KR20150142481A - 발광소자 및 이를 포함하는 발광소자 패키지 - Google Patents

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Abstract

실시예는 기판; 상기 기판 상에 배치되고, 제1 도전형 반도체층과 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하는 발광 구조물; 상기 제2 도전형 반도체층 상에 배치되는 투광성 도전층; 및 상기 제1 도전형 반도체층과 제2 도전형 반도체층에 각각 전기적으로 연결되는 제1 전극과 제2 전극을 포함하고, 상기 투광성 도전층 상에 요철들이 형성되고, 상기 요철들은 상기 투광성 도전층의 가장 자리 영역에서의 밀도가 상기 투광성 도전층의 중앙 영역에서의 밀도보다 큰 발광소자를 제공한다.

Description

발광소자 및 이를 포함하는 발광소자 패키지{LIGHT EMITTING DEVICE AND LIGHT EMITTING DEVICE PACKAGE INCLUDING THE SAME}
실시예는 발광소자 및 이를 포함하는 발광소자 패키지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 광추출 효율이 향상된 발광소자에 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(Ligit 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.
종래의 발광소자는 사파이어(Sapphire) 등으로 이루어진 기판 위에 언도프드 반도체층(un-GaN)과 제1 도전형 반도체층(n-GaN)과 활성층(MQW) 및 제2 도전형 반도체층(p-GaN)을 포함하는 발광구조물이 형성되고, 제1 도전형 반도체층과 제2 도전형 반도체층 상에 각각 제1 전극과 제2 전극이 배치될 수 있다.
발광소자는 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 방출한다. 활성층에서 방출되는 빛은 활성층을 이루는 물질의 조성에 따라 다를 수 있으며, 청색광이나 자외선(UV) 또는 심자외선(Deep UV) 또는 다른 파장 영역의 광일 수 있다.
도 1은 종래의 발광소자를 나타낸 도면이다.
발광소자(100)는 기판(110) 상에 버퍼층(115)과, 제1 도전형 반도체층(122)과 활성층(124) 및 제2 도전형 반도체층(126)을 포함하는 발광 구조물과, 발광 구조물(120) 상의 투광성 도전층(150)과, 제1 전극(180) 및 제2 전극(185)을 포함하여 이루어진다.
제2 도전형 반도체층(126)이 p-GaN일 경우 전류 스프레딩(spreading) 효과가 좋지 않아, 제2 도전형 반도체층(126) 상에 투광성 도전층(150)을 배치하여 제2 전극(185)으로부터 전류를 공급받을 수 있다.
그러나, 발광 구조물(120)에서 방출된 빛 중 일부가 투광성 도전층(150)에서 흡수될 수 있고, 또한 발광소자(100)의 지향각이 좁은 문제점도 있다.
실시예는 발광소자의 광추출 효율을 향상시키고 지향각을 넓히고자 한다.
실시예는 기판; 상기 기판 상에 배치되고, 제1 도전형 반도체층과 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하는 발광 구조물; 상기 제2 도전형 반도체층 상에 배치되는 투광성 도전층; 및 상기 제1 도전형 반도체층과 제2 도전형 반도체층에 각각 전기적으로 연결되는 제1 전극과 제2 전극을 포함하고, 상기 투광성 도전층 상에 요철들이 형성되고, 상기 요철들은 상기 투광성 도전층의 가장 자리 영역에서의 밀도가 상기 투광성 도전층의 중앙 영역에서의 밀도보다 큰 발광소자를 제공한다.
투광성 도전층의 가장 자리 영역에서의 상기 요철들의 크기가, 상기 투광성 도전층의 중앙 영역에서의 상기 요철들의 크기보다 클 수 있다.
투광성 도전층의 요철들의 크기는, 상기 투광성 도전층의 중앙 영역에서 상기 투광성 도전층의 가장 자리 영역으로 갈수록 점점 커질 수 있다.
투광성 도전층의 가장 자리 영역에서의 단위 면적당 상기 요철들의 개수가, 상기 투광성 도전층의 중앙 영역에서의 단위 면적당 상기 요철들의 개수보다 많을 수 있다.
투광성 도전층의 단위 면적당 요철들의 개수는, 상기 투광성 도전층의 중앙 영역에서 상기 기판의 가장 자리 영역으로 갈수록 점점 많아질 수 있다.
투광성 도전층의 가장 자리 영역에서의 상기 요철들 사이의 거리가, 상기 투광성 도전층의 중앙 영역에서의 상기 요철들 사이의 거리보다 작을 수 있다.
투광성 도전층의 요철들 사이의 거리는, 상기 투광성 도전층의 중앙 영역에서 상기 투광성 도전층의 가장 자리 영역으로 갈수록 점점 작아질 수 있다.
투광성 도전층은 ITO로 이루어질 수 있다.
투광성 도전층 상의 요철들은 상기 제2 도전형 반도체층 방향의 제1 면에 형성될 수 있다.
투광성 도전층 상의 요철들은 상기 제1 면과 마주보는 제2 면에 형성될 수 있다.
다른 실시예는 몸체; 상기 몸체에 배치된 제1 리드 프레임과 제2 리드 프레임; 상기 몸체에 배치되고 상기 제1 리드 프레임과 제2 리드 프레임에 전기적으로 연결된 상술한 발광소자; 및 상기 발광소자를 둘러싸는 몰딩부를 포함하는 발광소자 패키지를 제공하다.
실시예에 따른 발광소자 및 이를 포함하는 발광소자 패키지는, 기판의 표면에 형성된 요철 구조가 투광성 도전층의 가장 자리에서 조밀하거나 철부의 크기가 크게 형성되어, 발광 구조물에서 출사된 광이 투광성 도전층의 가장 자리에서 더 많이 굴절되어 지향각이 커질 수 있다. 또한, 경우에 따라서는 투광성 도전층의 표면에 형성되는 요철 구조를 투광성 도전층의 중앙 영역에만 형성시키거나 투광성 도전층의 중앙영역에서 보다 밀하게 형성하여, 발광 구조물에서 출사된 광이 투광성 도전층의 중앙 영역에서 더 많이 굴절되어 지향각은 좁아지나 광출력이 향상될 수 있다.
도 1은 종래의 발광소자를 나타낸 도면이고,
도 2a 및 도 2b는 발광소자의 일실시예들의 단면도이고,
도 3a 및 도 3b는 도 2b의 'A' 영역의 제1 실시예를 상세히 나타낸 도면이고,
도 3c는 도 2b의 'A' 영역의 제2 실시예를 상세히 나타낸 도면이고,
도 4a 및 도 4b는 도 2b의 'A' 영역의 제3 실시예를 상세히 나타낸 도면이고,
도 4c는 도 2b의 'A' 영역의 제4 실시예를 상세히 나타낸 도면이고,
도 5a 및 도 5b는 도 2b의 'A' 영역의 제5 실시예를 상세히 나타낸 도면이고,
도 5c는 도 2b의 'A' 영역의 제6 실시예를 상세히 나타낸 도면이고,
도 6은 실시예에 따른 발광소자의 지향각을 종래의 비교예와 함께 나타낸 것이고,
도 7은 발광소자를 포함하는 발광소자 패키지의 일실시예를 나타낸 도면이고,
도 8은 발광소자를 포함하는 영상표시장치의 일실시예를 나타낸 도면이고,
도 9는 발광소자를 포함하는 조명장치의 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 2a 및 도 2b는 발광소자의 일실시예들의 단면도이다.
도 2a에 도시된 발광소자(200a)는, 기판(210)과, 기판(210) 상에 배치되고, 제1 도전형 반도체층(222)과 활성층(224) 및 제2 도전형 반도체층(226)을 포함하는 발광 구조물(220)과, 제2 도전형 반도체층(222) 상의 투광성 도전층(250)과, 제1 도전형 반도체층(222)과 제2 도전형 반도체층(226) 상에 각각 배치된 제1 전극(280)과 제2 전극(285)를 포함할 수 있다.
기판(210)은 반도체 물질 성장에 적합한 물질이나 캐리어 웨이퍼로 형성될 수 있으며, 열 전도성이 뛰어난 물질로 형성될 수 있고, 전도성 기판 또는 절연성 기판을 포함할 수 있다. 예컨대, 사파이어(Al2O3), SiO2, SiC, Si, GaAs, GaN, ZnO, GaP, InP, Ge, Ga203 중 적어도 하나를 사용할 수 있다.
사파이어 등으로 기판(210)을 형성하고, 기판(210) 상에 GaN이나 AlGaN 등을 포함하는 발광구조물(220)이 배치될 때, GaN이나 AlGaN과 사파이어 사이의 격자 부정합(lattice mismatch)이 매우 크고 이들 사이에 열 팽창 계수 차이도 매우 크기 때문에, 결정성을 악화시키는 전위(dislocation), 멜트 백(melt-back), 크랙(crack), 피트(pit), 표면 모폴로지(surface morphology) 불량 등이 발생할 수 있으므로, AlN 등으로 버퍼층(215)을 형성하거나 언도프드 반도체층(미도시)을 형성할 수 있다.
기판(210)의 표면에는 요철 구조가 형성되어, 발광 구조물(220)에서 방출되어 기판(210)으로 진행하는 빛을 굴절시킬 수도 있다.
제1 도전형 반도체층(222)은 Ⅲ-Ⅴ족, Ⅱ-Ⅵ족 등의 화합물 반도체로 구현될 수 있으며, 제1 도전형 도펀트가 도핑되어 제1 도전형의 반도체층일 수 있다. 제1 도전형 반도체층(222)은 AlxInyGa(1-x-y)N (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질, AlGaN, GaN, InAlGaN, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP, AlGaInP 중 어느 하나 이상으로 형성될 수 있다.
제1 도전형 반도체층(222)이 n형 반도체층인 경우, 제1 도전형 도펀트는 Si, Ge, Sn, Se, Te 등과 같은 n형 도펀트를 포함할 수 있다. 제1 도전형 반도체층(222)은 단층 또는 다층으로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
활성층(224)은 제1 도전형 반도체층(222)의 상부면에 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(224)은 Ⅲ-Ⅴ족 원소의 화합물 반도체 재료를 이용하여 우물층과 장벽층, 예를 들면 AlGaN/AlGaN, InGaN/GaN, InGaN/InGaN, AlGaN/GaN, InAlGaN/GaN, GaAs(InGaAs)/AlGaAs, GaP(InGaP)/AlGaP 중 어느 하나 이상의 페어 구조로 형성될 수 있으나 이에 한정되지는 않는다. 우물층은 장벽층의 에너지 밴드 갭보다 작은 에너지 밴드 갭을 갖는 물질로 형성될 수 있다.
제2 도전형 반도체층(226)은 활성층(224)의 표면에 반도체 화합물로 형성될 수 있다. 제2 도전형 반도체층(226)은 Ⅲ-Ⅴ족, Ⅱ-Ⅵ족 등의 화합물 반도체로 구현될 수 있으며, 제2 도전형 도펀트가 도핑될 수 있다. 제2 도전형 반도체층(226)은 예컨대, InxAlyGa1 -x- yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질, AlGaN, GaN AlInN, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP, AlGaInP 중 어느 하나 이상으로 형성될 수 있으며, 예를 들어 제2 도전형 반도체층(226)이 AlxGa(1-x)N으로 이루어질 수 있다.
제2 도전형 반도체층(226)은 제2 도전형 도펀트가 도핑되어 제2 도전형의 반도체층일 수 있는데, 제2 도전형 반도체층(226)이 p형 반도체층일 경우 제2 도전형 도펀트는 Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등과 같은 p형 도펀트일 수 있다. 제2 도전형 반도체층(226)은 단층 또는 다층으로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
도시되지는 않았으나, 활성층(224)과 제2 도전형 반도체층(226)의 사이에는 전자 차단층(Electron blocking layer)이 배치될 수 있다. 전자 차단층은 초격자(superlattice) 구조로 이루어질 수 있는데, 초격자는 예를 들어 제2 도전형 도펀트로 도핑된 AlGaN이 배치될 수 있고, 알루미늄의 조성비를 달리하는 GaN이 층(layer)을 이루어 복수 개 서로 교번하여 배치될 수도 있다.
발광 구조물(220)의 일부 영역에서 제2 도전형 반도체층(226)으로부터 활성층(224)과 제1 도전형 반도체층(222)의 일부가 메사 식각되어, 제1 도전형 반도체층(222)의 표면이 노출된다.
제2 도전형 반도체층(226) 상에는 투광성 도전층(250)이 배치될 수 있는데, 투광성 도전층(250)은 ITO(Indium-Tin-Oxide) 등으로 이루어질 수 있는데, 제2 도전형 반도체층(226)의 전류 스프레딩(spreading) 특성이 좋지 않아 투광성 도전층(250)이 제2 전극(285)으로부터 전류를 공급받을 수 있다.
투광성 도전층(250)이 제2 도전형 반도체층(226)과 접촉하는 표면을 제1 면(b)이라 하고 상기 제1 면(b)과 마주보는 면을 제2 면(a)이라 정의하면, 본 실시예에서는 투광성 도전층(250)의 제1 면(b)에 요철 구조가 형성되며, 도 2b에 도시된 실시예에서는 투광성 도전층(250)의 제2 면(a)에 요철 구조가 형성되고 있다.
요철은 요부(concave, 250b)들과 철부(convex, 250a)들이 반복적으로 배치되는데, 요부(250b)와 철부(250a)는 크기나 형상 또는 배열 등이 고르지 않을 수 있다.
본 실시예에서 투광성 도전층(250)의 제1 면(b)에 요철 구조가 형성되므로, 발광 구조물(220)의 상부 즉, 제2 도전형 반도체층(226)은 투광성 도전층(250)과 접촉하는 영역에서, 투광성 도전층(250)에 형성된 요철에 따라, 표면이 고르지 않을 수 있다.
노출된 제1 도전형 반도체층(222)의 표면과 투광성 도전층(250)의 제2 면(a) 상에는 각각 제1 전극(280)과 제2 전극(285)이 배치되는데, 제1 전극(280)과 제2 전극(285)은 알루미늄(Al), 티타늄(Ti), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 구리(Cu), 금(Au) 중 적어도 하나를 포함하여 단층 또는 다층 구조로 형성될 수 있으며, 각각 와이어(미도시)에 연결될 수 있다.
도시되지는 않았으나, 발광 구조물(220)의 둘레에는 패시베이션층이 형성될 수 있는데, 패시베이션층은 절연성 물질로 이루어질 수 있고, 상세하게는 산화물이나 질화물로 이루어질 수 있고, 보다 상세하게는 실리콘 산화물(SiO2)층, 산화 질화물층, 산화 알루미늄층으로 이루어질 수 있다.
도 2b에 도시된 발광소자(200b)는 도 2a의 발광소자(200a)와 동일하나, 투광성 도전층(250)의 투광성 도전층(250)의 제2 면(a)에 요철 구조가 형성되고 있는 점이 상이하다. 그리고, 제2 전극(285)이 투광성 도전층(250)의 요철 구조 상에 배치되나, 제2 전극(285)과 접촉하는 영역에서 투광성 도전층(250)에는 요철 구조가 형성되지 않을 수도 있다.
상술한 요철 구조는 요부(250b)와 철부(250a)를 포함하는데, 후술하는 바와 같이 요부(250b)와 철부(250a)의 밀도 내지 개수가 투광성 도전층(250)의 중앙 영역(center)보다 가장 자리 영역(edge)에서 더 크거나 많을 수 있다.
또한, 철부(250a)들의 형상이 원기둥으로 도시되고 있으나, 요부(250b)에 비하여 돌출되어 있으면 다른 형상일 수도 있다.
이러한 구조는, 발광 구조물에서 출사된 광이 투광성 도전층(250)의 중앙보다 가장 자리에서 더 많이 굴절되어, 발광소자에서 방출되는 빛이 외곽으로 더 퍼져서 지향각이 커질 수 있다.
도 3a 및 도 3b는 도 2b의 'A' 영역의 제1 일실시예를 상세히 나타낸 도면이다.
본 실시예에서는 철부(250a) 각각의 크기가 투광성 도전층(250)의 중앙 영역(center)보다 가장 자리 영역(edge)에서 더 클 수 있으며, 여기서 철부(250a) 각각의 크기는 철부(250a)의 지름으로 판단할 수 있다.
즉, 투광성 도전층(250)의 중앙 영역(center)에서의 철부(250a)의 지름(R1)보다 투광성 도전층(250)의 가장 자리 영역(edge)에서의 철부(250b)의 지름(R2)가 더 클 수 있다.
도 3c는 도 2b의 'A' 영역의 제2 실시예를 상세히 나타낸 도면이다.
본 실시예에 따른 투광성 도전층(250)의 요철 구조는 상술한 제1 실시예와 유사하나, 철부(250b)의 크기(지름)가 투광성 도전층(250)의 중앙 영역에서 가장 자리 방향으로 점차 증가하는 차이점이 있다.
도 4a 및 도 4b는 도 2b의 'A' 영역의 제3 실시예를 상세히 나타낸 도면이다.
도 4a는 제3 실시예의 사시도이고, 도 4b는 제3 실시예의 평면도이다. 본 실시예에서 철부(250a) 각각의 크기가 투광성 도전층(250)의 중앙 영역(center)보다 가장 자리 영역(edge)에서 더 클 수 있으며, 여기서 철부(250a) 각각의 크기는 철부(250a)의 높이로 판단할 수 있다.
즉, 투광성 도전층(250)의 중앙 영역(center)에서의 철부(250a)의 높이(h1)보다 투광성 도전층(250))의 가장 자리 영역(edge)에서의 철부(250b)의 높이(h2)가 더 클 수 있다.
도 4c는 도 2b의 'A' 영역의 제4 실시예를 상세히 나타낸 도면이다.
본 실시예에 따른 투광성 도전층(250)의 요철 구조는 상술한 제3 실시예와 유사하나, 철부(250b)의 크기(높이)가 투광성 도전층(250)의 중앙 영역에서 가장 자리 방향으로 점차 증가하는 차이점이 있다.
도 5a 및 도 5b는 도 2b의 'A' 영역의 제5 실시예를 상세히 나타낸 도면이다.
도 5a는 제5 실시예의 사시도이고, 도 5b는 제5 실시예의 평면도이다. 도시된 바와 같이 투광성 도전층(250)의 표면에는 요부(250b)와 철부(250a)가 요철 구조를 이루는데, 각각의 철부(250a) 사이의 거리가 투광성 도전층(250)의 중앙 영역(center)보다 가장 자리 영역(edge)에서 작을 수 있다.
즉, 투광성 도전층(250)의 중앙 영역(center)에서의 철부(250a) 사이의 거리(d1)보다 투광성 도전층(250)의 가장 자리 영역(edge)에서의 철부(250b) 사이의 거리(d2)가 더 작을 수 있다.
이러한 구조는, 발광 구조물에서 출사된 광이 요철 구조가 조밀하게 형성된 투광성 도전층(250)의 가장 자리에서 더 많이 굴절되어, 발광소자에서 방출되는 빛이 외곽으로 더 퍼져서 지향각이 커질 수 있다.
도 5c는 도 2b의 'A' 영역의 제6 실시예를 상세히 나타낸 도면이다.
본 실시예에 따른 투광성 도전층(250)의 요철 구조는 상술한 제5 실시예와 유사하나, 철부(250b) 사이의 거리가 투광성 도전층(250)의 중앙 영역에서 가장 자리 방향으로 점차 감소하는 차이점이 있다.
상술한 실시예들에서, 투광성 도전층(250)의 요철 구조에서 철부의 밀도가 중앙 영역보다 가장 자리 영역에서 더 크게 배치되고 있는데, 중앙 영역에서는 철부가 형성되지 않아서 가장 자리 영역에만 요철 구조가 형성될 수도 있다.
실시예에 따른 발광소자는, 기판의 표면에 형성된 요철 구조가 투광성 도전층의 가장 자리에서 조밀하거나 철부의 크기가 크게 형성되어, 도 6에서 적색으로 도시된 바와 같이 종래의 비교예보다 발광 구조물에서 출사된 광이 투광성 도전층의 가장 자리에서 더 많이 굴절되어 지향각이 커질 수 있다.
또한, 경우에 따라서는 투광성 도전층의 표면에 형성되는 요철 구조를 투광성 도전층의 중앙 영역에만 형성시키거나 투광성 도전층의 중앙영역에서 보다 밀하게 형성할 수 있는데, 이때 도 6에서 청색으로 도시된 바와 같이 종래의 비교예보다 발광 구조물에서 출사된 광이 투광성 도전층의 중앙 영역에서 더 많이 굴절되어 지향각은 좁아지나 광출력이 향상될 수 있다.
도 7은 발광소자를 포함하는 발광소자 패키지의 일실시예를 나타낸 도면이다.
실시예에 따른 발광소자 패키지(400)는 캐비티를 포함하는 몸체(410)와, 상기 몸체(410)에 설치된 제1 리드 프레임(Lead Frame, 421) 및 제2 리드 프레임(422)과, 상기 몸체(410)에 설치되어 상기 제1 리드 프레임(421) 및 제2 리드 프레임(422)과 전기적으로 연결되는 상술한 실시예들에 따른 발광소자(200a)와, 상기 캐비티에 형성된 몰딩부(470)를 포함한다.
몸체(410)는 실리콘 재질, 합성수지 재질, 또는 금속 재질을 포함하여 형성될 수 있다. 상기 몸체(410)가 금속 재질 등 도전성 물질로 이루어지면, 도시되지는 않았으나 상기 몸체(410)의 표면에 절연층이 코팅되어 상기 제1,2 리드 프레임(421, 422) 간의 전기적 단락을 방지할 수 있다.
제1 리드 프레임(421) 및 제2 리드 프레임(422)은 서로 전기적으로 분리되며, 상기 발광소자(200a)에 전류를 공급한다. 또한, 제1 리드 프레임(421) 및 제2 리드 프레임(422)은 발광소자(200a)에서 발생된 광을 반사시켜 광 효율을 증가시킬 수 있으며, 발광소자(200a)에서 발생된 열을 외부로 배출시킬 수도 있다.
발광소자(200a)는 상술한 실시예들에 따른 발광소자일 수 있다.
발광소자(200a)는 제1 리드 프레임(421)에 도전성 페이스트(미도시) 등으로 고정될 수 있고, 제2 리드 프레임에 와이어(450)로 본딩될 수 있다.
상기 몰딩부(470)는 상기 발광소자(200a)를 포위하여 보호할 수 있다. 또한, 상기 몰딩부(470) 상에는 형광체(480)가 포함될 수 있다. 이러한 구조는 형광체(480)가 분포되어, 발광소자(200a)로부터 방출되는 빛의 파장을 발광소자 패키지(400)의 빛이 출사되는 전 영역에서 변환시킬 수 있다.
발광소자 패키지(400)는 상술한 실시예들에 따른 발광소자 중 하나 또는 복수 개로 탑재할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
이하에서는 상술한 발광소자 패키지가 배치된 조명 시스템의 일실시예로서, 영상표시장치와 조명장치를 설명한다.
도 8은 발광소자가 배치된 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)의 발광소자는 상술한 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.
도 9는 발광소자가 배치된 조명장치의 일실시예를 나타낸 도면이다.
본 실시예에 따른 조명 장치는 커버(1100), 광원 모듈(1200), 방열체(1200), 전원 제공부(1600), 내부 케이스(1700), 소켓(1800)을 포함할 수 있다. 또한, 실시 예에 따른 조명 장치는 부재(1300)와 홀더(1500) 중 어느 하나 이상을 더 포함할 수 있고, 광원 모듈(1200)은 상술한 실시예들에 따른 발광소자 패키지를 포함할 수 있다.
커버(1100)는 벌브(bulb) 또는 반구의 형상을 가지며, 속이 비어 있고, 일 부분이 개구된 형상으로 제공될 수 있다. 상기 커버(1100)는 상기 광원 모듈(1200)과 광학적으로 결합될 수 있다. 예를 들어, 상기 커버(1100)는 상기 광원 모듈(1200)로부터 제공되는 빛을 확산, 산란 또는 여기 시킬 수 있다. 상기 커버(1100)는 일종의 광학 부재일 수 있다. 상기 커버(1100)는 상기 방열체(1200)와 결합될 수 있다. 상기 커버(1100)는 상기 방열체(1200)와 결합하는 결합부를 가질 수 있다.
커버(1100)의 내면에는 유백색 도료가 코팅될 수 있다. 유백색의 도료는 빛을 확산시키는 확산재를 포함할 수 있다. 상기 커버(1100)의 내면의 표면 거칠기는 상기 커버(1100)의 외면의 표면 거칠기보다 크게 형성될 수 있다. 이는 상기 광원 모듈(1200)로부터의 빛이 충분히 산란 및 확산되어 외부로 방출시키기 위함이다.
커버(1100)의 재질은 유리(glass), 플라스틱, 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 폴리카보네이트(PC) 등일 수 있다. 여기서, 폴리카보네이트는내광성, 내열성, 강도가 뛰어나다. 상기 커버(1100)는 외부에서 상기 광원 모듈(1200)이 보이도록 투명할 수 있고, 불투명할 수 있다. 상기 커버(1100)는 블로우(blow) 성형을 통해 형성될 수 있다.
광원 모듈(1200)은 상기 방열체(1200)의 일 면에 배치될 수 있다. 따라서, 광원 모듈(1200)로부터의 열은 상기 방열체(1200)로 전도된다. 상기 광원 모듈(1200)은 발광소자 패키지(1210), 연결 플레이트(1230), 커넥터(1250)를 포함할 수 있다.
부재(1300)는 상기 방열체(1200)의 상면 위에 배치되고, 복수의 발광소자 패키지(1210)들과 커넥터(1250)이 삽입되는 가이드홈(1310)들을 갖는다. 가이드홈(1310)은 상기 발광소자 패키지(1210)의 기판 및 커넥터(1250)와 대응된다.
부재(1300)의 표면은 빛 반사 물질로 도포 또는 코팅된 것일 수 있다. 예를 들면, 부재(1300)의 표면은 백색의 도료로 도포 또는 코팅된 것일 수 있다. 이러한 상기 부재(1300)는 상기 커버(1100)의 내면에 반사되어 상기 광원 모듈(1200)측 방향으로 되돌아오는 빛을 다시 상기 커버(1100) 방향으로 반사한다. 따라서, 실시 예에 따른 조명 장치의 광 효율을 향상시킬 수 있다.
부재(1300)는 예로서 절연 물질로 이루어질 수 있다. 상기 광원 모듈(1200)의 연결 플레이트(1230)는 전기 전도성의 물질을 포함할 수 있다. 따라서, 상기 방열체(1200)와 상기 연결 플레이트(1230) 사이에 전기적인 접촉이 이루어질 수 있다. 상기 부재(1300)는 절연 물질로 구성되어 상기 연결 플레이트(1230)와 상기 방열체(1200)의 전기적 단락을 차단할 수 있다. 상기 방열체(1200)는 상기 광원 모듈(1200)로부터의 열과 상기 전원 제공부(1600)로부터의 열을 전달받아 방열한다.
홀더(1500)는 내부 케이스(1700)의 절연부(1710)의 수납홈(1719)을 막는다. 따라서, 상기 내부 케이스(1700)의 상기 절연부(1710)에 수납되는 상기 전원 제공부(1600)는 밀폐된다. 홀더(1500)는 가이드 돌출부(1510)를 갖는다. 가이드 돌출부(1510)는 상기 전원 제공부(1600)의 돌출부(1610)가 관통하는 홀을 갖는다.
전원 제공부(1600)는 외부로부터 제공받은 전기적 신호를 처리 또는 변환하여 상기 광원 모듈(1200)로 제공한다. 전원 제공부(1600)는 상기 내부 케이스(1700)의 수납홈(1719)에 수납되고, 상기 홀더(1500)에 의해 상기 내부 케이스(1700)의 내부에 밀폐된다. 상기 전원 제공부(1600)는 돌출부(1610), 가이드부(1630), 베이스(1650), 연장부(1670)를 포함할 수 있다.
상기 가이드부(1630)는 상기 베이스(1650)의 일 측에서 외부로 돌출된 형상을 갖는다. 상기 가이드부(1630)는 상기 홀더(1500)에 삽입될 수 있다. 상기 베이스(1650)의 일 면 위에 다수의 부품이 배치될 수 있다. 다수의 부품은 예를 들어, 외부 전원으로부터 제공되는 교류 전원을 직류 전원으로 변환하는 직류변환장치, 상기 광원 모듈(1200)의 구동을 제어하는 구동칩, 상기 광원 모듈(1200)을 보호하기 위한 ESD(ElectroStatic discharge) 보호 소자 등을 포함할 수 있으나 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 연장부(1670)는 상기 베이스(1650)의 다른 일 측에서 외부로 돌출된 형상을 갖는다. 상기 연장부(1670)는 상기 내부 케이스(1700)의 연결부(1750) 내부에 삽입되고, 외부로부터의 전기적 신호를 제공받는다. 예컨대, 상기 연장부(1670)는 상기 내부 케이스(1700)의 연결부(1750)의 폭과 같거나 작게 제공될 수 있다. 상기 연장부(1670)에는 "+ 전선"과 "- 전선"의 각 일 단이 전기적으로 연결되고, "+ 전선"과 "- 전선"의 다른 일 단은 소켓(1800)에 전기적으로 연결될 수 있다.
내부 케이스(1700)는 내부에 상기 전원 제공부(1600)와 함께 몰딩부를 포함할 수 있다. 몰딩부는몰딩 액체가 굳어진 부분으로서, 상기 전원 제공부(1600)가 상기 내부 케이스(1700) 내부에 고정될 수 있도록 한다.
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, 200a, 200b: 발광소자 110, 210: 기판
115, 215: 버퍼층 120, 220: 발광 구조물
122, 222: 제1 도전형 반도체층
124, 224: 활성층 126, 226: 제2 도전형 반도체층
150, 250: 투광성 도전층 180, 280: 제1 전극
185, 285: 제2 전극 250a: 철부
250b: 요부 400: 발광소자 패키지
410: 몸체 421: 제1 리드 프레임
422: 제2 리드 프레임 450: 와이어
470: 몰딩부 480: 형광체
500: 영상표시장치

Claims (11)

  1. 기판;
    상기 기판 상에 배치되고, 제1 도전형 반도체층과 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하는 발광 구조물;
    상기 제2 도전형 반도체층 상에 배치되는 투광성 도전층; 및
    상기 제1 도전형 반도체층과 제2 도전형 반도체층에 각각 전기적으로 연결되는 제1 전극과 제2 전극을 포함하고,
    상기 투광성 도전층 상에 요철들이 형성되고, 상기 요철들은 상기 투광성 도전층의 가장 자리 영역에서의 밀도가 상기 투광성 도전층의 중앙 영역에서의 밀도보다 큰 발광소자.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 투광성 도전층의 가장 자리 영역에서의 상기 요철들의 크기가, 상기 투광성 도전층의 중앙 영역에서의 상기 요철들의 크기보다 큰 발광소자.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 투광성 도전층의 요철들의 크기는, 상기 투광성 도전층의 중앙 영역에서 상기 투광성 도전층의 가장 자리 영역으로 갈수록 점점 커지는 발광소자.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 투광성 도전층의 가장 자리 영역에서의 단위 면적당 상기 요철들의 개수가, 상기 투광성 도전층의 중앙 영역에서의 단위 면적당 상기 요철들의 개수보다 많은 발광소자.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 투광성 도전층의 단위 면적당 요철들의 개수는, 상기 투광성 도전층의 중앙 영역에서 상기 기판의 가장 자리 영역으로 갈수록 점점 많아지는 발광소자.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 투광성 도전층의 가장 자리 영역에서의 상기 요철들 사이의 거리가, 상기 투광성 도전층의 중앙 영역에서의 상기 요철들 사이의 거리보다 작은 발광소자.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 투광성 도전층의 요철들 사이의 거리는, 상기 투광성 도전층의 중앙 영역에서 상기 투광성 도전층의 가장 자리 영역으로 갈수록 점점 작아지는 발광소자.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 투광성 도전층은 ITO로 이루어지는 발광소자.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 투광성 도전층 상의 요철들은 상기 제2 도전형 반도체층 방향의 제1 면에 형성된 발광소자.
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 투광성 도전층 상의 요철들은 상기 제1 면과 마주보는 제2 면에 형성된 발광소자.
  11. 몸체;
    상기 몸체에 배치된 제1 리드 프레임과 제2 리드 프레임;
    상기 몸체에 배치되고 상기 제1 리드 프레임과 제2 리드 프레임에 전기적으로 연결된 제1 항 내지 제10 항 중 어느 한 항의 발광소자; 및
    상기 발광소자를 둘러싸는 몰딩부를 포함하는 발광소자 패키지.
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