KR20140059991A - 발광소자, 발광소자 패키지 및 이를 포함하는 조명장치 - Google Patents
발광소자, 발광소자 패키지 및 이를 포함하는 조명장치 Download PDFInfo
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Abstract
실시예는 발광소자; 상기 발광소자와 이격되어 배치된 형광체 플레이트; 및 상기 형광체 플레이트의 일면에, 상기 발광소자와 마주보며 배치된 광학층을 포함하고, 상기 광학층은 상기 발광소자에서 방출된 제1 파장 영역의 광을 투과하고, 상기 형광체 플레이트에서 파장이 변환된 제2 파장 영역의 광을 반사하는 발광소자 패키지를 제공한다.
Description
실시예는 발광소자, 발광소자 패키지 및 이를 포함하는 조명장치에 관한 것이다.
GaN, AlGaN 등의 3-5 족 화합물 반도체는 넓고 조정이 용이한 밴드 갭 에너지를 가지는 등의 많은 장점으로 인해 광 전자 공학 분야(optoelectronics)와 전자 소자를 위해 등에 널리 사용된다.
특히, 반도체의 3-5족 또는 2-6족 화합물 반도체 물질을 이용한 발광 다이오드(Light Emitting Diode)나 레이저 다이오드와 같은 발광소자는 박막 성장 기술 및 소자 재료의 개발로 적색, 녹색, 청색 및 자외선 등 다양한 색을 구현할 수 있으며, 형광 물질을 이용하거나 색을 조합함으로써 효율이 좋은 백색 광선도 구현이 가능하며, 형광등, 백열등 등 기존의 광원에 비해 저소비전력, 반영구적인 수명, 빠른 응답속도, 안전성, 환경친화성의 장점을 가진다.
따라서, 광 통신 수단의 송신 모듈, LCD(Liquid Crystal Display) 표시 장치의 백라이트를 구성하는 냉음극관(CCFL: Cold Cathode Fluorescence Lamp)을 대체하는 발광 다이오드 백라이트, 형광등이나 백열 전구를 대체할 수 있는 백색 발광 다이오드 조명 장치, 자동차 헤드 라이트 및 신호등에까지 응용이 확대되고 있다.
도 1은 종래의 발광소자 패키지의 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.
종래의 발광소자 패키지(100)는 기판(120)에 복수 개의 발광소자(115)가 배치되고, 발광소자(115)의 가장 자리에 측벽(130)이 배치되고 있다. 측벽(130)의 위에는 형광체 플레이트(150)가 배치되는데, 형광체 플레이트(150)는 형광체(160)를 포함한다.
도 1의 발광소자 패키지에서 발광소자(115)에서 제1 파장 영역의 광(a)이 방출되고, 제1 파장 영역의 광(a)은 형광체 플레이트(150) 내의 형광체(160)에 의하여 여기되어 제2 파장 영역의 광(b)으로 변환될 수 있으며, 일부(a')는 형광체(160)와 충돌하지 않고 외부로 방출될 수 있다. 이때, 형광체(160)로부터 방출되어 내부의 공간(140)으로 진행하는 제2 파장 영역의 광(b')은 기판(120)이나 발광소자(115)에 흡수될 수 있다.
기판(120)과 측벽(130) 및 형광체 플레이트(150)로 구획되는 내부 공간(140)에서 상술한 바와 같이 광이 흡수되어 발광소자 패키지의 광효율이 저하되는 문제점이 있다.
실시예는 발광소자 패키지 등의 내부에서 광이 흡수되어 광효율이 저하되는 것을 개선하고자 한다.
실시예는 발광소자; 상기 발광소자와 이격되어 배치된 형광체층; 및 상기 형광체층의 일면에, 상기 발광소자와 마주보며 배치된 광학층을 포함하고, 상기 광학층은 상기 발광소자에서 방출된 제1 파장 영역의 광을 투과하고, 상기 형광체층에서 파장이 변환된 제2 파장 영역의 광을 반사하는 발광소자 패키지를 제공한다.
다른 실시예는 제1 도전형 반도체층과 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하는 발광 구조물; 상기 발광 구조물에 컨포멀 코팅된 형광체층; 및 상기 발광 구조물과 상기 형광체층 사이에 배치되고, 상기 발광 구조물에서 방출된 제1 파장 영역의 광을 투과하며 상기 형광체층에서 파장이 변환된 제2 파장 영역의 광을 반사하는 광학층을 포함하는 발광소자를 제공한다.
또 다른 실시예는 발광소자 패키지가 배치된 하우징; 상기 발광소자 패키지와 기설정된 간격 이격되어 배치된 글로브; 상기 글로브의 내측면에 배치된 형광체층; 및 상기 형광체층 상에 상기 발광소자 패키지와 마주보며 배치되고, 상기 발광소자 패키지에서 방출된 제1 파장 영역의 광을 투과하며 상기 형광체층에서 파장이 변환된 제2 파장 영역의 광을 반사하는 광학층을 포함하는 조명 장치를 제공한다.
광학층은 Mg, F, SiO, TiO 및 Al로 구성되는 군으로부터 선택되는 물질을 포함할 수 있다.
형광체층/형광체 플레이트는 플레이트 형상일 수 있다.
형광체 플레이트는 일면 상의 형광체층을 포함하고, 타면 상의 광학층을 포함하는 글래스 또는 세라믹으로 이루어질 수 있다.
형광체층/형광체 플레이트는 글래스 또는 세라믹에 형광체가 포함될 수 있다.
광학층은 진공 증착법으로 형성될 수 있다.
광학층은 1개 내지 9개의 층으로 이루어질 수 있다.
본 실시예에서는 발광소자 또는 발광소자 패키지에서 방출된 제1 파장 영역의 광이 형광체에 의하여 여기되어 제2 파장 영역의 광으로 변환된 후, 광학층이 반투과막으로 작용하여 발광소자 패키지의 광추출을 향상시킬 수 있다.
도 1은 종래의 발광소자 패키지의 구조를 개략적으로 나타낸 도면이고,
도 2는 발광소자 패키지의 일실시예의 구조를 개략적으로 나타낸 도면이고,
도 3a는 발광소자 패키지의 일실시예를 나타낸 도면이고,
도 3b는 발광소자 패키지의 다른 실시예를 나타낸 도면이고,
도 4는 발광소자 패키지의 또 다른 실시예를 나타낸 도면이고,
도 5는 도 4의 'A' 영역을 상세히 나타낸 도면이고,
도 6은 도 4의 발광소자의 일실시예를 나타낸 도면이고,
도 7은 상술한 광학층의 구조를 나타낸 도면이고,
도 8a는 조명 장치의 일실시예를 나타낸 도면이고,
도 8b는 도 8a의 T-t'의 단면을 나타낸 도면이고,
도 9는 영상표시장치의 일실시예를 나타낸 도면이다.
도 2는 발광소자 패키지의 일실시예의 구조를 개략적으로 나타낸 도면이고,
도 3a는 발광소자 패키지의 일실시예를 나타낸 도면이고,
도 3b는 발광소자 패키지의 다른 실시예를 나타낸 도면이고,
도 4는 발광소자 패키지의 또 다른 실시예를 나타낸 도면이고,
도 5는 도 4의 'A' 영역을 상세히 나타낸 도면이고,
도 6은 도 4의 발광소자의 일실시예를 나타낸 도면이고,
도 7은 상술한 광학층의 구조를 나타낸 도면이고,
도 8a는 조명 장치의 일실시예를 나타낸 도면이고,
도 8b는 도 8a의 T-t'의 단면을 나타낸 도면이고,
도 9는 영상표시장치의 일실시예를 나타낸 도면이다.
이하 상기의 목적을 구체적으로 실현할 수 있는 본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.
본 발명에 따른 실시예의 설명에 있어서, 각 element의 " 상(위) 또는 하(아래)(on or under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상(위) 또는 하(아래)(on or under)는 두개의 element가 서로 직접(directly)접촉되거나 하나 이상의 다른 element가 상기 두 element사이에 배치되어(indirectly) 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 “상(위) 또는 하(아래)(on or under)”으로 표현되는 경우 하나의 element를 기준으로 위쪽 방향 뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.
도 2는 발광소자 패키지의 일실시예의 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.
발광소자 패키지(200)는 기판(220) 상에 발광소자(215) 어레이가 배치되는데, 발광소자(215)는 발광 다이오드(Light emitting diode) 등일 수 있으며 하나 또는 그 이상이 배치될 수 있다.
기판(220)의 가장 자리 영역에는 측벽(230)이 배치되어 발광소자(215)를 둘러싸는 발광소자 패키지(200)의 내부 공간(240)을 형성할 수 있다. 측벽(230)의 위에는 형광체 플레이트(250)가 배치되는데, 형광체 플레이트(250)는 형광체(260)를 포함한다.
형광체(260)는 발광소자(215)에서 방출되는 제1 파장 영역의 광에 의하여 여기되어 보다 제1 파장 영역보다 장파장인 제2 파장 영역의 광을 방출할 수 있다. 형광체의 일면에는 광학층(280)이 배치되는데, 광학층(280)은 상술한 내부 공간(240)의 방향에서 발광소자(215)와 마주보며 배치될 수 있다.
광학층(280)은 발광소자(215)에서 방출된 제1 파장 영역의 광은 투과하고, 형광체(260)에서 방출된 제2 파장 영역의 광은 반사하는 반투과성 층으로 작용할 수 있다. 도 2에서 발광소자(215)에서 제1 파장 영역의 빛(a)이 방출되고, 제1 파장 영역의 빛(a)은 형광체 플레이트(250) 내의 형광체(260)로 흡수되어 형광체를 여기시킨 후, 형광체에 의해 제2 파장 영역의 빛(b)으로 변환될 수 있으며, 일부(a')는 형광체(260)와 충돌하지 않고 외부로 방출될 수 있다. 이때, 도 1에서는 형광체(260)로부터 방출된 제2 파장 영역의 빛 중 일부가 내부 공간(240)으로 진행하였으나, 본 실시예에서는 광학층(280)에서 반사되어 제2 파장 영역의 빛이 내부 공간(240)으로 진행하지 않으므로 기판(220)이나 발광소자(215)에서 빛이 흡수되지 않을 수 있다.
도 3a는 발광소자 패키지의 일실시예를 나타낸 도면이다.
실시예에 따른 발광소자 패키지(200)는 캐비티를 포함하는 몸체(220)와, 몸체(220)에 설치된 제1 리드 프레임(Lead Frame, 231) 및 제2 리드 프레임(232)과, 상기 몸체(220)에 설치되어 제1 리드 프레임(231) 및 제2 리드 프레임(232)과 전기적으로 연결되는 상술한 발광소자(215)와, 몸체(220)의 상부에 배치되고 형광체(260)를 포함하는 형광체 플레이트(250)와, 형광체 플레이트(250)의 일면에 발광소자(215)를 마주보고 배치되는 광학층(280)을 포함하여 이루어진다.
몸체(215)는 실리콘 재질, 합성수지 재질, 또는 금속 재질을 포함하여 형성될 수 있다. 몸체(215)가 금속 재질 등 도전성 물질로 이루어지면, 도시되지는 않았으나 상기 몸체(215)의 표면에 절연층이 코팅되어 상기 제1,2 리드 프레임(231, 232) 간의 전기적 단락을 방지할 수 있다.
제1 리드 프레임(231) 및 제2 리드 프레임(232)은 서로 전기적으로 분리되며, 상기 발광소자(215)에 전류를 공급한다. 또한, 제1 리드 프레임(231) 및 제2 리드 프레임(232)은 발광소자(215)에서 발생된 광을 반사시켜 광 효율을 증가시킬 수 있으며, 발광소자(215)에서 발생된 열을 외부로 배출시킬 수도 있다.
발광소자(200)는 도전성 접착제(210)를 통하여 제1 리드 프레임(231)에 전기적으로 연결되고, 제2 리드 프레임(232)과 와이어(217)를 통하여 전기적으로 연결될 수 있다.
형광체 플레이트(250)는 형광체(260)를 포함하는데, 형광체(260)는 YAG 형광체나 Silicate계열의 형광체 등이 사용될 수 있으며, 형광체 플레이트(250)는 실리콘 수지나 에폭시 수지, 글래스(glass) 또는 세라믹 등이 상술한 형광체(260)를 포함하며 플레이트(plate) 형상으로 배치될 수 있다.
형광체 플레이트(250)의 캐비티 방향의 일면에는 광학층(280)이 배치될 수 있다. 광학층(280)은 상술한 바와 같이 제1 파장 영역의 빛은 투과하고 제2 파장 영역의 빛은 반사할 수 있는 반투과성 물질로 이루어지며, 예를 들면 Mg, F, Si, Ti 및 Al로 구성되는 군으로부터 선택되는 물질 또는 MgF2, SiO2, TiO2 및 Al2O3로 구성되는 군으로부터 선택되는 물질을 포함할 수 있다.
예를 들어 발광소자(215)가 청색 파장 영역의 빛을 방출하고 형광체(260)가 청색 파장 영역의 빛을 흡수하고 여기되어 황색 파장 영역의 빛을 방출할 때, 상술한 광학층(280)은 청색 파장 영역의 빛은 투과하고 황색 파장 영역의 빛은 반사할 수 있다. 광학층(280)은 하나의 층으로 이루어질 수 있으나, 복수 개의 층으로 이루어질 수도 있으며 구체적으로는 도 7에서 후술한다.
도 3a에서 발광소자(215)와 광학층(280) 사이의 거리(d)는 50 마이크로 미터 내지 700 마이크로 미터일 수 있다. 상술한 거리(d)가 너무 작으면 와이어(217)가 배치될 내부 공간(240)의 확보에 충분하지 않을 수 있고, 너무 크면 발광소자(215)와 광학층(280)의 거리 증가에 따른 광속 저하가 발생할 수 있다.
도 3b에 도시된 실시예는 도 3a의 구성과 유사하나 광학층(280)이 형광체 플레이트(250)의 전면에 배치된 점에서 상이하다. 즉, 도 3b에서는 광학층(280)이 형광체 플레이트(250)의 전면에 배치되어 광학층(280)이 몸체(220)와 접촉하고 형광체 플레이트(250)는 몸체(220)와 접촉하지 않는다. 도 3a에 도시된 실시예에서는 광학층(280)이 형광체 플레이트(250)의 일부에만 배치되어, 형광체 플레이트(250)가 몸체(220)와 직접 접촉하고 있다.
도 4는 발광소자 패키지의 또 다른 실시예를 나타낸 도면이고, 도 5는 도 4의 'A' 영역을 상세히 나타낸 도면이다.
본 실시예에 따른 발광소자 패키지(200)는 도 3a 및 도 3b에 도시된 실시예와 유사하나, 형광체층(250a)와 광학층(280)의 배치가 상이하다.
본 실시예에 따른 발광소자 패키지(200)에서 몸체(220)가 바닥면과 측벽을 이루는 캐비티 내부에 발광소자(220)가 배치되며, 발광소자(220)의 상부에 광학층(280)과 형광체층(250a)이 컨포멀 코팅 방식으로 기설정된 두께를 가지고 배치된다.
상술한 발광소자의 일실시예의 구조를 도 6을 참조하여 설명한다.
발광소자(215)의 발광 구조물은 제1 도전형 반도체층과 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하며 배치되고, 제1 도전형 반도체층의 표면에는 제1 전극(215e)이 배치될 수 있다.
제1 도전형 반도체층은 반도체 화합물로 형성될 수 있다. 3족-5족, 2족-6족 등의 화합물 반도체로 구현될 수 있으며, 제1 도전형 도펀트가 도핑될 수 있다. 상기 제1 도전형 반도체층이 n형 반도체층인 경우, 상기 제1도전형 도펀트는 n형 도펀트로서, Si, Ge, Sn, Se, Te를 포함할 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
제1 도전형 반도체층은 InxAlyGa(1-x-y)N (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질을 포함할 수 있다. 제1 도전형 반도체층은 GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN, AlGaAs, InGaAs, AlInGaAs, GaP, AlGaP, InGaP, AlInGaP, InP 중 어느 하나 이상으로 형성될 수 있다.
활성층은 제1 도전형 반도체층을 통해서 주입되는 전자와 제2 도전형 반도체층을 통해서 주입되는 정공이 서로 만나서 활성층을 이루는 물질 고유의 에너지 밴드에 의해서 결정되는 에너지를 갖는 빛을 방출하는 층이다.
활성층은 이중 접합 구조(Double Hetero Junction Structure), 단일 양자 우물 구조, 다중 양자 우물 구조(MQW: Multi Quantum Well), 양자 선(Quantum-Wire) 구조, 또는 양자 점(Quantum Dot) 구조 중 적어도 어느 하나로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 활성층(264)은 트리메틸 갈륨 가스(TMGa), 암모니아 가스(NH3), 질소 가스(N2), 및 트리메틸 인듐 가스(TMIn)가 주입되어 다중 양자우물구조가 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
활성층의 우물층/장벽층은 예를 들어, InGaN/GaN, InGaN/InGaN, GaN/AlGaN, InAlGaN/GaN, InAlGaN/InAlGaN, GaAs(InGaAs)/AlGaAs, GaP(InGaP)/AlGaP 중 어느 하나 이상의 페어 구조로 형성될 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 상기 우물층은 상기 장벽층의 밴드 갭보다 낮은 밴드 갭을 갖는 물질로 형성될 수 있다.
활성층의 위 또는/및 아래에는 도전형 클래드층(미도시)이 형성될 수 있다. 도전형 클래드층은 활성층의 장벽층이나 밴드갭보다 더 넓은 밴드갭을 가지는 반도체로 형성될 수 있다. 예를 들어, 도전형 클래드층은 GaN, AlGaN, InAlGaN 또는 초격자 구조 등을 포함할 수 있다. 또한, 도전형 클래드층은 n형 또는 p형으로 도핑될 수 있다.
활성층 아래에는 제2 도전형 반도체층이 배치된다. 제2 도전형 반도체층은 반도체 화합물로 형성될 수 있다. 3족-5족, 2족-6족 등의 화합물 반도체로 구현될 수 있으며, 제2 도전형 도펀트가 도핑될 수 있다. 예컨대, InxAlyGa1 -x- yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질을 포함할 수 있다. 제2 도전형 반도체층이 p형 반도체층인 경우, 상기 제2도전형 도펀트는 p형 도펀트로서, Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등을 포함할 수 있다.
발광 구조물의 표면에는 요철이 배치될 수 있는데, 요철은 비주기적이거나 도시된 바와 같이 주기적일 수 있다. 요철이 주기적으로 배치될 때 그 주기는 500 나노미터 내지 1,000 나노미터일 수 있고, PEC(Photoelectrochemical etching)이 아닌 다른 방법으로 요철을 배치하면 주기가 500 나노미터 이하나 1,000 나노미터 이상일 수 있으며 이때에도 광추출 효과를 기대할 수 있다.
발광 구조물의 표면에는 제1 전극(215e)이 배치되고 있다. 제1 전극(215e)은 알루미늄(Al), 티타늄(Ti), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 구리(Cu), 금(Au) 중 적어도 하나를 포함하여 단층 또는 다층 구조로 형성될 수 있다.
발광 구조물의 둘레에는 패시베이션층(215f)이 배치되고 있다. 패시베이션층(215f)은 절연물질로 이루어질 수 있으며, 절연물질은 비전도성인 산화물이나 질화물로 이루어질 수 있다. 일 예로서, 상기 패시베이션층(215f)은 실리콘 산화물(SiO2)층, 산화 질화물층, 산화 알루미늄층으로 이루어질 수 있다.
발광 구조물의 하부에 도시된 오믹층(215d)과 반사층(215c)과 접합층(215b) 및 도전성 지지기판(215a)이 제2 전극으로 작용할 수 있다.
오믹층(215d)은 약 200 옹스트롱의 두께일 수 있다. 오믹층은 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), IZON(IZO Nitride), AGZO(Al-Ga ZnO), IGZO(In-Ga ZnO), ZnO, IrOx, RuOx, NiO, RuOx/ITO, Ni/IrOx/Au, 및 Ni/IrOx/Au/ITO, Ag, Ni, Cr, Ti, Al, Rh, Pd, Ir, Sn, In, Ru, Mg, Zn, Pt, Au, Hf 중 적어도 하나를 포함하여 형성될 수 있으며, 이러한 재료에 한정되는 않는다.
반사층(215c)은 알루미늄(Al), 은(Ag), 니켈(Ni), 백금(Pt), 로듐(Rh), 혹은 Al이나 Ag이나 Pt나 Rh를 포함하는 합금을 포함하는 금속층으로 이루어질 수 있다. 알루미늄이나 은 등은 활성층에서 발생된 빛을 효과적으로 반사하여 발광소자의 광추출 효율을 크게 개선할 수 있다.
도전성 지지기판(metal support, 215a)은 전기 전도도가 우수한 금속을 사용할 수 있고, 발광소자 작동시 발생하는 열을 충분히 발산시킬 수 있어야 하므로 열전도도가 높은 금속을 사용할 수 있다.
도전성 지지기판(215a)은 금속 또는 반도체 물질등으로 형성될 수 있다. 또한 전기전도성과 열 전도성이 높은 물질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 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.
상기 도전성 지지기판(215a)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.
접합층(215b)은 반사층(215c)과 도전성 지지기판(215a)을 결합하는데, 금(Au), 주석(Sn), 인듐(In), 알루미늄(Al), 실리콘(Si), 은(Ag), 니켈(Ni) 및 구리(Cu)로 구성되는 군으로부터 선택되는 물질 또는 이들의 합금으로 형성할 수 있다.
도시된 발광 소자(215)에 직접 접촉하며 광학층(280)과, 형광체층(250a)이 배치되며, 각각의 조성은 도 3a 등에 도시된 실시예와 동일할 수 있다. 도 3a 및 도 3b에 도시된 실시예에서 내부 공간(240)은 공기(air)로 채워지거나 투광성 수지 등으로 채워질 수 있으나, 본 실시예에서는 몸체(220)의 바닥면과 측벽으로 둘러싸이는 캐비티에 몰딩부(270)가 형성되는데 몰딩부(270)는 중앙 영역의 높이가 몸체(220)의 높이보다 낮을 수 있다.
본 실시예에서 몰딩부(270)는 발광소자(215)와 와이어(217) 등을 보호할 수 있는데, 실리콘 수지나 에폭시 수지 등을 포함할 수 있다. 발광소자(215)는 제1 리드 프레임(231)과는 도전성 접착제(210)로 전기적으로 연결되고, 제2 리드 프레임(232)과는 와이어(217)로 본딩될 수 있는데, 도 5에 도시된 바와 같이 광학층(280)과 형광체층(250a)의 일부가 오픈되어 발광소자(215)의 표면이 노출되고, 발광소자(215)의 노출된 영역에서 와이어(217)가 발광소자(215)와 접촉할 수 있다.
본 실시예에 따른 발광소자 패키지(200)는 수직형 발광소자(215)에서 대부분의 출사광이 발광소자(215)의 윗 방향으로 진행하므로, 형광체층(250)의 일면에 코팅되어 있는 광학층(280)이 접착층에 의해서 발광소자(215) 상에 고정되어 상술한 바와 같이 광학층(280)이 반투과막으로 작용하여 발광소자 패키지(200)의 광추출이 향상될 수 있다.
도시되지는 않았으나, 광학층(280)이 형광체층(250)의 적어도 일면에 배치되고 형광체층(250a)은 도 3a 등과 같이 플레이트 타입으로 몸체(220)의 상부에 배치될 수도 있다. 광학층(280)은 발광소자(215) 상에 직접 접촉하여 배치될 수도 있다.
도 7은 상술한 광학층의 구조를 나타낸 도면이다.
광학층(280)은 MgF2, SiO2, TiO2 및 Al2O3로 구성되는 군으로부터 선택된 물질로 이루어질 수 있는데, 하나의 층으로 이루어지거나 복수 개의 층으로 이루어질 수 있다. 도 7에서 광학층(280)은 9개의 층(280a~280j)으로 이루어지는데, 각각의 층의 두께는 100 나노미터 내지 500 나노미터일 수 있다. 각각의 층(280a~280j)은 동일한 물질이 반복적층되거나 서로 다른 물질이 적층될 수도 있는데, 두 경우 모두 각각의 (280a~280j)의 재료가 MgF2, SiO2, TiO2 및 Al2O3로 구성되는 군으로부터 선택되는 물질을 포함할 수 있다. 광학층(280)은 sputtering이나 evaporation 등의 진공 증착법으로 형성될 수 있다. 광학층(280)의 두께가 너무 얇으면 상술한 반투과 기능에 충분하지 않을 수 있고, 너무 두꺼우면 광학층(280) 자체의 광흡수에 의하여 발광소자 패키지(200)의 광효율이 저하될 수 있다.
상술한 실시예에 따른 발광소자는, 발광소자 패키지 내에 복수 개로 탑재할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상술한 발광소자 패키지는 복수 개가 기판 상에 어레이되며, 상기 발광소자 패키지의 광 경로 상에 광학 부재인 도광판, 프리즘 시트, 확산 시트 등이 배치될 수 있다. 이러한 발광소자 패키지, 기판, 광학 부재는 라이트 유닛으로 기능할 수 있다. 또 다른 실시 예는 상술한 실시 예들에 기재된 반도체 반도체 소자 또는 발광소자 패키지를 포함하는 표시 장치, 지시 장치, 조명 시스템으로 구현될 수 있으며, 예를 들어, 조명 시스템은 램프, 가로등을 포함할 수 있다.
도 8a는 조명 장치의 일실시예를 나타낸 도면이고, 도 8b는 도 8a의 T-t'의 단면을 나타낸 도면이다.
본 실시예에서, 조명 장치(300)는 하우징(310)와, 하우징(310)에 배치되는 발광 모듈(330)과 글로브(globe, 340)을 포함할 수 있으며, 발광 모듈(330)은 발광 소자 패키지(200) 어레이가 배치될 수 있고 발광소자 패키지(200) 어레이의 하부에 배치되는 반사판(335)을 포함할 수 있다.
하우징(310)는 방열 특성이 양호한 재질로 형성될 수 있으며, 예를 들어 금속 재질 또는 수지 재질로 형성될 수 있다. 하우징(310)에는 연결 단자(320)를 통하여 전류가 공급될 수 있다.
발광소자 패키지(200)는 기판(미도시)에 탑재될 수 있는데, 기판은 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. 그리고, 발광소자 패키지(200a)는 상술한 실시예들과 달이 반투과성의 광학층의 구성을 포함하고 있지 않다.
발광 모듈(330)에서 방출되는 빛을 전방으로 진행시키기 위하여 반구형 등의 형상으로 글로브(340)가 배치될 수 있다. 글로브(340)는 발광소자 패키지(200) 또는 발광 모듈(330)과 기설정된 간격으로 이격되어 배치될 수 있으며, 도 8b에서 글로브(340)의 일부 영역의 단면을 도시하고 있는데 글로브(340)의 내측면에 형광체층(350)와 광학층(380)이 배치될 수 있다.
형광체층(350)은 형광체(360)를 포함하며, 구체적인 구성은 상술한 형광체 플레이트와 동일할 수 있다. 광학층(380)은 형광체층(350)의 내측면에서 발광소자 패키지(200)를 마주보고 배치되며, 구체적인 구성은 상술한 실시예에서와 동일하다.
본 실시예에 따른 조명 장치는, 발광소자에서 방출된 제1 파장 영역의 광이 파장의 변화 없이 직접 광학층을 통과하여 형광체층에 도달하고, 형광체층에서 제1 파장 영역의 광에 의하여 형광체가 여기되어 제2 파장 영역의 광이 방출되어 글로브의 외부로 진행한다. 그리고, 형광체에서 방출된 제2 파장 영역의 광 중 일부가 글로브 내부로 진행할 수 있으나, 광학층에서 반사되어 다시 형광체층을 통과하여 글로브의 외부로 진행할 수 있다.
따라서, 본 실시예에 따른 조명 장치는 각각의 발광소자 패키지 내에 형광체층을 배치하지 않을 수 있고, 광학층의 작용으로 조명 장치의 광효율 저하를 방지할 수 있다.
도 9는 영상표시장치의 일실시예를 나타낸 도면이다.
도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 영상표시장치(500)는 광원 모듈과, 바텀 커버(510) 상의 반사판(520)과, 상기 반사판(520)의 전방에 배치되며 상기 광원모듈에서 방출되는 빛을 영상표시장치 전방으로 가이드하는 도광판(540)과, 상기 도광판(540)의 전방에 배치되는 제1 프리즘시트(550)와 제2 프리즘시트(560)와, 상기 제2 프리즘시트(560)의 전방에 배치되는 패널(570)과 상기 패널(570)의 전반에 배치되는 컬러필터(580)를 포함하여 이루어진다.
광원 모듈은 회로 기판(530) 상의 발광소자 패키지(535)를 포함하여 이루어진다. 여기서, 회로 기판(530)은 PCB 등이 사용될 수 있고, 발광소자 패키지(535)는 상술한 도 3a 내지 도 5에서 설명한 바와 같다.
바텀 커버(510)는 영상표시장치(500) 내의 구성 요소들을 수납할 수 있다. 반사판(520)은 본 도면처럼 별도의 구성요소로 마련될 수도 있고, 도광판(540)의 후면이나, 상기 바텀 커버(510)의 전면에 반사도가 높은 물질로 코팅되는 형태로 마련되는 것도 가능하다.
반사판(520)은 반사율이 높고 초박형으로 사용 가능한 소재를 사용할 수 있고, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PolyEthylene Terephtalate; PET)를 사용할 수 있다.
도광판(540)은 발광소자 패키지 모듈에서 방출되는 빛을 산란시켜 그 빛이 액정 표시 장치의 화면 전영역에 걸쳐 균일하게 분포되도록 한다. 따라서, 도광판(530)은 굴절률과 투과율이 좋은 재료로 이루어지는데, 폴리메틸메타크릴레이트(PolyMethylMethAcrylate; PMMA), 폴리카보네이트(PolyCarbonate; PC), 또는 폴리에틸렌(PolyEthylene; PE) 등으로 형성될 수 있다. 또한, 도광판(540)이 생략되면 에어 가이드 방식의 표시장치가 구현될 수 있다.
상기 제1 프리즘 시트(550)는 지지필름의 일면에, 투광성이면서 탄성을 갖는 중합체 재료로 형성되는데, 상기 중합체는 복수 개의 입체구조가 반복적으로 형성된 프리즘층을 가질 수 있다. 여기서, 상기 복수 개의 패턴은 도시된 바와 같이 마루와 골이 반복적으로 스트라이프 타입으로 구비될 수 있다.
상기 제2 프리즘 시트(560)에서 지지필름 일면의 마루와 골의 방향은, 상기 제1 프리즘 시트(550) 내의 지지필름 일면의 마루와 골의 방향과 수직할 수 있다. 이는 광원 모듈과 반사시트로부터 전달된 빛을 상기 패널(570)의 전방향으로 고르게 분산하기 위함이다.
본 실시예에서 상기 제1 프리즘시트(550)과 제2 프리즘시트(560)가 광학시트를 이루는데, 상기 광학시트는 다른 조합 예를 들어, 마이크로 렌즈 어레이로 이루어지거나 확산시트와 마이크로 렌즈 어레이의 조합 또는 하나의 프리즘 시트와 마이크로 렌즈 어레이의 조합 등으로 이루어질 수 있다.
상기 패널(570)은 액정 표시 패널(Liquid crystal display)가 배치될 수 있는데, 액정 표시 패널(560) 외에 광원을 필요로 하는 다른 종류의 디스플레이 장치가 구비될 수 있다.
상기 패널(570)은, 유리 바디 사이에 액정이 위치하고 빛의 편광성을 이용하기 위해 편광판을 양 유리바디에 올린 상태로 되어있다. 여기서, 액정은 액체와 고체의 중간적인 특성을 가지는데, 액체처럼 유동성을 갖는 유기분자인 액정이 결정처럼 규칙적으로 배열된 상태를 갖는 것으로, 상기 분자 배열이 외부 전계에 의해 변화되는 성질을 이용하여 화상을 표시한다.
표시장치에 사용되는 액정 표시 패널은, 액티브 매트릭스(Active Matrix) 방식으로서, 각 화소에 공급되는 전압을 조절하는 스위치로서 트랜지스터를 사용한다.
상기 패널(570)의 전면에는 컬러 필터(580)가 구비되어 상기 패널(570)에서 투사된 빛을, 각각의 화소마다 적색과 녹색 및 청색의 빛만을 투과하므로 화상을 표현할 수 있다.
본 실시예에 따른 영상표시장치는, 상술한 바와 같은 구성의 발광소자 패키지가 배치되어 광효율이 향상될 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.
a, a': 제1 파장 영역의 광 b, b': 제2 파장 영역의 광
100, 200: 발광소자 패키지 115, 215: 발광소자
120, 220: 기판 130, 230: 측벽
140, 240: 내부 공간 150, 250: 형광체 플레이트
160, 260: 형광체 210: 도전성 접착제
217: 와이어 231, 232: 제1, 2 리드 프레임
270: 몰딩부 280: 광학층
300: 조명 장치 310: 하우징
320: 연결 단자 330: 발광 모듈
335, 520: 반사판 340: 글로브
500 : 표시장치 510 : 바텀 커버
530 : 회로 기판 모듈 540 : 도광판
550, 560 : 제1,2 프리즘 시트 570 : 패널
580 : 컬러필터
100, 200: 발광소자 패키지 115, 215: 발광소자
120, 220: 기판 130, 230: 측벽
140, 240: 내부 공간 150, 250: 형광체 플레이트
160, 260: 형광체 210: 도전성 접착제
217: 와이어 231, 232: 제1, 2 리드 프레임
270: 몰딩부 280: 광학층
300: 조명 장치 310: 하우징
320: 연결 단자 330: 발광 모듈
335, 520: 반사판 340: 글로브
500 : 표시장치 510 : 바텀 커버
530 : 회로 기판 모듈 540 : 도광판
550, 560 : 제1,2 프리즘 시트 570 : 패널
580 : 컬러필터
Claims (17)
- 발광소자;
상기 발광소자와 이격되어 배치된 형광체 플레이트; 및
상기 형광체 플레이트의 일면에, 상기 발광소자와 마주보며 배치된 광학층을 포함하고,
상기 광학층은 상기 발광소자에서 방출된 제1 파장 영역의 광을 투과하고, 상기 형광체 플레이트에서 파장이 변환된 제2 파장 영역의 광을 반사하는 발광소자 패키지. - 제1 항에 있어서,
상기 광학층은 Mg, F, Si, Ti 및 Al로 구성되는 군으로부터 선택되는 물질을 포함하는 발광소자 패키지. - 제1 항에 있어서,
상기 형광체 플레이트는 글래스 또는 세라믹에 형광체가 포함된 발광소자 패키지. - 제1 항에 있어서,
상기 형광체 플레이트는 일면 상의 형광체층을 포함하고, 타면 상의 광학층을 포함하는 글래스 또는 세라믹으로 이루어지는 발광소자 패키지. - 제1 항에 있어서,
상기 광학층은 진공 증착법으로 형성된 발광소자 패키지. - 제1 항에 있어서,
상기 광학층은 1개 내지 9개의 층으로 이루어진 발광소자 패키지. - 제1 도전형 반도체층과 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하는 발광 구조물;
상기 발광 구조물에 컨포멀 코팅된 형광체층; 및
상기 발광 구조물과 상기 형광체층 사이에 배치되고, 상기 발광 구조물에서 방출된 제1 파장 영역의 광을 투과하며 상기 형광체층에서 파장이 변환된 제2 파장 영역의 광을 반사하는 광학층을 포함하는 발광소자 패키지. - 제7 항에 있어서,
상기 광학층은 MgF2, SiO2, TiO2 및 Al2O3로 구성되는 군으로부터 선택되는 물질을 포함하는 발광소자 패키지. - 제7 항에 있어서,
상기 형광체층은 글래스 또는 세라믹에 형광체가 포함된 발광소자 패키지. - 제7 항에 있어서,
상기 광학층은 진공 증착법으로 형성된 발광소자 패키지. - 제7 항에 있어서,
상기 광학층은 1개 내지 9개의 층으로 이루어진 발광소자 패키지. - 발광소자 패키지가 배치된 하우징;
상기 발광소자 패키지와 기설정된 간격 이격되어 배치된 글로브;
상기 글로브의 내측면에 배치된 형광체층; 및
상기 형광체층 상에 상기 발광소자 패키지와 마주보며 배치되고, 상기 발광소자 패키지에서 방출된 제1 파장 영역의 광을 투과하며 상기 형광체층에서 파장이 변환된 제2 파장 영역의 광을 반사하는 광학층을 포함하는 조명 장치. - 제12 항에 있어서,
상기 광학층은 MgF2, SiO2, TiO2 및 Al2O3로 구성되는 군으로부터 선택되는 물질을 포함하는 조명 장치. - 제12 항에 있어서,
상기 기설정된 두께로 배치된 조명 장치. - 제12 항에 있어서,
상기 형광체층은 글래스 또는 세라믹에 형광체가 포함된 조명 장치. - 제12 항에 있어서,
상기 광학층은 진공 증착법으로 형성된 조명 장치. - 제12 항에 있어서,
상기 광학층은 1개 내지 9개의 층으로 이루어진 조명 장치.
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