고, 엣지 크기(D)는 10 ㎛ 내지 30 ㎛ 예를 들면 30 ㎛일 수 있다.
도 7은 엣지 크기(D)별 색 온도 편차(△CCT)를 나타내는 그래프이다.
도 7을 참조하면, 엣지 크기(D)가 -30 ㎛ 일 때(220) 즉, 코팅층(190)의 가장자리(192)가 x6에 있을 때 색 온도의 편차(△CCT)는 대략 2000과 2200의 사이이다. 또한, 엣지 크기(D)가 10 ㎛ 일 때(222) 즉, 코팅층(190)의 가장자리(192)가 0과 x1의 사이에 있을 때 색 온도의 편차(△CCT)는 대략 2000에 근사한다. 또한, 엣지 크기(D)가 50 ㎛ 일 때(226) 즉, 코팅층(190)의 가장자리(192)가 x4에 있을 때 색 온도의 편차(△CCT)는 3000 이상으로서 가장 크다.
그러나, 엣지 크기(D)가 30 ㎛ 일 때(224) 즉, 코팅층(190)의 가장자리(192)가 x2에 있을 때 색 온도의 편차(△CCT)는 2000보다 작은 값으로서, 가장 작음을 알 수 있다. 따라서, 실시예에 의하면, 엣지 크기(D)는 30 ㎛일 수 있다.
다음 표 1은, 엣지 크기(D)별 광속(LF:Luminance Flux), 색 온도(CCT), 발광 소자인 LED 칩의 색 온도 편차(△CCT) 및 발광 소자 패키지(PKG)의 색 온도 편차(△CCT)를 비교하여 보여준다.
| 엣지 크기(D) (㎛) |
광속(LF) (lm) |
CCT |
LED 칩 | PKG |
| △CCT | △CCT | |||
| -30(x6) | 127 | 5355 | 957 | 2162 |
| 10(0 ~ x1) | 128 | 5441 | 807 | 1968 |
| 30(x2) | 129 | 5524 | 675 | 1850 |
| 50(x4) | 122 | 6315 | 923 | 3020 |
전술한 바와 같이, 코팅층(190)의 면적 즉, 코팅층(190)의 가장 자리의 위치에 따라 색 온도 편차가 변화되며, 실시예에서와 같이 코팅층(190)의 가장자리(192)가 상부 전극층(182, 184)의 위에 있을 때, 색 온도 편차가 가장 적음을 알 수 있다.
전술한 실시예에 의한 코팅층(190)을 도 2 및 도 3에 예시된 발광 소자 패키지(100)를 참조하여 설명하였지만, 실시예는 이에 국한되지 않는다. 즉, 금속층(110), 지지 기판(120), 하부 전극층(130), 반사층(150) 및 전도층(152)을 포함하는 발광 소자가 도 2 및 도 3에 예시된 바와 다른 구조를 갖는 경우에도, 본 실시예는 적용될 수 있음은 물론이다.
이하, 도 3 및 도 4에 예시된 발광 소자 패키지의 실시예에 의한 적용례를 다음과 같이 살펴본다.
도 8은 실시예에 따른 발광소자 패키지(300)의 단면도이다.
실시예에 따른 발광 소자 패키지(300)는 패키지 몸체부(310)와, 패키지 몸체부(310)에 설치된 제1 및 제2 리드 프레임(또는, 패턴 전극)(322, 324)과, 패키지 몸체부(310)에 배치되어 제1 및 제2 리드 프레임(322, 324)과 전기적으로 연결되는 발광 소자(330)와, 발광 소자(330)의 상부면 중 일부에 배치되는 코팅층(190)과 봉지층(350)을 포함한다. 여기서, 발광 소자(330) 및 코팅층(190)은 도 2 및 도 3에 예시된 발광 소자(110 ~ 180) 및 코팅층(190)에 각각 해당할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
패키지 몸체부(310)는 실리콘, 합성수지, 또는 금속을 포함하여 형성될 수 있으며, 도 8에 예시된 바와 달리 패키지 몸체부(310)는 발광 소자(330)와 코팅층(190)의 주위에 경사면을 갖는 캐비티를 형성할 수도 있다.
제1 및 제2 리드 프레임(322, 324)은 서로 전기적으로 분리되며, 발광 소자(330)에 전원을 제공하는 역할을 한다. 또한, 제1 및 제2 리드 프레임(322, 324)은 발광 소자(330)에서 발생된 빛을 반사시켜 광 효율을 증가시키는 역할을 할 수도 있으며, 발광 소자(330)에서 발생된 열을 외부로 배출시키는 역할을 할 수도 있다.
도 8에서 발광 소자(330)는 제1 리드 프레임(322) 상에 배치되지만, 이에 국한되지 않는다. 즉, 발광 소자(330)는 패키지 몸체부(310) 위 또는 제2 리드 프레임(324) 위에 배치될 수도 있다.
발광 소자(330)는 제1 및/또는 제2 리드 프레임(322, 324)과 와이어 방식 또는 다이 본딩 방식 중 어느 하나에 의해 전기적으로 연결될 수도 있다. 도 8에 예시된 발광 소자(330)는 제1 리드 프레임(322)과 전기적으로 직접 연결되고, 제2 리드 프레임(324)과 와이어(350)를 통해 전기적으로 연결되어 있으나 이에 국한되지 않는다.
코팅층(190)은 발광 소자(330)의 상부에 도 2 및 도 3에 예시된 바와 같이 배치된다. 또한, 코팅층(190)은 인광 물질을 포함하여 발광 소자(330)에서 방출된 광의 파장을 변화시킬 수 있다.
봉지층(360)은 코팅층(190)을 보호하는 역할과 발광 소자(330)에서 방출된 빛의 지향각을 제어하는 렌즈의 역할을 수행할 수 있다. 봉지층(360)은 상면이 볼록하게 형성되어 봉지층(360)을 통해 외부로 방출되는 빛이 봉지층(360)과 외부의 경계면에서 전반사되는 량을 감소시킬 수 있다. 봉지층(360)의 상면은 평평하게 형성될 수도 있다.
예를 들어, 봉지층(360)은 투명성을 갖는 물질로 이루어질 수 있으며, 실리콘 젤 또는 에폭시에 실리콘 젤 또는 에폭시보다 굴절률이 큰 고굴절 파티클을 분산시켜 형성될 수 있다. 코팅층(190)과 봉지층(350)의 굴절률을 서로 동일하거나 유사하게 매칭시킴으로써, 코팅층(190)과 봉지층(350) 사이의 경계에서 전반사되는 빛의 양을 감소시킬 수 있다. 봉지층(360)에 의해 옐로우 링이 보다 확실하게 제거될 수 있다. 또한, 봉지층(360)은 생략될 수도 있다.
실시예에 따른 발광 소자 패키지는 복수 개가 기판 상에 어레이되며, 발광 소자 패키지에서 방출되는 광의 경로 상에 광학 부재인 도광판, 프리즘 시트, 확산 시트, 형광 시트 등이 배치될 수 있다. 이러한 발광 소자 패키지, 기판, 광학 부재는 백라이트 유닛으로 기능하거나 조명 유닛으로 기능할 수 있으며, 예를 들어, 조명 시스템은 백라이트 유닛, 조명 유닛, 지시 장치, 램프, 가로등을 포함할 수 있다.
도 9는 실시예에 따른 조명 유닛(400)의 사시도이다. 다만, 도 9의 조명 유닛(400)은 조명 시스템의 한 예이며, 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예에서 조명 유닛(400)은 케이스 몸체(410)와, 케이스 몸체(410)에 설치되며 외부 전원으로부터 전원을 제공받는 연결 단자(420)와, 케이스 몸체(410)에 설치된 발광 모듈부(430)를 포함할 수 있다.
케이스 몸체(410)는 방열 특성이 양호한 재질로 형성되며, 금속 또는 수지로 형성될 수 있다.
발광 모듈부(430)는 기판(432)과, 기판(432)에 탑재되는 적어도 하나의 발광소자 패키지(300)를 포함할 수 있다.
기판(432)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 등을 포함할 수 있다.
또한, 기판(432)은 빛을 효율적으로 반사하는 재질로 형성되거나, 표면이 빛이 효율적으로 반사되는 컬러, 예를 들어 백색, 은색 등으로 형성될 수 있다.
기판(432) 상에는 적어도 하나의 발광 소자 패키지(300)가 탑재될 수 있다. 발광 소자 패키지(300) 각각은 적어도 하나의 발광 소자(330) 예를 들면 발광 다이오드(LED)를 포함할 수 있다. 발광 다이오드는 적색, 녹색, 청색 또는 백색의 유색 빛을 각각 발광하는 유색 발광 다이오드 및 자외선(UV)을 발광하는 UV 발광 다이오드를 포함할 수 있다.
발광 모듈부(430)는 색감 및 휘도를 얻기 위해 다양한 발광 소자 패키지(300)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.
연결 단자(420)는 발광 모듈부(430)와 전기적으로 연결되어 전원을 공급할 수 있다. 실시예에서 연결 단자(420)는 소켓 방식으로 외부 전원에 돌려 끼워져 결합되지만, 이에 대해 한정하지는 않는다. 예를 들어, 연결 단자(420)는 핀(pin) 형태로 형성되어 외부 전원에 삽입되거나, 배선에 의해 외부 전원에 연결될 수도 있다.
도 10은 실시예에 따른 백라이트 유닛(500)의 분해 사시도이다. 다만, 도 10의 백라이트 유닛(500)은 조명 시스템의 한 예이며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
실시예에 따른 백라이트 유닛(500)은 도광판(510)과, 도광판(510) 아래의 반사 부재(520)와, 바텀 커버(530)와, 도광판(510)에 빛을 제공하는 발광 모듈부(540)를 포함한다. 바텀 커버(530)는 도광판(510), 반사 부재(520) 및 발광모듈부(540)를 수납한다.
도광판(510)은 빛을 확산시켜 면 광원화시키는 역할을 한다. 도광판(510)은 투명한 재질로 이루어지며, 예를 들어, PMMA(polymethyl methacrylate)와 같은 아크릴 수지 계열, PET(polyethylene terephthlate), PC(poly carbonate), COC(cycloolefin copolymer) 및 PEN(polyethylene naphthalate) 수지 중 하나를 포함할 수 있다.
발광 모듈부(540)는 도광판(510)의 적어도 일 측면에 빛을 제공하며, 궁극적으로는 백라이트 유닛이 설치되는 디스플레이 장치의 광원으로써 작용하게 된다.
발광 모듈부(540)는 도광판(510)과 접할 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 구체적으로, 발광 모듈부(540)는 기판(542)과, 기판(542)에 탑재된 다수의 발광 소자 패키지(300)를 포함한다. 기판(542)은 도광판(510)과 접할 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
기판(542)은 회로 패턴(미도시)을 포함하는 PCB일 수 있다. 다만, 기판(542)은 일반 PCB 뿐만 아니라, 메탈 코어 PCB(MCPCB, Metal Core PCB), 연성(flexible) PCB 등을 포함할 수도 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
그리고, 다수의 발광 소자 패키지(300)는 기판(542) 상에 빛이 방출되는 발광면이 도광판(510)과 소정 거리 이격되도록 탑재될 수 있다.
도광판(510) 아래에는 반사 부재(520)가 형성될 수 있다. 반사 부재(520)는 도광판(510)의 하면으로 입사된 빛을 반사시켜 위로 향하게 함으로써, 백라이트 유닛의 휘도를 향상시킬 수 있다. 반사 부재(520)는 예를 들어, PET, PC, PVC 레진 등으로 형성될 수 있으나, 이에 대해 한정하지는 않는다.
바텀 커버(530)는 도광판(510), 발광 모듈부(540) 및 반사 부재(520) 등을 수납할 수 있다. 이를 위해, 바텀 커버(530)는 상면이 개구된 박스(box) 형상으로 형성될 수 있으나, 이에 대해 한정하지는 않는다.
바텀 커버(530)는 금속 또는 수지로 형성될 수 있으며, 프레스 성형 또는 압출 성형 등의 공정을 이용하여 제조될 수 있다.
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.
100, 210, 300: 발광 소자 패키지 110: 금속층
120: 지지 기판 130: 하부 전극층
140: 전류 차단층 150: 반사층
152: 전도층 160: 발광 구조물
162: 제1 도전형 반도체층 164: 활성층
166: 제2 도전형 반도체층 170: 보호층
180: 상부 전극층 190: 코팅층
200: 색 온도 측정 장치 310: 패키지 몸체부
322, 324: 리드 프레임 330: 발광 소자
340: 와이어 350: 렌즈
400: 조명 유닛 410: 케이스 몸체
420: 연결 단자 430, 540: 발광 모듈부
500: 백라이트 유닛 510: 도광판
520: 반사 부재 530: 바텀 커버
120: 지지 기판 130: 하부 전극층
140: 전류 차단층 150: 반사층
152: 전도층 160: 발광 구조물
162: 제1 도전형 반도체층 164: 활성층
166: 제2 도전형 반도체층 170: 보호층
180: 상부 전극층 190: 코팅층
200: 색 온도 측정 장치 310: 패키지 몸체부
322, 324: 리드 프레임 330: 발광 소자
340: 와이어 350: 렌즈
400: 조명 유닛 410: 케이스 몸체
420: 연결 단자 430, 540: 발광 모듈부
500: 백라이트 유닛 510: 도광판
520: 반사 부재 530: 바텀 커버
Claims (11)
- 발광 소자; 및
상기 발광 소자의 상면에 배치되는 코팅층을 포함하고,
상기 발광 소자는
하부 전극층;
상기 하부 전극층 상에 순차적으로 적층된 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 갖는 발광 구조물; 및
상기 제2 도전형 반도체층 상에 배치된 적어도 하나의 상부 전극층을 포함하고,
상기 코팅층은 상기 제2 도전형 반도체층과 상기 상부 전극층 상에 배치되며, 상기 코팅층의 가장자리는 상기 상부 전극층 상에 위치하는 발광 소자 패키지. - 제1 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 상부 전극층은
상기 제2 도전형 반도체층 위의 양측 가장자리에 배치되는 제1 및 제2 상부 전극층; 및
상기 제2 도전형 반도체층 위의 중앙에 배치되는 제3 상부 전극층을 포함하고,
상기 코팅층의 가장자리는 상기 제1 및 제2 상부 전극층 상에 위치하는 발광 소자 패키지. - 제1 항에 있어서, 상기 제1 도전형 반도체층과 상기 하부 전극층 사이에서 상기 상부 전극층을 마주보며 배치된 전류 차단층을 더 포함하는 발광 소자 패키지.
- 제3 항에 있어서, 상기 상부 전극층의 폭은 상기 전류 차단층의 폭보다 적은 발광 소자 패키지.
- 제4 항에 있어서, 상기 전류 차단층의 폭은 20 ㎛ 내지 80 ㎛이고 상기 상부 전극층의 폭은 5 내지 25 ㎛이고, 엣지 크기는 10 ㎛ 내지 30 ㎛이고, 상기 엣지 크기는 상기 활성층과 상기 제2 도전형 반도체층의 외곽 접점인 기준점으로부터 상기 코팅층의 가장자리까지의 거리에 해당하는 발광 소자 패키지.
- 제1 항에 있어서, 상기 상부 전극층은 비투광성을 갖고, 상기 코팅층의 가장자리는 상기 상부 전극층 위의 안쪽에 위치하는 발광 소자 패키지.
- 제1 항에 있어서, 상기 상부 전극층은 투광성을 갖고, 상기 코팅층의 가장자리는 상기 상부 전극층 위의 가장자리에 위치하는 발광 소자 패키지.
- 제1 항에 있어서, 상기 코팅층은 상기 제2 도전형 반도체층 상에 컨포멀하게 코팅된 발광 소자 패키지.
- 제1 항에 있어서, 상기 코팅층은 인광 물질 및 레진 중 적어도 하나를 포함하는 발광 소자 패키지.
- 발광 소자; 및
상기 발광 소자의 상면에 배치되고, 상기 발광 소자의 상면의 폭보다 적은 폭을 갖는 코팅층을 포함하는 발광 소자 패키지. - 발광 소자; 및
상기 발광 소자의 상면에 배치되고, 상기 발광 소자의 상면의 면적보다 적은 상부 면적을 갖는 코팅층을 포함하는 발광 소자 패키지.
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|---|---|---|---|---|
| KR20150136852A (ko) * | 2014-05-28 | 2015-12-08 | 엘지이노텍 주식회사 | 발광소자 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20050013047A (ko) * | 2003-12-30 | 2005-02-02 | 주식회사 이츠웰 | 발광 다이오드 및 그 제조 방법 |
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2012
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