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KR102417181B1 - 발광 패키지, 반도체 발광 소자, 발광 모듈 및 발광 패키지의 제조 방법 - Google Patents

발광 패키지, 반도체 발광 소자, 발광 모듈 및 발광 패키지의 제조 방법 Download PDF

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KR102417181B1
KR102417181B1 KR1020150156745A KR20150156745A KR102417181B1 KR 102417181 B1 KR102417181 B1 KR 102417181B1 KR 1020150156745 A KR1020150156745 A KR 1020150156745A KR 20150156745 A KR20150156745 A KR 20150156745A KR 102417181 B1 KR102417181 B1 KR 102417181B1
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South Korea
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Abstract

본 발명은 반도체 발광 소자, 발광 패키지, 및 발광 모듈에 관한 것으로서, 제 1 도전형 반도체층, 활성층, 및 제 2 도전형 반도체층이 순차 적층된 발광 적층체; 상기 제 2 도전형 반도체층을 적어도 부분적으로 둘러싸는 봉지층; 및 상기 제 1 도전형 반도체층을 덮도록 배치된 파장 변환층을 포함하는 발광 패키지를 제공한다. 상기 봉지층 또는 상기 파장 변환층은 AlxInyGazN(0≤x,y,z≤1, x=y=z=0 및 x=y=z=1 제외) 화합물 반도체의 열팽창 계수보다 더 큰 열팽창 계수를 가질 수 있다. 본 발명의 반도체 발광 소자, 발광 패키지, 또는 발광 모듈은 동작 온도에서 열적 드룹이 완화되어 발광 효율이 개선되는 효과가 있다.

Description

발광 패키지, 반도체 발광 소자, 발광 모듈 및 발광 패키지의 제조 방법 {Light emitting package, semiconductor light emitting device, light emitting module, and fabrication method of light emitting package}
본 발명은 발광 패키지, 반도체 발광 소자, 발광 모듈 및 발광 패키지의 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 동작 온도에서 열적 드룹이 완화되어 발광 효율이 개선된 발광 패키지, 반도체 발광 소자, 발광 모듈 및 발광 패키지의 제조 방법에 관한 것이다.
발광 소자는 전자-정공의 재결합에 따른 전자기파의 방출에 의하여 빛을 생성하게 된다. 하지만, 발광 소자는 온도가 상승함에 따라 비발광성(non-radiative) 전자-정공 재결합이 증가하는 열적 드룹(thermal droop)이 일어나 발광 효율이 저하되는 문제점이 있다. 이러한 열적 드룹이 발생하는 원인은 부분적으로 규명되었지만 아직 모든 원인이 규명된 것은 아니며 계속적인 개선이 필요하다.
본 발명이 이루고자 하는 첫 번째 기술적 과제는 동작 온도에서 열적 드룹이 완화되어 발광 효율이 개선된 발광 패키지를 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 두 번째 기술적 과제는 동작 온도에서 열적 드룹이 완화되어 발광 효율이 개선된 반도체 발광 소자를 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 세 번째 기술적 과제는 동작 온도에서 열적 드룹이 완화되어 발광 효율이 개선된 반도체 발광 소자를 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 네 번째 기술적 과제는 동작 온도에서 열적 드룹이 완화되어 발광 효율이 개선된 발광 패키지의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 상기 첫 번째 기술적 과제를 이루기 위하여, 제 1 도전형 반도체층, 활성층, 및 제 2 도전형 반도체층이 순차 적층된 발광 적층체; 상기 제 2 도전형 반도체층을 적어도 부분적으로 둘러싸는 봉지층; 및 상기 제 1 도전형 반도체층을 덮도록 배치된 파장 변환층을 포함하고, 상기 봉지층 또는 상기 파장 변환층은 AlxInyGazN(0≤x,y,z≤1, x=y=z=0 및 x=y=z=1 제외) 화합물 반도체의 열팽창 계수보다 더 큰 열팽창 계수를 가질 수 있다.
나아가 상기 봉지층 또는 상기 파장 변환층은 GaN의 열팽창 계수보다 더 큰 열팽창 계수를 가질 수 있다.
이 때, 상기 봉지층은 50℃ 내지 110℃에서 GaN의 열팽창 계수보다 더 큰 열팽창 계수(coefficient of thermal expansion, CTE)를 가질 수 있다. 또, 상기 파장 변환층은 50℃ 내지 110℃에서 GaN의 열팽창 계수보다 더 큰 열팽창 계수를 가질 수 있다. 또, 상기 봉지층 및 상기 파장 변환층은 50℃ 내지 110℃에서 GaN의 열팽창 계수보다 더 큰 열팽창 계수를 가질 수 있다.
상기 봉지층 또는 상기 파장 변환층은 50℃ 내지 110℃에서 약 10 ppm/K 내지 약 100 ppm/K의 열팽창 계수를 가질 수 있다. 또, 상기 발광 패키지는 25℃로부터 85℃로 온도가 증가할 때 광속 열화율이 -5% 이내일 수 있다.
또, 상기 봉지층의 광학적 반사도(optical reflectance)가 약 80% 내지 100%일 수 있다. 또, 상기 봉지층은 유리전이온도(glass transition temperature, Tg)가 60℃ 이하일 수 있다. 또, 상기 봉지층은 50℃ 내지 110℃에서 약 65 ppm/K 내지 약 95 ppm/K의 열팽창 계수를 가질 수 있다. 또, 상기 봉지층은 상기 제 2 도전형 반도체층의 일면과 접촉하면서 상기 발광 적층체의 측면을 둘러싸도록 구성될 수 있다. 상기 제 1 도전형 반도체층의 상기 파장 변환층을 향하는 쪽의 표면은 조면화될 수 있다.
상기 발광 패키지는 상기 발광 적층체에 인장 응력을 가하기 위한 응력 인가 구조물을 더 포함할 수 있다. 이 때, 상기 응력 인가 구조물은 상기 봉지층의 표면 위에 있을 수 있다. 특히, 상기 응력 인가 구조물은 상기 봉지층의 상기 파장 변환층을 향하는 표면 위에 있을 수 있다. 선택적으로, 상기 응력 인가 구조물은 상기 봉지층의 상기 파장 변환층을 향하는 표면의 반대쪽 표면 위에 있을 수 있다.
본 발명은 상기 두 번째 기술적 과제를 이루기 위하여, 제 1 도전형 반도체층, 활성층, 및 제 2 도전형 반도체층이 순차 적층된 발광 적층체; 및 상기 발광 적층체를 지지하는 기판을 포함하고, 상기 발광 적층체가 전원을 인가받아 발광 동작을 수행하는 온도 범위에서 인장 응력(tensile stress)을 받도록 구성된 반도체 발광 소자를 제공한다. 상기 기판의 열팽창 계수는 상기 발광 적층체의 총괄 열팽창 계수보다 더 클 수 있다.
상기 기판은 50℃ 내지 110℃에서 약 10 ppm/K 내지 약 100 ppm/K의 열팽창 계수를 가질 수 있다. 또, 상기 반도체 발광 소자는 상기 제 2 도전형 반도체층 및 상기 활성층을 관통하여 상기 제 1 도전형 반도체층을 노출하는 개구부를 포함하고, 상기 개구부를 통하여 상기 제 1 도전형 반도체층과 전기적으로 연결된 제 1 전극; 및 상기 제 2 도전형 반도체층과 전기적으로 연결된 제 2 전극을 더 포함할 수 있다. 이 때, 상기 개구부의 측벽에 상기 제 2 도전형 반도체층 및 상기 활성층을 상기 제 1 전극으로부터 전기적으로 절연시키기 위한 절연시키기 위한 절연층을 더 포함할 수 있다.
본 발명은 상기 세 번째 기술적 과제를 이루기 위하여, 인쇄 회로 기판; 및 상기 인쇄 회로 기판 위에 실장된 발광 패키지를 포함하는 발광 모듈을 제공한다. 상기 발광 패키지는 위에서 설명한 발광 패키지일 수 있다. 이 때, 상기 인쇄 회로 기판은 연성 인쇄 회로 기판일 수 있다.
본 발명은 상기 네 번째 기술적 과제를 이루기 위하여, 기판 위에 제 1 도전형 반도체층, 활성층 및 제 2 도전형 반도체층을 순차 포함하는 발광 적층체를 형성하는 단계; 상기 제 2 도전형 반도체층 및 활성층을 관통하여 상기 제 1 도전형 반도체층을 노출시키는 개구부를 형성하는 단계; 상기 제 1 도전형 반도체층 및 상기 제 2 도전형 반도체층과 각각 전기적으로 연결된 제 1 전극 및 제 2 전극을 형성하는 단계; 상기 제 1 전극 및 제 2 전극을 적어도 부분적으로 노출시키면서 상기 발광 적층체를 부분적으로 봉지하는 봉지층을 형성하는 단계; 및 상기 발광 적층체의 광 추출면 상에 파장 변환층을 형성하는 단계를 포함하는 발광 패키지의 제조 방법을 제공한다. 이 때, 상기 봉지층의 열팽창 계수는 상기 발광 적층체의 총괄 열팽창 계수보다 더 클 수 있다.
상기 봉지층은 W-실리콘(W-Silicone) 또는 W-리퀴드 몰딩 컴파운드(W-liquid molding compound, W-LMC)일 수 있다.
또, 상기 발광 패키지의 제조 방법은 상기 봉지층을 형성하는 단계 이후에, 그리고 상기 파장 변환층을 형성하는 단계 이전에, 상기 기판을 제거하는 단계; 및 상기 제 1 도전형 반도체층의 노출된 표면을 조면화하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 태양은 제 1 도전형 반도체층, 활성층, 및 제 2 도전형 반도체층이 순차 적층된 발광 적층체; 상기 제 2 도전형 반도체층을 적어도 부분적으로 둘러싸는 봉지층; 및 상기 제 1 도전형 반도체층을 덮도록 배치된 파장 변환층을 포함하고, 상기 봉지층 및 파장 변환층의 적어도 하나는 50℃ 내지 110℃에서 EMC(epoxy molding compound) 및 LMC(liquid molding compound)의 열팽창 계수보다 더 큰 열팽창 계수를 갖는 발광 패키지를 제공한다.
상기 발광 패키지는 상기 제 1 도전형 반도체층과 전기적으로 연결된 제 1 도전체층; 및 상기 제 2 도전형 반도체층과 전기적으로 연결된 제 2 도전체층을 더 포함할 수 있다. 또, 상기 제 2 도전체층은 상기 제 2 도전형 반도체층과 면접하며, 약 0.5㎛ 내지 약 2㎛의 두께를 가질 수 있다.
또, 상기 제 2 도전체층은 절연층에 의하여 부분적으로 피복되고, 상기 절연층은 약 0.5㎛ 내지 약 3㎛의 두께를 가질 수 있다. 또한 상기 봉지층 및 파장 변환층의 적어도 하나는 유리전이온도가 60℃ 이하이고, 상기 유리전이온도 이상의 온도에서 약 65 ppm/K 내지 약 95 ppm/K의 열팽창 계수를 가질 수 있다. 또한 상기 봉지층 및 파장 변환층의 적어도 하나는 유리전이온도가 145℃ 이하이고, 상기 유리전이온도 이상의 온도에서 약 30 ppm/K 내지 약 60 ppm/K의 열팽창 계수를 가질 수 있다.
본 발명의 반도체 발광 소자, 발광 패키지, 또는 발광 모듈은 동작 온도에서 열적 드룹이 완화되어 발광 효율이 개선되는 효과가 있다.
도 1 내지 도 3은 본 발명의 실시예들에 따른 발광 패키지들의 단면도들이다.
도 4는 열팽창에 따라 발광 적층체에 인가되는 응력의 대소 관계를 개념적으로 나타낸 발광 적층체의 측단면도이다.
도 5는 도 3의 발광 패키지를 V-V' 선을 따라 절개한 단면을 나타낸 입단면도이다.
도 6 내지 도 8은 본 발명의 다른 실시예들에 따른 발광 패키지들의 단면도들이다.
도 9a 내지 도 9h는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 패키지의 제조 방법을 순서에 따라 나타낸 측단면도들이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 모듈을 나타낸 측단면도이다.
도 11a는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 발광 소자의 일 예를 나타내는 평면도이며, 도 11b는 도 11a에 도시된 반도체 발광 소자를 I-I'선으로 절취한 측단면도이다.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 발광 소자를 나타낸 측단면도이다.
도 13a 및 도 13b는 실험예 1 내지 실험예 4 및 비교예에서 제조된 CSP 발광 패키지에 대하여 광속(luminous flux) 변화율 및 효율 열화율을 측정한 결과를 각각 나타낸 그래프들이다.
도 14a 및 도 14b는 본 발명의 일 실시예에 따른 백색 광원모듈의 개략적인 단면도이다.
도 15는 조명장치에 채용가능한 백색 광원 모듈을 나타내는 개략도이다.
도 16은 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예에 따른 발광 패키지 또는 반도체 발광 소자에서 방사되는 광에 대한 색온도 스펙트럼을 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 17은 양자점(quantum dot, QD)의 단면 구조를 나타내는 개략도이다.
도 18, 도 19a 및 도 19b는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 백라이트 유닛의 개략적인 단면도이다.
도 20은 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이 장치의 개략적인 분해사시도이다.
도 21은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 평판 조명 장치를 간략하게 나타내는 사시도이다.
도 22는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 조명 장치로서 벌브형 램프를 간략하게 나타내는 분해 사시도이다.
도 23은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 조명 장치로서 바(bar) 타입의 램프를 개략적으로 나타내는 분해 사시도이다.
도 24는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 조명 장치로서 통신 모듈을 포함하는 램프를 개략적으로 나타내는 분해 사시도이다.
도 25는 실내용 조명 제어 네트워크 시스템을 설명하기 위한 개략도이다.
도 26은 개방적인 공간에 적용된 네트워크 시스템의 일 실시예를 나타낸 개념도이다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명 개념의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명 개념의 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명 개념의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들로 인해 한정되어지는 것으로 해석되어져서는 안 된다. 본 발명 개념의 실시예들은 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명 개념을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것으로 해석되는 것이 바람직하다. 동일한 부호는 시종 동일한 요소를 의미한다. 나아가, 도면에서의 다양한 요소와 영역은 개략적으로 그려진 것이다. 따라서, 본 발명 개념은 첨부한 도면에 그려진 상대적인 크기나 간격에 의해 제한되어지지 않는다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는 데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명 개념의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성 요소는 제 2 구성 요소로 명명될 수 있고, 반대로 제 2 구성 요소는 제 1 구성 요소로 명명될 수 있다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예들을 설명하기 위해 사용된 것으로서, 본 발명 개념을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함한다" 또는 "갖는다" 등의 표현은 명세서에 기재된 특징, 개수, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 개수, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
달리 정의되지 않는 한, 여기에 사용되는 모든 용어들은 기술 용어와 과학 용어를 포함하여 본 발명 개념이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 공통적으로 이해하고 있는 바와 동일한 의미를 지닌다. 또한, 통상적으로 사용되는, 사전에 정의된 바와 같은 용어들은 관련되는 기술의 맥락에서 이들이 의미하는 바와 일관되는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 여기에 명시적으로 정의하지 않는 한 과도하게 형식적인 의미로 해석되어서는 아니 될 것임은 이해될 것이다.
어떤 실시예가 달리 구현 가능한 경우에 특정한 공정 순서는 설명되는 순서와 다르게 수행될 수도 있다. 예를 들어, 연속하여 설명되는 두 공정이 실질적으로 동시에 수행될 수도 있고, 설명되는 순서와 반대의 순서로 수행될 수도 있다.
첨부 도면에 있어서, 예를 들면, 제조 기술 및/또는 공차에 따라, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예들은 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니 되며, 예를 들면 제조 과정에서 초래되는 형상의 변화를 포함하여야 한다. 여기에 사용되는 모든 용어 "및/또는"은 언급된 구성 요소들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 용어 "기판"은 기판 그 자체, 또는 기판과 그 표면에 형성된 소정의 층 또는 막 등을 포함하는 적층 구조체를 의미할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 "기판의 표면"이라 함은 기판 그 자체의 노출 표면, 또는 기판 위에 형성된 소정의 층 또는 막 등의 외측 표면을 의미할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 패키지(100)의 단면도이다.
도 1을 참조하면, 상기 발광 패키지(100)는 발광 적층체(120), 상기 발광 적층체(120)를 적어도 부분적으로 둘러싸는 봉지층(160), 및 상기 발광 적층체(120)를 덮도록 배치된 파장 변환층(180)을 포함한다. 또한, 상기 발광 적층체(120)는 50℃ 내지 110℃에서 인장 응력(tensile stress)을 받도록 구성될 수 있다. 상기 발광 적층체(120)가 받는 인장 응력의 소스(source)는 상기 봉지층(160)일 수도 있고 상기 파장 변환층(180)일 수도 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 발광 적층체(120)가 받는 인장 응력의 소스(source)는 상기 발광 적층체(120)의 상부에 배치되는 광학 렌즈이다. 이에 관해서는 뒤에서 더욱 상세하게 설명한다.
상기 발광 적층체(120)는 제 1 도전형 반도체층(121), 활성층(122), 및 제 2 도전형 반도체층(123)이 순차 적층된 것일 수 있다.
상기 제1 도전형 반도체층(121)은 n형 InxAlyGa1-x-yN (0≤x<1, 0≤y<1, 0≤x+y<1)을 만족하는 질화물 반도체일 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 도전형 반도체층(121)은 n형 GaN을 포함할 수 있다.
본 실시예에서, 상기 제1 도전형 반도체층(121)는 제1 도전형 반도체 컨택층과 전류확산층을 포함할 수 있다. 상기 제1 도전형 반도체 컨택층의 불순물 농도는 1.2ㅧ1018 ㎝-3 내지 2ㅧ1019 ㎝-3 범위일 수 있다. 상기 제1 도전형 반도체 컨택층의 두께는 1㎛ 내지 5㎛일 수 있다.
상기 전류확산층은 서로 다른 조성을 갖거나, 서로 다른 불순물 함량을 갖는 복수의 InxAlyGa(1-x-y)N (0≤x, y≤1, 0≤x+y≤1)층이 반복해서 적층되는 구조일 수 있다. 예를 들어, 상기 전류 확산층은 1nm 내지 500nm의 두께를 갖는 n형 GaN층 및/또는 AlxInyGazN (0≤x,y,z≤1, x=y=z=0제외)으로 이루어진 조성이 다른 둘 이상의 층이 반복되어 적층된 n형 초격자층일 수 있다. 상기 전류확산층의 불순물 농도는 2ㅧ1018 ㎝-3 내지 9ㅧ1019 ㎝-3 일 수 있다. 필요에 따라, 상기 전류확산층은 절연물질층이 추가적으로 도입될 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 전류확산층은 생략될 수 있다.
상기 활성층(122)은 양자우물층과 양자장벽층이 서로 교대로 적층된 다중 양자우물(MQW) 구조일 수 있다. 예를 들어, 상기 양자우물층과 양자장벽층은 서로 다른 조성을 갖는 InxAlyGa1-x-yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)일 수 있다. 특정 예에서, 상기 양자우물층은 InxGa1-xN (0<x≤1)이며, 상기 양자장벽층은 GaN 또는 AlGaN일 수 있다. 양자우물층과 양자장벽층의 두께는 각각 1nm ∼ 50nm 범위일 수 있다. 상기 활성층(122)은 다중 양자우물 구조에 한정되지 않고, 단일 양자우물 구조일 수 있다.
상기 제2 도전형 반도체층(123)은 p형 InxAlyGa1-x-yN (0≤x<1, 0≤y<1, 0≤x+y<1)을 만족하는 질화물 반도체층일 수 있으며, p형 불순물은 Mg일 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 도전형 반도체층(123)은 단층 구조로 구현될 수도 있으나, 서로 다른 조성을 갖는 다층 구조를 가질 수 있다. 상기 제2 도전형 반도체층(123)은 전자차단층(EBL)과 저농도 p형 GaN층과 컨택층으로 제공되는 고농도 p형 GaN층을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 전자 차단층은 5nm 내지 100nm 사이인 복수의 서로 다른 조성의 InxAlyGa(1-x-y)N이 적층된 구조이거나, AlyGa(1-y)N으로 구성된 단일층일 수 있다. 상기 전자차단층의 에너지 밴드갭(Eg)는 활성층(122)으로부터 멀어질수록 감소할 수 있다. 예를 들어, 상기 전자차단층의 Al 조성은 활성층(122)으로부터 멀어질수록 감소할 수 있다.
상기 발광 적층체(120)는 약 5㎛ 내지 약 10㎛의 두께를 가질 수 있다.
상기 제1 도전형 반도체층(121)의 노출된 상면은 조면화되어(roughened) 있을 수 있다. 상기 조면화는 규칙적인 패턴일수도 있고, 불규칙한 형태를 가질 수도 있다. 상기 조면에 의하여, 상기 발광 적층체(120)로부터 방출되는 빛의 전반사가 감소하여 발광 패키지(100)의 광추출 효율이 증가할 수 있다.
상기 발광 적층체(120)의 제 2 도전형 반도체층(123) 및 활성층(122)을 관통하여 상기 제 1 도전형 반도체층(121)의 일부가 노출되도록 개구부(E)를 형성할 수 있다. 상기 개구부(E)의 내부 측벽과 상기 제 2 도전형 반도체층(123)의 하부 표면의 일부를 제 1 절연층(127)이 피복할 수 있다. 상기 개구부(E)의 내부에서 노출된 상기 제1 도전형 반도체층(121)과 접하도록 제 1 콘택(125a)이 제공된다. 또, 상기 제 2 도전형 반도체층(123)의 표면에 제 2 콘택(125b)이 제공된다. 상기 제 1 콘택(125a)과 상기 제 2 콘택(125b)은 서로 전기적으로 절연되도록 제 2 절연층(128)이 배치될 수 있다. 상기 제 1 콘택(125a)과 상기 제 2 콘택(125b)은 각각 독립적으로 Ag, Al, Ni, Cr, Cu, Au, Pd, Pt, Sn, W, Rh, Ir, Ru, Mg, Zn 및 이들의 합금 중 어느 하나를 포함하는 반사성 물질층일 수 있다.
상기 개구부(E)를 매립하는 제 1 연결부(126a)는 상기 제 1 콘택(125a)과 전기적으로 접속될 수 있다. 또, 제 2 연결부(126b)는 상기 제 2 콘택(125b)의 하면에 배치되어 상기 제 2 콘택(125b)과 전기적으로 접속될 수 있다. 상기 제 1 연결부(126a)와 상기 제 2 연결부(126b)가 전기적으로 절연되도록 상기 제 1 연결부(126a)와 상기 제 2 연결부(126b)의 사이에 제 3 절연층(129)이 제공될 수 있다.
상기 제 2 콘택(125b)과 상기 제 2 연결부(126b)의 두께의 합(t1)은 약 0.5㎛ 내지 약 2㎛일 수 있다. 만일 상기 두께의 합(t1)이 너무 작으면 저항이 과도하여 전류의 스프레딩(spreading)이 미흡할 수 있다. 만일 상기 두께의 합(t1)이 너무 크면 후술되는 인장 응력이 상기 발광 적층체(120)에 충분히 전달되지 않을 수 있다.
상기 제 3 절연층(129)의 두께(t2)는 약 0.5㎛ 내지 약 3㎛일 수 있다. 만일 상기 제 3 절연층(129)의 두께(t2)가 너무 작으면 쇼트가 발생할 수 있다. 만일 상기 제 3 절연층(129)의 두께(t2)가 너무 크면 후술되는 인장 응력이 상기 발광 적층체(120)에 충분히 전달되지 않을 수 있다.
상기 제 1 연결부(126a) 및 상기 제 2 연결부(126b)는 각각 제 1 금속 포스트(142) 및 제 2 금속 포스트(144)와 전기적으로 접속될 수 있다. 상기 제 1 금속 포스트(142) 및 제 2 금속 포스트(144)는 각각 구리(Cu)로 형성될 수 있으나, 여기에 한정되는 것은 아니며 임의의 전도성 물질로 형성될 수 있다.
상기 봉지층(160)은 상기 발광 적층체(120)를, 특히 상기 제 2 도전형 반도체층(123)을 적어도 부분적으로 둘러쌀 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 봉지층(160)은 상기 발광 적층체(120)에서 생성된 빛이 방출되는 면, 그리고 제 1 금속 포스트(142) 및 제 2 금속 포스트(144)가 외부 전원과 접속되는 하부 표면을 노출하며, 상기 발광 적층체(120)를 매립할 수 있다.
상기 봉지층(160)은 상기 발광 적층체(120)를 지지하기에 충분히 높은 영 모듈러스(Young's modulus)를 갖는 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들면, 상기 봉지층(160)은 영 모듈러스가 약 0.4 GPa 내지 약 20 GPa인 물질로 이루어질 수 있다. 만일 상기 봉지층(160)의 영 모듈러스가 너무 낮으면 발광 적층체(120)를 보호하고 지지하는 기능을 미흡하게 수행할 수 있다. 만일 상기 봉지층(160)의 영 모듈러스가 너무 높으면 신뢰성은 향상되지만 광학적 반사도가 열화되어 광추출 효율의 측면에서 불리할 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 봉지층(160)은 상기 발광 적층체(120)보다 더 큰 열팽창 계수(coefficient of thermal expansion, CTE)를 가질 수 있다. 여기서 열팽창 계수는 선형 열팽창 계수를 의미하며, 예를 들면, ppm/K의 단위를 가질 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 봉지층(160)은 AlxInyGazN(0≤x,y,z≤1, x=y=z=0 및 x=y=z=1 제외) 화합물 반도체의 열팽창 계수보다 더 큰 열팽창 계수를 가질 수 있다. 특히 상기 봉지층(160)은 GaN의 열팽창 계수보다 더 큰 열팽창 계수를 가질 수 있다. 특히 상기 봉지층(160)은 50℃ 내지 110℃에서 GaN의 열팽창 계수보다 더 큰 열팽창 계수를 가질 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 봉지층(160)은 50℃ 내지 110℃에서 상기 발광 적층체(120)의 총괄 열팽창 계수(overall coefficient of thermal expansion)보다 더 큰 열팽창 계수를 가질 수 있다. 상기 발광 적층체(120)는 상이한 열팽창 계수들을 갖는 상이한 물질막들의 적층체이다. 따라서, 상기 발광 적층체(120)의 열팽창 계수는 어느 한 물질막의 열팽창 계수로 대표될 수 없고, 전체 발광 적층체(120)의 개별 열팽창 계수로부터 얻어지는 효과가 종합된 총괄 열팽창 계수에 의하여 대표될 수 있다. 상기 발광 적층체(120)의 총괄 열팽창 계수는 실험적으로 구해질 수도 있고, 개별 물질막의 총괄 열팽창 계수의 두께 등으로부터 산술적으로 계산될 수도 있다.
상기 봉지층(160)은 50℃ 내지 110℃에서 약 10 ppm/K 내지 약 100 ppm/K의 열팽창 계수를 가질 수 있다. 만일 상기 열팽창 계수가 너무 작으면 후술하는 바와 같은 인장 응력을 발광 적층체(120)에 가할 수 없기 때문에 발광 패키지(100)의 발광 효율이 저하되고, 열적 드룹(thermal droop)의 완화가 일어나지 않게 된다.
만일 상기 봉지층(160)의 열팽창 계수가 너무 크면 발광 적층체(120)와의 열팽창 계수 차이가 과도하게 크게 되어 발광 적층체(120)가 파손될 우려가 있다.
상기 봉지층(160)은 광학적 반사도(optical reflectance)가 약 80% 내지 약 100%일 수 있다. 즉, 상기 봉지층(160)에 조사된 광의 약 80% 내지 약 100%가 반사될 수 있다.
특히, 상기 봉지층(160)의 유리전이온도(glass transition temperature, Tg)가 비교적 낮은 경우, 상대적으로 더 큰 열팽창 계수를 가질 수 있다. 특히, 상기 봉지층(160)의 유리전이온도(Tg)가 발광 패키지(100)의 일반적인 동작 온도보다 낮은 경우, 비교적 큰 열팽창 계수를 가질 수 있다. 상기 봉지층(160)은 약 30℃ 이상 약 60℃ 이하의 유리전이온도를 가질 수 있고, 예를 들면, 50℃ 내지 110℃의 온도 범위에서 약 65 ppm/K 내지 약 95 ppm/K의 열팽창 계수를 가질 수 있다.
상기 발광 패키지(100)가 동작하는 조건에서 상기 발광 패키지(100)의 온도는 대략 50℃ 내지 110℃일 수 있다. 상기 온도 범위에서 상기 봉지층(160)의 열팽창 계수가 상기 발광 적층체(120)의 총괄 열팽창 계수보다 더 크기 때문에 상기 발광 적층체(120)에는 인장 응력이 인가된다. 도 1에서는 명확한 이해를 위하여 상기 발광 적층체(120)의 폭(W)과 두께(H)가 다소 과장되었을 수 있으며, 폭(W)가 두께(H)에 비하여 충분히 큰 경우 위에서 설명한 바와 같이 봉지층(160)의 팽창에 의하여 상기 발광 적층체(120)가 인장 응력을 받을 수 있다. 예를 들면, 상기 두께(H)는 대략 5㎛ 내지 약 10㎛의 값을 가질 수 있다. 예를 들면, 상기 폭(W)은 대략 100㎛ 내지 약 1000㎛의 값을 가질 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 봉지층(160)은, 예를 들면, 화이트 실리콘 수지(W-silicone), 화이트 리퀴드 몰딩 컴파운드(white liquid molding compound, W-LMC) 등일 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 봉지층(160) 내에는 광학적 반사도를 향상시키기 위하여 금속 입자, 또는 금속 산화물 입자들이 혼합되어 있을 수 있다. 이 때, 상기 봉지층(160)은 EMC(epoxy molding compound) 및 LMC(liquid molding compound)의 열팽창 계수보다 더 큰 열팽창 계수를 가질 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 봉지층(160)은 50℃ 내지 110℃에서 EMC 및 LMC의 열팽창 계수보다 더 큰 열팽창 계수를 가질 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 W-LMC는, 예를 들면 TiO2, ZnO, SiO2와 같은 세라믹 산화물의 미립자를 포함하는 LMC 물질로서 에폭시계 물질일 수 있다. 특히 상기 W-LMC는 유리전이온도(Tg)가 145℃ 이하일 수 있다. 상기 W-LMC는 상기 Tg 이상의 온도에서 약 30 ppm/K 내지 약 60 ppm/K의 열팽창 계수를 가질 수 있다. 예를 들면, 상기 W-LMC는 145℃ 이상의 온도에서는 약 40 ppm/K의 열팽창 계수를 가질 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 W-Si는, 예를 들면 TiO2, ZnO, SiO2와 같은 세라믹 산화물의 미립자를 포함하는 변성 실리콘(modified silicone) 물질일 수 있다. 특히 상기 W-Si는 유리전이온도(Tg)가 60℃ 이하일 수 있다. 상기 W-Si는 상기 Tg 이상의 온도에서 약 65 ppm/K 내지 약 95 ppm/K의 열팽창 계수를 가질 수 있다. 예를 들면, 상기 W-Si는 60℃ 이상의 온도에서는 약 80 ppm/K의 열팽창 계수를 가질 수 있다.
특정 이론에 구속되는 것은 아니나, 상기 인장 응력으로 인하여 상기 발광 적층체(120)의 내부 양자 효율(internal quantum efficiency, IQE)이 개선되고, 그에 따라 열적 드룹(thermal droop)이 완화되는 것으로 추정된다.
상기 파장 변환층(180)은 제 1 도전형 반도체층(121)을 덮도록 배치될 수 있다. 상기 파장 변환층(180)은 수지 매트릭스 내에 형광체를 포함할 수 있다. 상기 수지 매트릭스는 투명한 수지일 수 있다. 상기 파장 변환층(180)은 상기 발광 적층체(120)로부터 방출되는 광의 파장을 변환할 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 형광체는 상기 발광 적층체(120)로부터 방출되는 광의 적어도 일부를 흡수한 후, 그와 상이한 파장의 광을 방출하는 것일 수 있다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광 패키지(200)의 단면도이다.
도 2를 참조하면, 발광 패키지(200)의 전체적인 구조는 도 1의 발광 패키지(100)와 대부분 동일하기 때문에 중복되는 내용은 간결한 설명을 위하여 생략하고, 차이가 있는 내용을 중심으로 이하에서 설명한다.
일부 실시예들에 있어서, 파장 변환층(280)은 AlxInyGazN(0≤x,y,z≤1, x=y=z=0 및 x=y=z=1 제외) 화합물 반도체의 열팽창 계수보다 더 큰 열팽창 계수를 가질 수 있다. 특히 상기 파장 변환층(280)은 GaN의 열팽창 계수보다 더 큰 열팽창 계수를 가질 수 있다. 특히 상기 파장 변환층(280)은 50℃ 내지 110℃에서 GaN의 열팽창 계수보다 더 큰 열팽창 계수를 가질 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 발광 패키지(200)의 파장 변환층(280)을 이루고 있는 물질의 열팽창 계수는 발광 적층체(120)의 총괄 열팽창 계수에 비하여 더 크다. 여기서도 열팽창 계수는 선형 열팽창 계수를 의미하며, 본 명세서의 나머지 부분에서도 마찬가지이다.
상기 파장 변환층(280)은 50℃ 내지 110℃에서 상기 발광 적층체(120)의 총괄 열팽창 계수보다 더 큰 열팽창 계수를 가질 수 있다. 보다 구체적으로 상기 파장 변환층(280)의 주된 부분을 이루는 수지 매트릭스가 50℃ 내지 110℃에서 상기 발광 적층체(120)의 총괄 열팽창 계수보다 더 큰 열팽창 계수를 가질 수 있다.
상기 파장 변환층(280)은 50℃ 내지 110℃에서 약 10 ppm/K 내지 약 100 ppm/K의 열팽창 계수를 가질 수 있다. 만일 상기 열팽창 계수가 너무 작으면 후술하는 바와 같은 인장 응력을 발광 적층체(120)에 가할 수 없기 때문에 발광 패키지(200)의 발광 효율이 저하되고, 열적 드룹의 완화가 일어나지 않게 된다.
만일 상기 파장 변환층(280)의 열팽창 계수가 너무 크면 발광 적층체(120)와의 열팽창 계수 차이가 과도하게 크게 되어 발광 적층체(120)가 파손될 우려가 있다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 파장 변환층(280)의 수지 매트릭스는, 예를 들면, 실리콘 수지(silicone), 화이트 실리콘 수지(W-silicone), 화이트 리퀴드 몰딩 컴파운드(white liquid molding compound, W-LMC) 등일 수 있다. 이 때, 상기 파장 변환층(280)은 EMC(epoxy molding compound) 및 LMC(liquid molding compound)의 열팽창 계수보다 더 큰 열팽창 계수를 가질 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 파장 변환층(280)은 50℃ 내지 110℃에서 EMC 및 LMC의 열팽창 계수보다 더 큰 열팽창 계수를 가질 수 있다.
특히, 상기 파장 변환층(280)의 유리전이온도(Tg)가 비교적 낮은 경우, 상대적으로 더 큰 열팽창 계수를 가질 수 있다. 특히, 상기 파장 변환층(280)의 유리전이온도(Tg)가 발광 패키지(200)의 일반적인 동작 온도보다 낮은 경우, 비교적 큰 열팽창 계수를 가질 수 있다. 상기 파장 변환층(280)은 약 60℃ 이하의 유리전이온도를 가질 수 있고, 예를 들면, 50℃ 내지 110℃의 온도 범위에서 약 65 ppm/K 내지 약 95 ppm/K의 열팽창 계수를 가질 수 있다.
상기 발광 패키지(200)가 동작하는 조건에서 상기 발광 패키지(200)의 온도는 대략 50℃ 내지 110℃일 수 있다. 상기 온도 범위에서 상기 파장 변환층(280)의 열팽창 계수가 상기 발광 적층체(120)의 총괄 열팽창 계수보다 더 크기 때문에 상기 발광 적층체(120)에는 인장 응력이 인가된다. 그 결과 상기 발광 적층체(120)의 내부 양자 효율이 개선되고, 그에 따라 열적 드룹이 완화될 수 있다.
상기 발광 패키지(200)의 봉지층(160)은 예를 들면, 리퀴드 몰딩 컴파운드(liquid molding compound, LMC) 또는 에폭시 몰딩 컴파운드(epoxy molding compound, EMC) 등으로 구성될 수 있다.
도 3은 본 발명의 추가적인 실시예에 따른 발광 패키지(300)의 단면도이다.
도 3을 참조하면, 발광 패키지(300)의 전체적인 구조는 도 1을 참조하여 설명한 발광 패키지(100) 및 도 2를 참조하여 설명한 발광 패키지(200)와 대부분 동일하기 때문에 중복되는 내용은 간결한 설명을 위하여 생략하고, 차이가 있는 내용을 중심으로 이하에서 설명한다.
일부 실시예들에 있어서, 봉지층(360) 및 파장 변환층(380)은 AlxInyGazN(0≤x,y,z≤1, x=y=z=0 및 x=y=z=1 제외) 화합물 반도체의 열팽창 계수보다 더 큰 열팽창 계수를 가질 수 있다. 특히 상기 봉지층(360) 및 파장 변환층(380)은 GaN의 열팽창 계수보다 더 큰 열팽창 계수를 가질 수 있다. 특히 상기 봉지층(360) 및 파장 변환층(380)은 50℃ 내지 110℃에서 GaN의 열팽창 계수보다 더 큰 열팽창 계수를 가질 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 발광 패키지(300)의 봉지층(360)을 이루고 있는 물질의 열팽창 계수 및 상기 파장 변환층(380)을 이루고 있는 물질의 열팽창 계수는 발광 적층체(120)의 총괄 열팽창 계수에 비하여 더 크다. 상기 봉지층(360) 및 상기 파장 변환층(380)은 50℃ 내지 110℃에서 공히 상기 발광 적층체(120)의 총괄 열팽창 계수보다 더 큰 열팽창 계수를 가질 수 있다. 보다 구체적으로 상기 파장 변환층(380)의 주된 부분을 이루는 수지 매트릭스가 50℃ 내지 110℃에서 상기 발광 적층체(120)의 총괄 열팽창 계수보다 더 큰 열팽창 계수를 가질 수 있다.
상기 봉지층(360) 및 상기 파장 변환층(380)은 50℃ 내지 110℃에서 약 10 ppm/K 내지 약 100 ppm/K의 열팽창 계수를 가질 수 있다. 만일 상기 열팽창 계수가 너무 작으면 후술하는 바와 같은 인장 응력을 발광 적층체(120)에 가할 수 없기 때문에 발광 패키지(300)의 발광 효율이 저하되고, 열적 드룹의 완화가 일어나지 않게 된다.
만일 상기 봉지층(360) 및 상기 파장 변환층(380)의 열팽창 계수가 너무 크면 발광 적층체(120)와의 열팽창 계수 차이가 과도하게 크게 되어 발광 적층체(120)가 손상될 우려가 있다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 봉지층(360)은, 예를 들면, 화이트 실리콘 수지(W-silicone), 화이트 리퀴드 몰딩 컴파운드(white liquid molding compound, W-LMC) 등일 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 봉지층(360) 내에는 광학적 반사도를 향상시키기 위하여 금속 입자, 또는 금속 산화물 입자들이 혼합되어 있을 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 파장 변환층(380)의 수지 매트릭스는, 예를 들면, 실리콘 수지(silicone), 화이트 실리콘 수지(W-silicone), 화이트 리퀴드 몰딩 컴파운드(white liquid molding compound, W-LMC) 등일 수 있다.
이 때, 상기 봉지층(360) 및 상기 파장 변환층(380)은 EMC(epoxy molding compound) 및 LMC(liquid molding compound)의 열팽창 계수보다 더 큰 열팽창 계수를 가질 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 봉지층(360) 및 상기 파장 변환층(380)은 50℃ 내지 110℃에서 EMC 및 LMC의 열팽창 계수보다 더 큰 열팽창 계수를 가질 수 있다.
특히, 상기 봉지층(360) 및 상기 파장 변환층(380)의 유리전이온도(Tg)가 비교적 낮은 경우, 상대적으로 더 큰 열팽창 계수를 가질 수 있다. 특히, 상기 봉지층(360) 및 상기 파장 변환층(380)의 유리전이온도(Tg)가 발광 패키지(300)의 일반적인 동작 온도보다 낮은 경우, 비교적 큰 열팽창 계수를 가질 수 있다. 예를 들면, 상기 봉지층(360) 및 상기 파장 변환층(380)은 약 60℃ 이하의 유리전이온도를 가질 수 있고, 50℃ 내지 110℃의 온도 범위에서 약 65 ppm/K 내지 약 95 ppm/K의 열팽창 계수를 가질 수 있다.
상기 발광 패키지(300)가 동작하는 조건에서 상기 발광 패키지(300)의 온도는 대략 50℃ 내지 110℃일 수 있다. 상기 온도 범위에서 상기 봉지층(360) 및 상기 파장 변환층(380)의 열팽창 계수가 상기 발광 적층체(120)의 총괄 열팽창 계수보다 더 크기 때문에 상기 발광 적층체(120)에는 인장 응력이 인가된다. 특히, 상기 발광 적층체(120)의 상부면과 하부면 모두에 인장 응력이 인가되기 때문에 더욱 강력한 열적 드룹 완화의 효과를 얻을 수 있다.
도 4는 열팽창에 따라 발광 적층체(120)에 인가되는 응력의 대소 관계를 개념적으로 나타낸 발광 적층체(120)의 측단면도이다. 도 5는 도 3의 발광 패키지(300)를 V-V' 선을 따라 절개한 단면을 나타낸 입단면도이다.
도 3 내지 도 5를 참조하면, 소정의 온도 변화에 대하여 파장 변환층(380)은 L12 만큼의 측방향 길이 변화가 있고, 봉지층(360)은 L22 만큼의 측방향 길이 변화가 있을 수 있다. 상기 "소정의 온도 변화"는, 예를 들면, 대략 25℃ 내외의 실온과 동작하는 발광 패키지의 온도 사이의 온도 변화를 의미할 수 있다. 상기 발광 패키지는 동작에 따라 온도가 무한정 상승하는 것은 아니고, 소정 온도에 이르면 열에너지의 생성 속도와 외부로 열을 방출하는 속도가 균형을 이루기 때문에 이 시점부터 일정한 온도를 유지할 수 있다. 이와 같이 발열/방열 속도가 균형을 이루는 온도는 방열 구조의 형태 등에 따라 달라지지만, 일반적으로 대략 50℃ 내지 110℃의 온도에서 열적 정상상태(steady state)를 이룰 수 있다. 그러므로, 상기 "소정의 온도 변화"는, 예를 들면, 실온과 열적 정상상태를 이루는 동작 온도 사이의 온도 변화로 이해할 수 있다.
상기 소정의 온도 변화가 있는 동안 상기 발광 적층체(120)의 총괄 열팽창 계수는 봉지층(360)이나 파장 변환층(380)의 열팽창계수보다 작기 때문에 측방향의 길이 변화가 더 작다. 상기 파장 변환층(380)과 인접하는 부분, 특히, 상기 제 1 도전형 반도체층(121)의 상부 부분은 L11만큼 측방향의 길이 변화가 있을 수 있다. 또, 상기 봉지층(360)과 가까이 위치하는 부분, 특히 상기 제 2 도전형 반도체층(123)의 하부 부분은 L21만큼 측방향의 길이 변화가 있을 수 있다. 이러한 발광 적층체(120) 내의 길이 변화인 L11 및 L21은 대응되는 인접층의 길이 변화인 L12 및 L22에 비하여 더 작기 때문에 상기 발광 적층체(120)는 측방향의 인장 응력을 받게 된다.
또, 도 3의 발광 패키지(300)의 단면을 위에서 바라본 도 5를 참조하면, 봉지층(360)의 x 방향의 폭 WX는 y 방향으로 연장되는 부분의 폭인 제1폭(W1), x 방향으로 연장되는 부분의 폭인 제2폭(W2), 및 상기 제1폭(W1)의 다른 쪽에서 y 방향으로 연장되는 부분의 폭인 제3폭(W3)의 합으로 구성될 수 있다. 제1폭(W1) 내지 제3폭(W3)은 모두 상기 소정의 온도 변화에 의하여 x방향으로의 길이가 증가하게 된다. 봉지층(360)의 y 방향에 대해서도 동일하게 상기 소정의 온도 변화에 의하여 제4폭(W4), 제5폭(W5), 및 제6폭(W6)의 길이가 모두 증가하게 된다.
봉지층(360)의 x 방향의 폭 WX의 길이 변화가 제 1 도전형 반도체층(121)의 x 방향의 길이 변화에 비하여 더 크기 때문에 상기 제 1 도전형 반도체층(121)은 x 방향의 인장 응력 τx를 경험하게 된다. 봉지층(360)의 y 방향으로도 마찬가지로 상기 제 1 도전형 반도체층(121)은 y 방향의 인장 응력 τy를 경험하게 된다.
이와 같이 형성된 인장 응력이 원인이 되어, 위에서 설명한 바와 같이 발광 적층체(120) 내의 내부 양자 효율이 개선될 수 있다. 그리고 그에 따라 상기 발광 적층체(120)의 열적 드룹이 완화됨으로써 발광 효율도 동시에 개선될 수 있다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광 패키지(400)를 나타낸 측단면도이다.
도 6을 참조하면, 발광 적층체(120)와 상기 봉지층(160)의 사이에 응력 인가 구조물(410)이 제공된다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 응력 인가 구조물(410)은 상기 제 3 절연층(129)의 표면을 따라 제공될 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 응력 인가 구조물(410)은 AlxInyGazN(0≤x,y,z≤1, x=y=z=0 및 x=y=z=1 제외) 화합물 반도체의 열팽창 계수보다 더 큰 열팽창 계수를 가질 수 있다. 특히 상기 응력 인가 구조물(410)은 GaN의 열팽창 계수보다 더 큰 열팽창 계수를 가질 수 있다. 특히 상기 응력 인가 구조물(410)은 50℃ 내지 110℃에서 GaN의 열팽창 계수보다 더 큰 열팽창 계수를 가질 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 응력 인가 구조물(410)은 상기 발광 적층체(120)의 총괄 열팽창 계수보다 더 큰 열팽창 계수를 갖는 물질로 이루어질 수 있다. 특히, 상기 응력 인가 구조물(410)은 50℃ 내지 110℃에서 상기 발광 적층체(120)의 총괄 열팽창 계수보다 더 큰 열팽창 계수를 갖는 물질로 이루어질 수 있다.
상기 응력 인가 구조물(410)은 50℃ 내지 110℃에서 약 10 ppm/K 내지 약 100 ppm/K의 열팽창 계수를 가질 수 있다. 만일 상기 응력 인가 구조물(410)의 열팽창 계수가 너무 작으면 후술하는 바와 같은 인장 응력을 발광 적층체(120)에 가할 수 없기 때문에 발광 패키지(400)의 발광 효율이 저하되고, 열적 드룹의 완화가 일어나지 않게 된다.
만일 상기 응력 인가 구조물(410)의 열팽창 계수가 너무 크면 발광 적층체(120)와의 열팽창 계수 차이가 과도하게 크게 되어 발광 적층체(120)가 파손될 우려가 있다.
상기 응력 인가 구조물(410)의 유리전이온도(Tg)가 비교적 낮은 경우, 상대적으로 더 큰 열팽창 계수를 가질 수 있다. 특히, 상기 응력 인가 구조물(410)이 폴리머 물질이고 그의 유리전이온도(Tg)가 발광 패키지(100)의 일반적인 동작 온도보다 낮은 경우, 상기 응력 인가 구조물(410)은 비교적 큰 열팽창 계수를 가질 수 있다. 상기 응력 인가 구조물(410)은 약 60℃ 이하의 유리전이온도를 가질 수 있고, 예를 들면, 50℃ 내지 110℃의 온도 범위에서 약 65 ppm/K 내지 약 95 ppm/K의 열팽창 계수를 가질 수 있다.
상기 응력 인가 구조물(410)은, 예를 들면, 실리콘 수지(silicone), 화이트 실리콘 수지(W-silicone), 화이트 리퀴드 몰딩 컴파운드(white liquid molding compound, W-LMC) 등일 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 응력 인가 구조물(410) 내에는 광학적 반사도를 향상시키기 위하여 금속 입자, 또는 금속 산화물 입자들이 혼합되어 있을 수 있다.
상기 발광 패키지(400)의 온도가 상승하면, 상기 응력 인가 구조물(410)이 측방향으로 (일부 구간에서는 상하 방향으로) 팽창하게 되고, 이로 인해 발생한 인장 응력이 제 3 절연층(129)을 거쳐 간접적으로 상기 발광 적층체(120)로 전달될 수 있다. 이와 같이 전달된 인장 응력이 원인이 되어, 위에서 설명한 바와 같이 발광 적층체(120) 내의 내부 양자 효율이 개선될 수 있다. 그리고 그에 따라 상기 발광 적층체(120)의 열적 드룹이 완화됨으로써 발광 효율도 동시에 개선될 수 있다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광 패키지(500)를 나타낸 측단면도이다.
도 7을 참조하면, 상기 봉지층(160)의 노출된 표면 위에 응력 인가 구조물(510)이 제공된다. 즉, 상기 응력 인가 구조물(510)은 상기 봉지층(160)의 표면 위에 형성될 수 있고, 특히 상기 발광 적층체(120)가 위치한 쪽과 반대쪽인 표면 위에 형성될 수 있다. 다만, 이 때에도 제 1 금속 포스트(142) 및 제 2 금속 포스트(144)는 전기적인 접속을 위하여 상기 응력 인가 구조물(510)로부터 노출되어야 한다.
상기 응력 인가 구조물(510)의 물질, 열적 물성 등은 도 6을 참조하여 설명한 응력 인가 구조물(410)과 동일하므로 여기서는 추가적인 설명을 생략한다.
상기 응력 인가 구조물(510)이 온도 상승에 의하여 측방향 팽창을 하면 그로 인한 측방향의 인장 응력이 봉지층(160)을 거쳐 상기 발광 적층체(120)에 전달될 수 있다. 이와 같이 전달된 인장 응력이 원인이 되어, 위에서 설명한 바와 같이 발광 적층체(120) 내의 내부 양자 효율이 개선될 수 있다. 그리고 그에 따라 상기 발광 적층체(120)의 열적 드룹이 완화됨으로써 발광 효율도 동시에 개선될 수 있다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광 패키지(600)를 나타낸 측단면도이다.
도 8을 참조하면, 상기 파장 변환층(180)의 표면 위에 렌즈 구조물(690)이 제공될 수 있다. 상기 렌즈 구조물(690)은 적어도 가시광 영역에 대하여 광학적으로 투명할 수 있다. 또한, 도 8에서는 상기 렌즈 구조물(690)은 상면이 볼록한 돔 형상의 구조를 갖는 것으로 도시되었지만, 실시 형태에 따라 표면을 볼록 또는 오목한 형상의 렌즈 구조로 형성함으로써, 상기 렌즈 구조물(690)을 통하여 방출되는 빛의 지향각을 조절하는 것이 가능하다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 렌즈 구조물(690)은 AlxInyGazN(0≤x,y,z≤1, x=y=z=0 및 x=y=z=1 제외) 화합물 반도체의 열팽창 계수보다 더 큰 열팽창 계수를 가질 수 있다. 특히 상기 렌즈 구조물(690)은 GaN의 열팽창 계수보다 더 큰 열팽창 계수를 가질 수 있다. 특히 상기 렌즈 구조물(690)은 50℃ 내지 110℃에서 GaN의 열팽창 계수보다 더 큰 열팽창 계수를 가질 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 렌즈 구조물(690)은 상기 발광 적층체(120)보다 더 큰 열팽창 계수(CTE)를 가질 수 있다. 특히, 상기 렌즈 구조물(690)은 50℃ 내지 110℃에서 상기 발광 적층체(120)의 총괄 열팽창 계수보다 더 큰 열팽창 계수를 가질 수 있다.
상기 렌즈 구조물(690)은 50℃ 내지 110℃에서 약 10 ppm/K 내지 약 100 ppm/K의 열팽창 계수를 가질 수 있다. 만일 상기 열팽창 계수가 너무 작으면 후술하는 바와 같은 인장 응력을 발광 적층체(120)에 가할 수 없기 때문에 발광 패키지(600)의 발광 효율이 저하되고, 열적 드룹의 완화가 일어나지 않게 된다.
만일 상기 렌즈 구조물(690)의 열팽창 계수가 너무 크면 파장 변환층(180)과의 사이에 크랙이 발생할 우려가 있다.
상기 렌즈 구조물(690)의 유리전이온도(Tg)가 비교적 낮은 경우, 상대적으로 더 큰 열팽창 계수를 가질 수 있다. 특히, 상기 렌즈 구조물(690)이 폴리머 물질이고 그의 유리전이온도(Tg)가 발광 패키지(100)의 일반적인 동작 온도보다 낮은 경우, 상기 렌즈 구조물(690)은 비교적 큰 열팽창 계수를 가질 수 있다. 상기 렌즈 구조물(690)은 약 60℃ 이하의 유리전이온도를 가질 수 있고, 예를 들면, 50℃ 내지 110℃의 온도 범위에서 약 65 ppm/K 내지 약 95 ppm/K의 열팽창 계수를 가질 수 있다.
상기 렌즈 구조물(690)은, 예를 들면, 실리콘 수지(silicone), 화이트 실리콘 수지(W-silicone), 화이트 리퀴드 몰딩 컴파운드(white liquid molding compound, W-LMC) 등일 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 렌즈 구조물(690) 내에는 광학적 반사도를 향상시키기 위하여 금속 입자, 또는 금속 산화물 입자들이 혼합되어 있을 수 있다.
상기 발광 패키지(600)의 온도가 상승하면, 상기 렌즈 구조물(690)이 측방향으로 팽창하게 되고, 이로 인해 발생한 인장 응력이 파장 변환층(180)을 거쳐 간접적으로 상기 발광 적층체(120)로 전달될 수 있다. 이와 같이 전달된 인장 응력이 원인이 되어, 위에서 설명한 바와 같이 발광 적층체(120) 내의 내부 양자 효율이 개선될 수 있다. 그리고 그에 따라 상기 발광 적층체(120)의 열적 드룹이 완화됨으로써 발광 효율도 동시에 개선될 수 있다.
도 9a 내지 도 9h는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 패키지(100)의 제조 방법을 순서에 따라 나타낸 측단면도들이다.
도 9a를 참조하면, 기판(110) 상에 제 1 도전형 반도체층(121), 활성층(122), 및 제 2 도전형 반도체층(123)이 순차적으로 적층된 발광 적층체(120)를 웨이퍼 레벨로 형성할 수 있다.
상기 기판(110)은 사파이어 기판과 같은 절연성 기판일 수 있다. 하지만, 본 발명의 기술적 사상은 여기에 한정되지 않는다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 기판(110)은 도전성 또는 반도체 기판일 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 기판(110)은 SiC, Si, MgAl2O4, MgO, LiAlO2, LiGaO2, GaN 등일 수 있다.
상기 제 1 도전형 반도체층(121), 활성층(122) 및 제 2 도전형 반도체층(123)은 각각 화학 기상 증착, 원자층 증착 등의 방법을 이용하여 형성될 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 제 1 도전형 반도체층(121), 활성층(122) 및 제 2 도전형 반도체층(123)은 유기금속 화학기상증착(metalorganic chemical vapor deposition, MOCVD)에 의하여 형성될 수 있다.
도 9b를 참조하면, 상기 발광 적층체(120)의 제 2 도전형 반도체층(123) 및 활성층(122)을 관통하여 상기 제 1 도전형 반도체층(121)의 일부가 노출되도록 개구부(E)를 형성할 수 있다. 상기 개구부(E)는 메사 에칭을 통하여 형성될 수 있다.
그 후, 상기 개구부(E)의 내부 표면과 상기 제 2 도전형 반도체층(123)의 표면에 제 1 절연층(127)을 형성한다. 상기 제 1 절연층(127)은 실리콘의 산화물, 질화물, 산질화물 등일 수 있으며, 특별히 한정되는 것은 아니다. 또한, 도 9b에서는 하나의 개구부(E)가 형성되는 것으로 도시되었지만, 둘 이상의 개구부(E)들이 형성될 수도 있다.
도 9c를 참조하면, 상기 제 1 절연층(127)의 일부가 제거된 부분에 도전성 오믹 물질로 이루어진 제 1 콘택(125a) 및 제 2 콘택(125b)이 퇴적될 수 있다. 상기 제 1 콘택(125a)은 상기 제 1 도전형 반도체층(121)과 전기적으로 접속되도록 상기 제 1 도전형 반도체층 위에 퇴적될 수 있다. 또, 제 2 콘택(125b)은 상기 제 2 도전형 반도체층(123)과 전기적으로 접속되도록 상기 제 2 도전형 반도체층(123) 위에 퇴적될 수 있다.
그 후, 상기 제 1 콘택(125a)과 상기 제 2 콘택(125b)이 전기적으로 절연되도록 제 2 절연층(128)이 상기 제 1 콘택(125a)과 상기 제 2 콘택(125b) 사이에 형성될 수 있다.
상기 제 1 콘택(125a)과 상기 제 2 콘택(125b)은 Ag, Al, Ni, Cr, Cu, Au, Pd, Pt, Sn, W, Rh, Ir, Ru, Mg, Zn 및 이들의 합금 중 어느 하나를 포함하는 반사성 물질층일 수 있다.
도 9d를 참조하면, 제 1 연결부(126a) 및 제 2 연결부(126b)가 상기 제 1 콘택(125a) 및 상기 제 2 콘택(125b)과 각각 전기적으로 접속될 수 있다.
도 9e를 참조하면, 발광 적층체(120)들을 서로 분리하기 위하여 아이솔레이션(I)을 형성할 수 있다. 또한 상기 아이솔레이션(I)은 기판(110)을 제외하고 제 2 연결부(126b), 제 2 콘택(125b), 및 발광 적층체(120)를 관통하도록 형성될 수 있다. 상기 아이솔레이션 공정은 블레이드로 이루어질 수 있으나 여기에 한정되는 것은 아니며, 기판(110)은 절단하지 않고 발광 적층체(120)를 절단할 수 있는 임의의 방식일 수 있다. 상기 아이솔레이션 공정을 통하여 상기 발광 적층체(120)는 개별 칩으로 분리되어 기판(110)에 지지되게 된다. 상기 아이솔레이션 공정에 의해 얻어지는 발광 적층체(120)의 단면 형상은 상부가 하부보다 폭이 좁은 사다리꼴 형태가 될 수 있으며, 이에 의하여 상기 발광 적층체(120)의 측면에는 경사면이 형성될 수 있다.
이어서, 상기 발광 적층체(120)의 경사면, 상기 제 1 연결부(126a), 상기 제 2 연결부(126b), 제 2 절연층(128) 상에 제 3 절연층(129)이 형성될 수 있으며, 이후 상기 제 1 연결부(126a) 및 상기 제 2 연결부(126b)가 부분적으로 노출될 수 있다. 상기 제 3 절연층(129)은 이전 공정에서 형성되어 잔류하는 제 1 절연층(127) 및 제 2 절연층(128)과 함께 패시베이션막의 역할을 할 수 있다.
도 9f를 참조하면, 상기 제 1 연결부(126a) 및 상기 제 2 연결부(126b)의 부분적으로 노출된 부분에 제 1 금속 포스트(142) 및 제 2 금속 포스트(144)를 형성할 수 있다. 상기 제 1 금속 포스트(142) 및 제 2 금속 포스트(144)는 각각 구리(Cu)로 형성될 수 있으나, 여기에 한정되는 것은 아니며 임의의 전도성 물질로 형성될 수 있다.
도 9g를 참조하면, 상기 제 1 금속 포스트(142) 및 제 2 금속 포스트(144), 상기 발광 적층체(120)를 매립하도록 봉지부(160)를 형성할 수 있다. 상기 봉지부(160)는 상기 제 1 금속 포스트(142) 및 제 2 금속 포스트(144)의 상면이 노출되도록 형성될 수 있다.
상기 봉지부(160)는 발광 패키지를 지지할 수 있기 위하여 적절하게 높은 영 모듈러스를 가질 수 있다. 또한, 상기 봉지부(160)는 발광 적층체(120)에서 발생하는 열을 방출하기에 적합한 열전도도를 갖도록 선택될 수 있다. 또한, 상기 봉지부(160)는 위에서 설명한 바와 같이 상기 발광 적층체(120)의 총괄 열팽창 계수보다 큰 열팽창 계수를 가질 수 있다. 특히, 상기 봉지부(160)는 50℃ 내지 110℃에서 상기 발광 적층체(120)의 총괄 열팽창 계수보다 큰 열팽창 계수를 가질 수 있다. 예를 들면, 상기 봉지부(160)는 50℃ 내지 110℃에서 약 10 ppm/K 내지 약 100 ppm/K의 열팽창 계수를 가질 수 있다.
나아가, 상기 봉지부(160)는 발광 적층체(120)로부터 방출되는 빛을 반사시키기 위한 광반사 물질을 더 포함할 수있다. 상기 광반사 물질로는 TiO2, Al2O3 등이 이용될 수 있으나, 본 발명의 기술적 사상이 여기에 한정되는 것은 아니다.
상기 봉지부(160)를 형성하는 공정은 상기 제 1 금속 포스트(142) 및 제 2 금속 포스트(144)의 상부까지 덮도록 봉지재를 도포한 후, 예를 들면 그라인딩과 같은 평탄화 공정을 이용하여 상기 제 1 금속 포스트(142) 및 제 2 금속 포스트(144)의 상부를 노출시킬 수 있다.
도 9h를 참조하면, 기판(110)(도 9g 참조)이 본딩된 면의 반대쪽 면에 본딩층(170)이 개재되어 지지 기판(115)이 본딩될 수 있다. 상기 본딩층(170)은, 예를 들면, 자외선 경화성 물질(UV curable material)로 이루어질 수 있다. 그 후, 상기 기판(110)(도 9g 참조)은 그라인딩, 레이저 리프트오프와 같은 방법으로 제거될 수 있다. 이 때 광추출 효율을 증대시키기 위하여 상기 제 1 도전형 반도체층(121)의 상면이 텍스쳐링되어 조면화될 수 있다.
그 후, 형광체를 함유한 투명한 파장 변환층(180)이 발광 적층체(120) 상에 형성될 수 있다. 또한 필요에 따라 광학렌즈와 같은 다양한 광학 구조물이 부가될 수 있다. 그런 다음, 본딩층(170) 및 지지 기판(115)을 제거하고, 개별 패키지별로 절단하는 단계가 수행될 수 있다. 예를 들면, 본딩층(170) 및 지지 기판(115)을 제거한 후 점착 테이프를 부착한 후에 블레이드 절단 방식을 통하여 개별 패키지로 분리할 수 있다.
상기와 같은 공정을 통하여 얻어진 칩 스케일 패키지(chip scale package, CSP)는 반도체 발광 소자(즉 LED칩)과 실질적으로 동일한 사이즈의 패키지를 달성할 수 있기 때문에 단위 면적당 높은 광량을 얻을 수 있다. 또한, 웨이퍼 레벨로 모든 공정이 이루어지기 때문에 대량 생산에 적합하며, LED 칩과 함께 파장 변환층 및 렌즈와 같은 광학 구조물을 일체형으로 제조할 수 있다는 장점도 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 모듈(700)을 나타낸 측단면도이다.
도 10을 참조하면, 모듈 기판(710) 위에 발광 패키지(100)가 실장될 수 있다. 상기 발광 패키지(100)는 도 1을 참조하여 설명하였으므로 여기서는 추가적인 설명을 생략한다.
상기 모듈 기판(710)은 상기 발광 패키지(100)를 실장할 수 있는 임의의 기판이면 되고 특별히 한정되지 않는다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 모듈 기판(710)은 인쇄회로기판(printed circuit board, PCB)일 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 모듈 기판(710)은 연성 인쇄회로기판(flexible printed circuit board, FPCB)일 수 있다.
상기 발광 패키지(100)는 솔더 범프(722, 724)를 개재하여 상기 모듈 기판(710) 상에 실장될 수 있다. 그러나, 상기 발광 패키지(100)를 상기 모듈 기판(710)에 전기적으로 그리고 물리적으로 결합시키는 수단은 여기에 한정되지 않는다.
상기 솔더 범프(722, 724)는 각각 제 1 금속 포스트(142) 및 제 2 금속 포스트(144)에 결합될 수 있다. 또한, 상기 솔더 범프(722, 724)는 상기 모듈 기판(710) 상에 제공된 접속 단자들과 각각 결합될 수 있다.
도 10에서는 도 1을 참조하여 설명한 발광 패키지(100)가 실장된 것으로 설명하였지만, 도 2, 도 3, 도 6 내지 도 8을 참조하여 설명한 다른 발광 패키지(200, 300, 400, 500, 600)도 실장 가능하다.
또, 도 10에서는 상기 모듈 기판(710) 상에 하나의 발광 패키지(100)가 실장된 것으로 도시하였지만, 상기 모듈 기판(710) 상에는 둘 이상의 발광 패키지들이 실장될 수 있다. 또한, 하나의 모듈 기판(710) 상에 실장되는 둘 이상의 발광 패키지들은 동종의 발광 패키지들일 수도 있고, 이종의 발광 패키지들일 수도 있다.
상기 모듈 기판(710)이 연성 인쇄회로 기판인 경우에 있어서, 상기 발광 패키지(100)의 봉지층(160)의 물질을 선택함에 있어서 영 모듈러스가 낮은 재료를 선택하면 전체적으로 플렉서블한 발광 모듈(700)을 얻을 수 있기 때문에 웨어러블(wearable) 기기에 적합하게 응용될 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 모듈 기판(710)은 봉지층(160) 및 AlxInyGazN(0≤x,y,z≤1, x=y=z=0 및 x=y=z=1 제외) 화합물 반도체의 열팽창 계수보다 더 큰 열팽창 계수를 가질 수 있다. 이 경우 상기 모듈 기판(710)은 발광 패키지(100)의 발광에 의하여 온도가 상승함에 따라 모듈 기판(710)의 수평 방향 길이 변화가 발광 패키지(100)의 수평 방향 길이 변화보다 더 크기 때문에 발광 패키지(100)에 인장 응력이 전달될 수 있다. 상기 인장 응력은 발광 적층체(120)에 전달되어 발광 효율을 개선할 수 있다.
도 11a는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 발광소자(800)의 일 예를 나타내는 평면도이며, 도 11b는 도 11a에 도시된 반도체 발광소자(800)를 I-I'선으로 절취한 측단면도이다.
도 11a 및 도 11b에 도시된 반도체 발광 소자(800)는 조명용으로 고출력을 위한 대면적 구조일 수 있다. 상기 반도체 발광 소자(800)는 전류 분산의 효율 및 방열 효율을 높이기 위한 구조일수 있다.
상기 반도체 발광 소자(800)는 발광 적층체(S)와, 제 1 전극층(820), 절연층(830), 제 2 전극층(808) 및 기판(810)을 포함한다. 상기 발광 적층체(S)는 순차적으로 적층된 제 1 도전형 반도체층(804), 활성층(805), 및 제 2 도전형 반도체층(806)을 포함하며, 화학 기상 증착 장치를 이용하여 제조될 수 있다.
상기 제 1 전극(820)은 제 1 도전형 반도체층(804)에 전기적으로 접속하기 위하여 제 2 도전형 반도체층(806) 및 활성층(805)과는 전기적으로 절연되어 상기 제 1 도전형 반도체층(804)의 적어도 일부 영역까지 연장된 하나 이상의 컨택홀(880)을 포함할 수 있다. 상기 컨택홀(880)은 제 1 전극층(820)의 계면에서부터 제 2 전극층(808), 제 2 도전형 반도체층(806) 및 활성층(805)을 차례로 통과하여 제 1 도전형 반도체층(804) 내부까지 연장될 수 있다. 이러한 컨택홀(880)은 식각 공정, 예를 들어, ICP-RIE 등을 이용하여 형성될 수 있다
상기 제 1 전극층(820)을 상기 기판(810) 및 제 1 도전형 반도체층(804)을 제외한 다른 영역과 전기적으로 절연시키기 위한 절연층(830)이 상기 제 1 전극층(820) 상에 제공된다. 도 11b에 도시된 바와 같이, 상기 절연층(830)은 상기 제 1 전극(820)과 제 2 전극(808)의 사이뿐만 아니라 상기 컨택홀(880)의 측면에도 형성된다. 이로써, 상기 컨택홀(880)의 측면에 노출되는 상기 제 2 전극(808), 제 2 도전형 반도체층(806) 및 활성층(805)과 상기 제1 전극(820)을 절연시킬 수 있다. 절연층(830)은 SiO2, SiOxNy, SixNy과 같은 절연 물질을 증착시켜 형성될 수 있다.
상기 컨택홀(880)에 의해 제 1 도전형 반도체층(804)의 컨택영역(C)이 노출되며, 상기 제 1 전극(820)의 일부 영역은 상기 컨택홀(880)을 통해 상기 컨택영역(C)에 접하도록 형성될 수 있다. 이로써, 상기 제 1 전극(820)은 상기 제 1 도전형 반도체층(804)에 접속될 수 있다.
상기 컨택홀(880)은 접촉 저항이 낮아지도록 개수, 형상, 피치, 제1 및 제2 도전형 반도체층(804, 806)과의 접촉 직경(또는 접촉 면적) 등이 적절히 조절될 수 있으며(도 11a 참조), 행과 열을 따라 다양한 형태로 배열됨으로써 전류 흐름이 개선될 수 있다. 컨택영역(C) 면적은 발광 적층체(S)의 평면 면적의 0.1% 내지 20%의 범위가 되도록 도전성 비아의 개수 및 접촉 면적이 조절될 수 있다. 예를 들어 0.5% 내지 15%이며, 나아가, 1% 내지 10%일 수 있다. 상기 면적이 0.1%보다 작으면 전류 분산이 균일하지 않아 발광 특성이 떨어지며 또한 20% 이상으로 전극 면적이 증가하면 상대적으로 발광 면적의 감소로 발광 특성 및 휘도가 감소하는 문제가 발생할 수 있다.
상기 제1 도전형 반도체층(804)과 접촉하는 영역의 도전성 비아의 반경은 예를 들어, 1㎛ 내지 50㎛의 범위일 수 있으며, 도전성 비아의 개수는 발광 적층체 영역의 넓이에 따라, 발광 적층체 영역 당 1개 내지 48000개일 수 있다. 도전성 비아는 발광 적층체 영역의 넓이에 따라 다르지만, 예를 들어 2개 내지 45000개이며, 나아가 5개 내지 40000개이며, 더 나아가 10개 내지 35000개일 수 있다. 각 도전성 비아 간의 거리는 10㎛ 내지 1000㎛ 범위의 행과 열을 가지는 매트릭스 구조일 수 있으며, 예를 들어 50㎛ 내지 700㎛ 범위일 수 있으며, 나아가 100㎛ 내지 500㎛범위일 수 있고, 더 나아가 150㎛ 내지 400㎛범위 일 수 있다.
각 도전성 비아 간의 거리가 10㎛보다 작으면 비아의 개수가 증가하게 되고 상대적으로 발광면적이 줄어들어 발광 효율이 떨어지며, 거리가 1000㎛보다 커지면 전류 확산이 어려워 발광 효율이 떨어지는 문제점이 있을 수 있다. 도전성 비아의 깊이는 제 2 도전형 반도체층(806) 및 활성층의 두께에 따라 다르게 형성될 수 있고, 예컨대, 0.1㎛ 내지 5.0㎛의 범위일 수 있다.
상기 제 2 전극층(808)은 도 11b에서 도시된 바와 같이 상기 발광 적층체(S) 외부로 연장되어 노출된 전극형성영역(E)을 제공한다. 상기 전극형성영역(E)은 외부 전원을 상기 제 2 전극층(808)에 연결하기 위한 전극패드부(819)를 구비할 수 있다. 이러한 전극형성영역(E)을 1개로 예시되어 있으나, 필요에 따라 복수개로 구비할 수 있다. 상기 전극형성영역(E)은 도 11a에 도시된 바와 같이 발광면적을 최대화하기 위해서 상기 반도체 발광 소자(800)의 일측 모서리에 형성할 수 있다.
본 실시예와 같이, 전극 패드(819) 주위에는 에칭스톱용 절연층(840)에 배치될 수 있다. 상기 에칭스톱용 절연층(840)은 발광적층체(S) 형성 후 그리고 제 2 전극층(808) 형성 전에 전극형성영역(E)에 형성될 수 있으며, 전극형성영역(E)를 위한 에칭공정시에 에칭스톱으로 작용할 수 있다.
상기 제 2 전극층(808)은 상기 제 2 도전형 반도체층(806)과 오믹컨택을 이루면서도 높은 반사율을 갖는 물질이 사용될 수 있다. 이러한 제 2 전극(808)의 물질로는 반사전극물질이 사용될 수 있다.
상기 기판(810)은 상기 발광 적층체(S)보다 더 큰 열팽창 계수(CTE)를 가질 수 있다. 특히, 상기 기판(810)은 50℃ 내지 110℃에서 상기 발광 적층체(S)의 총괄 열팽창 계수보다 더 큰 열팽창 계수를 가질 수 있다.
상기 기판(810)은 50℃ 내지 110℃에서 약 10 ppm/K 내지 약 100 ppm/K의 열팽창 계수를 가질 수 있다. 만일 상기 열팽창 계수가 너무 작으면 후술하는 바와 같은 인장 응력을 발광 적층체(S)에 가할 수 없기 때문에 발광소자(800)의 발광 효율이 저하되고, 열적 드룹의 완화가 일어나지 않게 된다.
만일 상기 기판(810)의 열팽창 계수가 너무 크면 제 1 전극층(820)과의 사이에 크랙이 발생할 우려가 있다.
상기 기판(810)은 폴리머 물질로 될 수도 있고, 도전성의 금속으로 될 수도 있다.
상기 기판(810)이 폴리머 물질이고 그의 유리전이온도(Tg)가 비교적 낮은 경우, 상대적으로 더 큰 열팽창 계수를 가질 수 있다. 특히, 상기 기판(810)의 유리전이온도(Tg)가 발광소자(800)의 일반적인 동작 온도보다 낮은 경우, 상기 기판(810)은 비교적 큰 열팽창 계수를 가질 수 있다. 상기 기판(810)은 약 60℃ 이하의 유리전이온도를 가질 수 있고, 예를 들면, 50℃ 내지 110℃의 온도 범위에서 약 65 ppm/K 내지 약 95 ppm/K의 열팽창 계수를 가질 수 있다.
상기 기판(810)은, 예를 들면, 실리콘 수지(silicone), 화이트 실리콘 수지(W-silicone), 화이트 리퀴드 몰딩 컴파운드(white liquid molding compound, W-LMC) 등일 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 기판(810) 내에는 광학적 반사도를 향상시키기 위하여 금속 입자, 또는 금속 산화물 입자들이 혼합되어 있을 수 있다.
상기 기판(810)의 온도가 상승하면, 상기 기판(810)이 측방향으로 팽창하게 되고, 이로 인해 발생한 인장 응력이 제 1 전극층(820) 및 절연층(830)을 거쳐 간접적으로 상기 발광 적층체(S)로 전달될 수 있다. 이와 같이 전달된 인장 응력이 원인이 되어, 위에서 설명한 바와 같이 발광 적층체(S) 내의 내부 양자 효율이 개선될 수 있다. 그리고 그에 따라 상기 발광 적층체(S)의 열적 드룹이 완화됨으로써 발광 효율도 동시에 개선될 수 있다.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 발광 소자(900)를 나타낸 측단면도이다.
도 12를 참조하면, 반도체 발광소자(900)는 기판(910) 상에 형성된 발광 적층체(910)을 포함한다. 상기 발광 적층체(910)는 제1 도전형 반도체층(914), 활성층(915) 및 제2 도전형 반도체층(916)을 포함할 수 있다.
상기 반도체 발광소자(900)는 상기 제1 및 제2 도전형 반도체층(914, 916)에 각각 접속된 제1 및 제2 전극(922, 924)을 포함한다. 상기 제1 전극(922)은 제2 도전형 반도체층(916) 및 활성층(915)을 관통하여 제1 도전형 반도체층(914)과 접속된 도전성 비아와 같은 연결전극부(922a) 및 연결전극부(922a)에 연결된 제1 전극 패드(922b)를 포함할 수 있다. 연결전극부(922a)는 절연층(921)에 의하여 둘러싸여 활성층(915) 및 제2 도전형 반도체층(916)과 전기적으로 분리될 수 있다. 연결전극부(922a)는 발광 적층체(910)가 식각된 영역에 배치될 수 있다. 연결전극부(922a)는 접촉 저항이 낮아지도록 개수, 형상, 피치 또는 제1 도전형 반도체층(914)과의 접촉 면적 등을 적절히 설계할 수 있다. 또한, 연결전극부(922a)는 발광 적층체(910) 상에 행과 열을 이루도록 배열됨으로써 전류 흐름을 개선시킬 수 있다. 상기 제2 전극(924)은 제2 도전형 반도체층(916) 상의 오믹 콘택층(924a) 및 제2 전극 패드(924b)를 포함할 수 있다.
상기 연결용 전극(922a) 및 오믹콘택(924a)은 각각 제1 및 제2 도전형 반도체층(914, 916)과 오믹 특성을 갖는 도전성 물질이 1층 또는 다층 구조를 포함할 수 있다. 예를 들어, Ag, Al, Ni, Cr, 투명 도전성 산화물(TCO) 등의 물질 중 하나 이상을 증착하거나 스퍼터링하는 등의 공정으로 형성될 수 있다.
상기 제1 및 제2 전극 패드(922b, 924b)는 각각 상기 연결용 전극(922a) 및 오믹콘택(924a)에 접속되어 상기 반도체 발광소자(900)의 외부 단자로 기능할 수 있다. 예를 들어, 제1 및 제2 전극 패드(922b, 924b)는 Au, Ag, Al, Ti, W, Cu, Sn, Ni, Pt, Cr, NiSn, TiW, AuSn 또는 이들의 공융 금속일 수 있다.
상기 제1 및 제2 전극(922, 924)은 서로 동일한 방향으로 배치될 수 있으며, 리드 프레임 등에 소위, 플립칩 형태로 실장될 수 있다.
한편, 2개의 전극(922, 924)은 절연부(921)에 의하여 서로 전기적으로 분리될 수 있다. 절연부(921)는 전기적으로 절연 특성을 갖는 물질이면 어느 것이나 사용할 수 있으며, 전기 절연성을 갖는 물체라면 어느 것이나 채용 가능하지만, 광흡수율이 낮은 물질을 사용할 수 있다. 예를 들어, SiO2, SiOxNy, SixNy 등의 실리콘 산화물, 실리콘 질화물을 이용할 수 있을 것이다. 필요에 따라, 광투과성 물질 내에 광 반사성 필러를 분산시켜 광반사 구조를 형성할 수 있다. 이와 달리, 상기 절연부(921)는 서로 다른 굴절률을 갖는 복수의 절연막들이 교대로 적층된 다층 반사구조일 수 있다. 예를 들어 이러한 다층 반사구조는 제1 굴절률을 갖는 제1 절연막과 제2 굴절률을 갖는 제2 절연막이 교대로 적층된 분산 브래그 반사기(DBR: Distributed Bragg Reflector)일 수 있다.
상기 다층 반사 구조는 상기 굴절률이 서로 다른 복수의 절연막들이 2회 내지 100회 반복하여 적층될 수 있다. 예를 들어, 3회 내지 70회 반복하여 적층 될 수 있으며, 나아가 4회 내지 50회 반복하여 적층될 수 있다. 상기 다층 반사 구조의 복수의 절연막은 각각 SiO2, SiN, SiOxNy, TiO2, Si3N4, Al2O3, TiN, AlN, ZrO2, TiAlN, TiSiN 등의 산화물 또는 질화물 및 그 조합일 수 있다. 예를 들어, 상기 활성층에서 생성되는 빛의 파장을 λ이라고 하고 n을 해당 층의 굴절률이라 할 때에, 상기 제1 절연막과 제2 절연막은, λ/4n의 두께를 갖도록 형성될 수 있으며, 대략 약 300Å 내지 900Å의 두께를 가질 수 있다. 이때, 상기 다층 반사구조는 상기 활성층(915)에서 생성된 빛의 파장에 대해서 높은 반사율(95% 이상)을 갖도록 각 제1 절연막 및 제2 절연막의 굴절률과 두께가 선택되어 설계될 수 있다.
상기 제1 절연막 및 제2 절연막의 굴절률은 약 1.4 내지 약 2.5 범위에서 결정될 수 있으며, 상기 제1 도전형 반도체층(904)의 굴절률 및 기판의 굴절률보다 작은 값일 수 있으나, 상기 제1 도전형 반도체층(904)의 굴절률보다는 작되 기판의 굴절률보다는 큰 값을 가질 수도 있다.
상기 기판(901)은 상기 발광 적층체(910)보다 더 큰 열팽창 계수(CTE)를 가질 수 있다. 특히, 상기 기판(901)은 50℃ 내지 110℃에서 상기 발광 적층체(910)의 총괄 열팽창 계수보다 더 큰 열팽창 계수를 가질 수 있다.
상기 기판(901)은 50℃ 내지 110℃에서 약 10 ppm/K 내지 약 100 ppm/K의 열팽창 계수를 가질 수 있다. 만일 상기 열팽창 계수가 너무 작으면 후술하는 바와 같은 인장 응력을 발광 적층체(910)에 가할 수 없기 때문에 반도체 발광소자(900)의 발광 효율이 저하되고, 열적 드룹의 완화가 일어나지 않게 된다.
만일 상기 기판(901)의 열팽창 계수가 너무 크면 제1 도전형 반도체층(914)과의 사이에 크랙이 발생할 우려가 있다.
상기 기판(901)은 폴리머 물질로 될 수도 있고, 도전성의 금속으로 될 수도 있다.
상기 기판(901)이 폴리머 물질이고 그의 유리전이온도(Tg)가 비교적 낮은 경우, 상대적으로 더 큰 열팽창 계수를 가질 수 있다. 특히, 상기 기판(901)의 유리전이온도(Tg)가 반도체 발광소자(900)의 일반적인 동작 온도보다 낮은 경우, 상기 기판(901)은 비교적 큰 열팽창 계수를 가질 수 있다. 상기 기판(901)은 약 60℃ 이하의 유리전이온도를 가질 수 있고, 예를 들면, 50℃ 내지 110℃의 온도 범위에서 약 65 ppm/K 내지 약 95 ppm/K의 열팽창 계수를 가질 수 있다.
상기 기판(901)은, 예를 들면, 실리콘 수지(silicone) 등일 수 있다.
상기 기판(901)의 온도가 상승하면, 상기 기판(901)이 측방향으로 팽창하게 되고, 이로 인해 발생한 인장 응력이 상기 발광 적층체(910)로 전달될 수 있다. 이와 같이 전달된 인장 응력이 원인이 되어, 위에서 설명한 바와 같이 발광 적층체(910) 내의 내부 양자 효율이 개선될 수 있다. 그리고 그에 따라 상기 발광 적층체(910)의 열적 드룹이 완화됨으로써 발광 효율도 동시에 개선될 수 있다.
이하, 구체적인 실험예 및 비교예를 가지고 본 발명의 구성 및 효과를 보다 상세히 설명하지만, 이들 실험예는 단지 본 발명을 보다 명확하게 이해시키기 위한 것일 뿐 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다.
<실험예 1>
도 1에 개시한 구조를 갖는 CSP 발광 패키지를 제조하였다. 봉지층으로서 W-실리콘 수지를 사용하였다.
<실험예 2>
도 1에 개시한 구조를 갖는 CSP 발광 패키지를 제조하였다. 봉지층으로서 W-LMC 수지를 사용하였다.
<실험예 3>
도 1에 개시한 구조를 갖는 CSP 발광 패키지를 제조하였다. 봉지층으로서 실리콘(Silicone) 수지를 사용하였다.
<실험예 4>
도 1에 개시한 구조를 갖는 CSP 발광 패키지를 제조하였다. 봉지층의 일부로서 W-LMC 수지를 사용하였다.
<비교예>
도 1에 개시한 구조를 갖는 CSP 발광 패키지를 제조하였다. 봉지층과 파장 변환층으로서 LMC 수지를 사용하였다.
제조된 각 CSP 발광 패키지에 대하여 25℃과 85℃ 사이에서의 광속(luminous flux) 변화율 및 효율 열화율을 측정하고 이를 도 13a 및 도 13b에 도시하였다.
봉지층으로서 종래에 널리 사용되던 LMC를 이용하는 비교예에 비하여 이보다 더 큰 열팽창 계수를 갖는 W-실리콘, W-LMC, 실리콘 수지를 사용하는 실험예 1 내지 4의 광속 열화율과 효율 열화율이 개선됨을 알 수 있다. 특히, 봉지층으로 W-실리콘을 사용하는 경우 25℃에 비하여 85℃에서 효율이 더 향상되는 것을 확인할 수 있다. 특히, 실험예 1의 경우 25℃로부터 85℃로 온도가 증가할 때 광속 열화율이 ??5% 이내임을 알 수 있다.
이러한 차이는 봉지층으로서 열팽창 계수가 더 큰 물질을 사용하는 데 따른 효과인 것으로 이해되며, 파장 변환층에 대해서 적용한 경우에도 유사한 효과가 기대된다.
도 14a 및 도 14b는 본 발명의 일 실시예에 따른 백색 광원모듈(1100, 1200)의 개략적인 단면도이다.
도 14a를 참조하면, LCD 백라이트용 광원모듈(1100)은, 회로 기판(1110) 및 회로 기판(1110) 상에 실장된 복수의 백색광 발광장치들(1100a)의 배열을 포함할 수 있다. 회로 기판(1110) 상면에는 백색광 발광장치(1100a)와 접속되는 도전 패턴이 형성될 수 있다.
각각의 백색광 발광장치(1100a)는, 청색광을 방출하는 발광소자(1130)가 회로 기판(1110)에 COB(Chip On Board) 방식으로 직접 실장되는 구조를 가질 수 있다. 각각의 백색광 발광장치(1100a)는 별도의 반사벽을 갖지 않으며, 파장변환부(1150a)가 렌즈 기능을 갖는 반구형상으로 구비되어 넓은 지향각을 나타낼 수 있다. 이러한 넓은 지향각은, LCD 디스플레이의 두께 또는 폭을 감소시키는데 기여할 수 있다.
도 14b를 참조하면, LCD 백라이트용 광원모듈(1200)은, 회로 기판(1110) 및 회로 기판(1110) 상에 실장된 복수의 백색광 발광장치들(1100b)의 배열을 포함할 수 있다. 각각의 백색광 발광장치(1100b)는 패키지 본체(1125)의 반사컵 내에 실장된 청색광을 방출하는 발광소자(1130) 및 이를 봉지하는 파장변환부(1150b)를 구비할 수 있다.
상기 발광 소자(1130)는 도 1 내지 도 3, 도 6 내지 도 8, 및 도 10 내지 도 12를 참조하여 설명한 발광 패키지 또는 발광 소자(100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 900)와 같은 발광 장치일 수 있다.
상기 파장변환부(1150a, 1150b)에는 필요에 따라 형광체 및/또는 양자점과 같은 파장변환물질이 함유될 수 있다.
도 15는 조명장치에 채용가능한 백색 광원 모듈을 나타내는 개략도이다.
도 15의 (a) 및 (b)에 도시된 광원모듈은 각각 회로 기판 상에 탑재된 복수의 발광 소자 패키지를 포함할 수 있다. 하나의 광원 모듈에 탑재된 복수의 발광소자 패키지는 동일한 파장의 빛을 발생시키는 동종(同種)의 패키지로도 구성될 수 있으나, 본 실시예와 같이, 서로 상이한 파장의 빛을 발생시키는 이종(異種)의 패키지로 구성될 수도 있다.
도 15의 (a)를 참조하면, 백색 광원 모듈은 색온도 4000K 와 3000K인 백색 발광 소자 패키지('40','30')와 적색 발광 소자 패키지(赤)를 조합하여 구성될 수 있다. 상기 백색 광원 모듈은 색온도 3000K ∼ 4000K 범위로 조절 가능하고 연색성 Ra도 85 ∼ 100 범위인 백색광을 제공할 수 있다.
다른 실시예에서, 백색 광원 모듈은, 백색 발광소자 패키지만으로 구성되되, 일부 패키지는 다른 색온도의 백색광을 가질 수 있다. 예를 들어, 도 15의 (b)에 도시된 바와 같이, 색온도 2700K인 백색 발광 소자 패키지('27')와 색온도 5000K인 백색 발광 소자 패키지('50')를 조합하여 색온도 2700K 내지 5000K 범위로 조절 가능하고 연색성 Ra가 85 내지 99인 백색광을 제공할 수 있다. 여기서, 각 색온도의 발광 소자 패키지 수는 주로 기본 색온도 설정 값에 따라 개수를 달리할 수 있다. 예를 들어, 기본 설정 값이 색온도 4000K 부근의 조명장치라면 4000K에 해당하는 패키지의 개수가 색온도 3000K 또는 적색 발광 소자 패키지 개수보다 많도록 할 수 있다.
이와 같이, 이종의 발광 소자 패키지는 청색 발광 소자에 황색, 녹색, 적색 또는 오렌지색의 형광체를 조합하여 백색광을 발하는 발광 소자와 보라색, 청색, 녹색, 적색 또는 적외선 발광 소자 중 적어도 하나를 포함하도록 구성하여 백색광의 색온도 및 연색성(Color Rendering Index: CRI)을 조절하도록 할 수 있다.
상술된 백색광원모듈은 벌브형 조명장치(도 22의 '4200' 또는 도 24의 '4300')의 광원모듈(4240)로 사용될 수 있다.
단일 발광소자 패키지에서는, 발광소자인 LED 칩의 파장과 형광체의 종류 및 배합비에 따라, 원하는 색의 광을 결정하고, 백색광일 경우에는 색온도와 연색성을 조절할 수 있다.
예를 들어, LED 칩이 청색광을 발광하는 경우, 황색, 녹색, 적색 형광체 중 적어도 하나를 포함한 발광 소자 패키지는 형광체의 배합비에 따라 다양한 색온도의 백색광을 발광하도록 할 수 있다. 이와 달리, 청색 LED 칩에 녹색 또는 적색 형광체를 적용한 발광 소자 패키지는 녹색 또는 적색광을 발광하도록 할 수 있다. 이와 같이, 백색광을 내는 발광 소자 패키지와 녹색 또는 적색광을 내는 패키지를 조합하여 백색광의 색온도 및 연색성을 조절하도록 할 수 있다. 또한, 보라색, 청색, 녹색, 적색 또는 적외선을 발광하는 발광 소자 중 적어도 하나를 포함하도록 구성할 수도 있다.
이 경우, 조명 장치는 연색성을 나트륨(Na)등에서 태양광 수준으로 조절할 수 있으며, 또한 색온도를 1500K에서 20000K 수준으로 다양한 백색광을 발생시킬 수 있으며, 필요에 따라서는 보라색, 청색, 녹색, 적색, 오렌지색의 가시광 또는 적외선을 발생시켜 주위 분위기 또는 기분에 맞게 조명 색을 조절할 수 있다. 또한, 식물 성장을 촉진할 수 있는 특수 파장의 광을 발생시킬 수도 있다.
청색 발광 소자에 황색, 녹색, 적색 형광체 및/또는 녹색, 적색 발광 소자의 조합으로 만들어지는 백색광은 2개 이상의 피크 파장을 가지며, 도 16에 도시된 바와 같이, CIE 1931 좌표계의 (x, y) 좌표가 (0.4476, 0.4074), (0.3484, 0.3516), (0.3101, 0.3162), (0.3128, 0.3292), (0.3333, 0.3333)을 잇는 선분 영역 내에 위치할 수 있다. 또는, 선분과 흑체 복사 스펙트럼으로 둘러싸인 영역에 위치할 수 있다. 백색광의 색온도는 1500K ∼ 20000K 사이에 해당한다. 도 16에서 상기 흑체 복사 스펙트럼(플랑키안 궤적) 하부에 있는 점 E(0.3333, 0.3333) 부근의 백색광은 상대적으로 황색계열 성분의 광이 약해진 상태로 사람이 육안으로 느끼기에는 보다 선명한 느낌 또는 신선한 느낌을 가질 수 있는 영역의 조명 광원으로 사용될 수 있다. 따라서 상기 흑체 복사 스펙트럼(플랑키안 궤적) 하부에 있는 점 E(0.3333, 0.3333) 부근의 백색광을 이용한 조명 제품은 식료품, 의류 등을 판매하는 상가용 조명으로 효과가 좋다.
반도체 발광소자로부터 방출되는 광의 파장을 변환하기 위한 물질로서, 형광체 및/또는 양자점과 같은 다양한 물질이 사용될 수 있다
형광체로는 다음과 같은 조성식 및 컬러(color)를 가질 수 있다.
산화물계: 황색 및 녹색 Y3Al5O12:Ce, Tb3Al5O12:Ce, Lu3Al5O12:Ce
실리케이트계: 황색 및 녹색 (Ba,Sr)2SiO4:Eu, 황색 및 등색 (Ba,Sr)3SiO5:Ce
질화물계: 녹색 β-SiAlON:Eu, 황색 La3Si6N11:Ce, 등색 α-SiAlON:Eu, 적색 CaAlSiN3:Eu, Sr2Si5N8:Eu, SrSiAl4N7:Eu, SrLiAl3N4:Eu, Ln4-x(EuzM1-z)xSi12-yAlyO3+x+yN18-x-y (0.5≤x≤3, 0<z<0.3, 0<y≤4) - 식 (1)
단, 식 (1) 중, Ln은 IIIa 족 원소 및 희토류 원소로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 한 종의 원소이고, M은 Ca, Ba, Sr 및 Mg로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 한 종의 원소일 수 있다.
플루오라이드(fluoride)계: KSF계 적색 K2SiF6:Mn4+, K2TiF6:Mn4+, NaYF4:Mn4+, NaGdF4:Mn4+, K3SiF7:Mn4+
형광체 조성은 기본적으로 화학양론(stoichiometry)에 부합하여야 하며, 각 원소들은 주기율표상 각 족들 내 다른 원소로 치환이 가능하다. 예를 들어 Sr은 알카리토금속류(II)족의 Ba, Ca, Mg 등으로, Y는 란탄계열의 Tb, Lu, Sc, Gd 등으로 치환이 가능하다. 또한, 활성제인 Eu 등은 원하는 에너지 준위에 따라 Ce, Tb, Pr, Er, Yb 등으로 치환이 가능하며, 활성제 단독 또는 특성 변형을 위해 부활성제 등이 추가로 적용될 수 있다.
특히, 플루오라이드계 적색 형광체는 고온/고습에서의 신뢰성 향상을 위하여 각각 Mn을 함유하지 않는 불화물로 코팅되거나 형광체 표면 또는 Mn을 함유하지 않는 불화물 코팅 표면에 유기물 코팅을 더 포함할 수 있다. 상기와 같은 플루오라이드계 적색 형광체의 경우 기타 형광체와 달리 40nm 이하의 협반치폭을 구현할 수 있기 때문에, UHD TV와 같은 고해상도 TV에 활용될 수 있다.
아래 표 1은 청색 LED 칩(440 ∼ 460nm) 또는 UV LED 칩(380 ∼ 440nm)을 사용한 백색 발광 소자의 응용분야별 형광체 종류이다.
Figure 112015108890589-pat00001
또한, 파장변환부는 형광체를 대체하거나 형광체와 혼합하여 양자점(Quantum Dot, QD)과 같은 파장변환물질들이 사용될 수 있다.
도 17은 양자점(quantum dot, QD)의 단면 구조를 나타내는 개략도이다. 양자점(QD)는 III-V 또는 II-VI화합물 반도체를 이용하여 코어(Core)-쉘(Shell)구조를 가질 수 있다. 예를 들면, CdSe, InP 등과 같은 코어(core)와 ZnS, ZnSe과 같은 쉘(shell)을 가질 수 있다. 또한, 상기 양자점은 코어 및 쉘의 안정화를 위한 리간드(ligand) 를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 코어 직경은 1 ∼ 30nm, 나아가 3 ∼ 10nm일 수 있다, 상기 쉘 두께는 0.1 ∼ 20nm, 나아가 0.5 ∼ 2nm일 수 있다.
상기 양자점은 사이즈에 따라 다양한 컬러를 구현할 수 있으며, 특히 형광체 대체 물질로 사용되는 경우에는 적색 또는 녹색 형광체로 사용될 수 있다. 양자점을 이용하는 경우, 협반치폭(예, 약 35nm)을 구현할 수 있다.
상기 파장변환물질은 봉지재에 함유된 형태로 구현될 수 있으나(도 18, 도 19a 및 도 19b 참조), 이와 달리, 필름형상으로 미리 제조되어 LED 칩 또는 도광판과 같은 광학구조의 표면에 부착해서 사용할 수도 있으며, 이 경우에 상기 파장변환물질은 균일한 두께의 구조로 원하는 영역에 용이하게 적용할 수 있다.
도 18, 도 19a 및 도 19b는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 백라이트 유닛(2500, 2600, 2700)의 개략적인 단면도이다.
도 18, 도 19a 및 도 19b의 백라이트 유닛들(2500, 2600, 2700)은 파장변환부(2550, 2650, 2750)가 광원(2505, 2605, 2705)에 배치되지 않고, 광원(2505, 2605, 2705)의 외부에서 백라이트 유닛들(2500, 2600, 2700) 내에 배치되어 광을 변환시킬 수 있다.
도 18을 참조하면, 백라이트 유닛(2500)은 직하형 백라이트 유닛으로, 파장변환부(2550), 상기 파장변환부(2550)의 하부에 배열된 광원모듈(2510) 및 상기 광원모듈(2510)을 수용하는 바텀케이스(2560)를 포함할 수 있다. 또한, 광원모듈(2510)은 인쇄회로기판(2501) 및 상기 인쇄회로기판(2501) 상면에 실장된 복수의 광원(2505)을 포함할 수 있다. 상기 광원(2505)은 도 14a 및 도 14b의 광원모듈(1100, 1200) 중 어느 하나에서, 파장변환부(1150a, 1150b)에서 파장변환물질이 생략된 형태일 수 있다.
본 실시예의 백라이트 유닛(2500)에서는, 바텀케이스(2560) 상부에 파장변환부(2550)가 배치될 수 있다. 따라서, 광원모듈(2510)로부터 방출되는 광의 적어도 일부가 파장변환부(2550)에 의해 파장 변환될 수 있다. 상기 파장변환부(2550)는 별도의 필름으로 제조되어 적용될 수 있으나, 도시되지 않은 광확산판과 일체로 결합된 형태로 제공될 수 있다.
도 19a 및 도 19b 참조하면, 백라이트 유닛(2600, 2700)은 에지형 백라이트 유닛으로, 파장변환부(2650, 2750), 도광판(2640, 2740), 상기 도광판(2640, 2740)의 일 측에 배치되는 반사부(2620, 2720) 및 광원(2605, 2705)을 포함할 수 있다.
상기 광원(2605, 2705)에서 방출되는 광은 상기 반사부(2620, 2720)에 의해 상기 도광판(2640, 2740)의 내부로 안내될 수 있다. 도 19a의 백라이트 유닛(2600)에서, 파장변환부(2650)는 도광판(2640)과 광원(2605)의 사이에 배치될 수 있다. 도 19b의 백라이트 유닛(2700)에서, 파장변환부(2750)는 도광판(2740)의 광 방출면 상에 배치될 수 있다.
상기 도 18, 도 19a 및 도 19b에서의 파장변환부(2550, 2650, 2750)에는 통상적인 형광체가 포함될 수 있다. 특히, 광원으로부터의 열 또는 수분에 취약한 양자점의 특성을 보완하기 위하여 양자점 형광체를 사용하는 경우, 도 18, 도 19a 및 도 19b에 개시된 파장변환부(2550, 2650, 2750) 구조를 백라이트 유닛(2500, 2600, 2700)에 활용할 수 있다.
도 20은 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이 장치의 개략적인 분해사시도이다.
도 20을 참조하면, 디스플레이 장치(3000)는, 백라이트 유닛(3100), 광학시트(3200) 및 액정 패널과 같은 화상 표시 패널(3300)을 포함할 수 있다.
백라이트 유닛(3100)은 바텀케이스(3110), 반사판(3120), 도광판(3140) 및 도광판(3140)의 적어도 일 측면에 제공되는 광원모듈(3130)을 포함할 수 있다. 광원모듈(3130)은 인쇄회로기판(3131) 및 광원(3132)을 포함할 수 있다. 특히, 광원(3105)은 광방출면에 인접한 측면으로 실장된 사이드뷰 타입 발광소자일 수 있다.
광학시트(3200)는 도광판(3140)과 화상 표시 패널(3300)의 사이에 배치될 수 있으며, 확산시트, 프리즘시트 또는 보호시트와 같은 여러 종류의 시트를 포함할 수 있다.
화상 표시 패널(3300)은 광학시트(3200)를 출사한 광을 이용하여 영상을 표시할 수 있다. 화상 표시 패널(3300)은 어레이 기판(3320), 액정층(3330) 및 컬러 필터 기판(3340)을 포함할 수 있다. 어레이 기판(3320)은 매트릭스 형태로 배치된 화소 전극들, 상기 화소 전극에 구동 전압을 인가하는 박막 트랜지스터들 및 상기 박막 트랜지스터들을 작동시키기 위한 신호 라인들을 포함할 수 있다. 컬러 필터 기판(3340)은 투명기판, 컬러 필터 및 공통 전극을 포함할 수 있다. 상기 컬러 필터는 백라이트 유닛(3100)으로부터 방출되는 백색광 중 특정 파장의 광을 선택적으로 통과시키기 위한 필터들을 포함할 수 있다. 액정층(3330)은 상기 화소 전극 및 상기 공통 전극 사이에 형성된 전기장에 의해 재배열되어 광투과율을 조절할 수 있다. 광투과율이 조절된 광은 컬러 필터 기판(3340)의 상기 컬러 필터를 통과함으로써 영상을 표시할 수 있다. 화상 표시 패널(3300)은 영상 신호를 처리하는 구동회로 유닛 등을 더 포함할 수 있다.
본 실시예의 디스플레이 장치(3000)에 따르면, 상대적으로 작은 반치폭을 가지는 청색광, 녹색광 및 적색광을 방출하는 광원(3132)을 사용하므로, 방출된 광이 컬러 필터 기판(3340)을 통과한 후 높은 색순도의 청색, 녹색 및 적색을 구현할 수 있다.
도 21은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 평판 조명 장치를 간략하게 나타내는 사시도이다.
도 21을 참조하면, 평판 조명 장치(4100)는 광원모듈(4110), 전원공급장치(4120) 및 하우징(4030)을 포함할 수 있다. 본 발명의 예시적 실시예에 따라, 광원모듈(4110)은 발광소자 어레이를 광원으로 포함할 수 있고, 전원공급장치(4120)는 발광소자 구동부를 포함할 수 있다.
광원모듈(4110)은 발광소자 어레이를 포함할 수 있고, 전체적으로 평면 현상을 이루도록 형성될 수 있다. 본 발명의 예시적 실시예에 따라, 발광소자 어레이는 발광소자 및 발광소자의 구동정보를 저장하는 컨트롤러를 포함할 수 있다.
전원공급장치(4120)는 광원모듈(4110)에 전원을 공급하도록 구성될 수 있다. 하우징(4130)은 광원모듈(4110) 및 전원공급장치(4120)가 내부에 수용되도록 수용 공간이 형성될 수 있고, 일측면에 개방된 육면체 형상으로 형성되나 이에 한정되는 것은 아니다. 광원모듈(4110)은 하우징(4130)의 개방된 일측면으로 빛을 발광하도록 배치될 수 있다.
도 22는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 조명 장치로서 벌브형 램프를 간략하게 나타내는 분해 사시도이다.
구체적으로, 조명 장치(4200)는 소켓(4210), 전원부(4220), 방열부(4230), 광원모듈(4240) 및 광학부(4250)를 포함할 수 있다. 본 발명의 예시적 실시예에 따라, 광원모듈(4240)은 발광소자 어레이를 포함할 수 있고, 전원부(4220)는 발광소자 구동부를 포함할 수 있다.
소켓(4210)은 기존의 조명 장치와 대체 가능하도록 구성될 수 있다. 조명 장치(4200)에 공급되는 전력은 소켓(4210)을 통해서 인가될 수 있다. 도시된 바와 같이, 전원부(4220)는 제1 전원부(4221) 및 제2 전원부(4222)로 분리되어 조립될 수 있다. 방열부(4230)는 내부 방열부(4231) 및 외부 방열부(4232)를 포함할 수 있고, 내부 방열부(4231)는 광원모듈(4240) 및/또는 전원부(4220)와 직접 연결될 수 있고, 이를 통해 외부 방열부(4232)로 열이 전달되게 할 수 있다. 광학부(4250)는 내부 광학부(미도시) 및 외부 광학부(미도시)를 포함할 수 있고, 광원모듈(4240)이 방출하는 빛을 고르게 분산시키도록 구성될 수 있다.
광원모듈(4240)은 전원부(4220)로부터 전력을 공급받아 광학부(4250)로 빛을 방출할 수 있다. 광원모듈(4240)은 하나 이상의 발광소자(4241), 회로기판(4242) 및 컨트롤러(4243)를 포함할 수 있고, 컨트롤러(4243)는 발광소자(4241)들의 구동 정보를 저장할 수 있다.
도 23은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 조명 장치로서 바(bar) 타입의 램프를 개략적으로 나타내는 분해 사시도이다.
구체적으로, 조명 장치(4400)는 방열 부재(4410), 커버(4420), 광원 모듈(4430), 제1 소켓(4440) 및 제2 소켓(4450)을 포함한다. 방열 부재(4410)의 내부 또는/및 외부 표면에 다수개의 방열 핀(4411, 4412)이 요철 형태로 형성될 수 있으며, 방열 핀(4411, 4412)은 다양한 형상 및 간격을 갖도록 설계될 수 있다. 방열 부재(4410)의 내측에는 돌출 형태의 지지대(4413)가 형성되어 있다. 지지대(4413)에는 광원 모듈(4430)이 고정될 수 있다. 방열 부재(4410)의 양 끝단에는 걸림 턱(4414)이 형성될 수 있다.
커버(4420)에는 걸림 홈(4421)이 형성되어 있으며, 걸림 홈(4421)에는 방열 부재(4410)의 걸림 턱(4414)이 후크 결합 구조로 결합될 수 있다. 걸림 홈(4421)과 걸림 턱(4414)이 형성되는 위치는 서로 바뀔 수도 있다.
광원 모듈(4430)은 발광소자 어레이를 포함할 수 있다. 광원 모듈(4430)은 인쇄회로기판(4431), 광원(4432) 및 컨트롤러(4433)를 포함할 수 있다. 전술한 바와 같이, 컨트롤러(4433)는 광원(4432)의 구동 정보를 저장할 수 있다. 인쇄회로기판(4431)에는 광원(4432)을 동작시키기 위한 회로 배선들이 형성되어 있다. 또한, 광원(4432)을 동작시키기 위한 구성 요소들이 포함될 수도 있다.
제1, 제2 소켓(4440, 4450)은 한 쌍의 소켓으로서 방열 부재(4410) 및 커버(4420)로 구성된 원통형 커버 유닛의 양단에 결합되는 구조를 갖는다. 예를 들어, 제1 소켓(4440)은 전극 단자(4441) 및 전원 장치(4442)를 포함할 수 있고, 제2 소켓(4450)에는 더미 단자(4451)가 배치될 수 있다. 또한, 제1 소켓(4440) 또는 제2 소켓(4450) 중의 어느 하나의 소켓에 광센서 및/또는 통신 모듈이 내장될 수 있다. 예를 들어, 더미 단자(4451)가 배치된 제2 소켓(4450)에 광센서 및/또는 통신 모듈이 내장될 수 있다. 다른 예로서, 전극 단자(4441)가 배치된 제1 소켓(4440)에 광센서 및/또는 통신 모듈이 내장될 수도 있다.
도 24는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 조명 장치로서 통신 모듈을 포함하는 램프를 개략적으로 나타내는 분해 사시도이다.
구체적으로, 본 실시예에 따른 조명 장치(4300)에서 상기 도 30에서 개시하는 조명 장치(4200)와의 차이점은 광원 모듈(4240)의 상부에 반사판(4310)이 포함되어 있으며, 반사판(4310)은 광원으로부터의 빛을 측면 및 후방으로 고르게 퍼지게 하여 눈부심을 줄일 수 있다.
반사판(4310)의 상부에는 통신 모듈(4320)이 장착될 수 있으며 상기 통신 모듈(4320)을 통하여 홈-네트워크(home-network) 통신을 구현할 수 있다. 예를 들어, 상기 통신 모듈(4320)은 지그비(Zigbee), 와이파이(WiFi) 또는 라이파이(LiFi)를 이용한 무선 통신 모듈일 수 있으며, 스마트폰 또는 무선 컨트롤러를 통하여 조명 장치의 온(on)/오프(off), 밝기 조절 등과 같은 가정 내외에 설치되어 있는 조명을 컨트롤 할 수 있다. 또한 상기 가정 내외에 설치되어 있는 조명 장치의 가시광 파장을 이용한 라이파이 통신 모듈을 이용하여 TV, 냉장고, 에어컨, 도어락, 자동차 등 가정 내외에 있는 전자 제품 및 자동차 시스템의 컨트롤을 할 수 있다.
상기 반사판(4310)과 통신 모듈(4320)은 커버부(4330)에 의해 커버될 수 있다.
도 25는 실내용 조명 제어 네트워크 시스템을 설명하기 위한 개략도이다.
본 실시예에 따른 네트워크 시스템(5000)은 LED 등의 발광소자를 이용하는 조명 기술과 사물인터넷(internet of things, IoT) 기술, 무선 통신 기술 등이 융합된 복합적인 스마트 조명-네트워크 시스템일 수 있다. 네트워크 시스템(5000)은, 다양한 조명 장치 및 유무선 통신 장치를 이용하여 구현될 수 있으며, 센서, 컨트롤러, 통신수단, 네트워크 제어 및 유지 관리 등을 위한 소프트웨어 등에 의해 구현될 수 있다.
네트워크 시스템(5000)은 가정이나 사무실 같이 건물 내에 정의되는 폐쇄적인 공간은 물론, 공원, 거리 등과 같이 개방된 공간 등에도 적용될 수 있다. 네트워크 시스템(5000)은, 다양한 정보를 수집/가공하여 사용자에게 제공할 수 있도록, 사물인터넷 환경에 기초하여 구현될 수 있다. 이때, 네트워크 시스템(5000)에 포함되는 LED 램프(5200)는, 주변 환경에 대한 정보를 게이트웨이(5100)로부터 수신하여 LED 램프(5200) 자체의 조명을 제어하는 것은 물론, LED 램프(5200)의 가시광 통신 등의 기능에 기초하여 사물인터넷 환경에 포함되는 다른 장치들(5300~5800)의 동작 상태 확인 및 제어 등과 같은 역할을 수행할 수도 있다.
도 25를 참조하면, 네트워크 시스템(5000)은, 서로 다른 통신 프로토콜에 따라 송수신되는 데이터를 처리하기 위한 게이트웨이(5100), 게이트웨이(5100)와 통신 가능하도록 연결되며 LED 발광소자를 포함하는 LED 램프(5200), 및 다양한 무선 통신 방식에 따라 게이트웨이(5100)와 통신 가능하도록 연결되는 복수의 장치(5300∼5800)를 포함할 수 있다. 사물인터넷 환경에 기초하여 네트워크 시스템(5000)을 구현하기 위해, LED 램프(5200)를 비롯한 각 장치(5300∼5800)들은 적어도 하나의 통신 모듈을 포함할 수 있다. 일 실시예로, LED 램프(5200)는 WiFi, 지그비(Zigbee), LiFi 등의 무선 통신 프로토콜에 의해 게이트웨이(5100)와 통신 가능하도록 연결될 수 있으며, 이를 위해 적어도 하나의 램프용 통신 모듈(5210)을 가질 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이, 네트워크 시스템(5000)은 가정이나 사무실 같이 폐쇄적인 공간은 물론 거리나 공원 같은 개방적인 공간에도 적용될 수 있다. 네트워크 시스템(5000)이 가정에 적용되는 경우, 네트워크 시스템(5000)에 포함되며 사물인터넷 기술에 기초하여 게이트웨이(5100)와 통신 가능하도록 연결되는 복수의 장치(5300∼5800)는 가전 제품(5300), 디지털 도어록(5400), 차고 도어록(5500), 벽 등에 설치되는 조명용 스위치(5600), 무선 통신망 중계를 위한 라우터(5700) 및 스마트폰, 태블릿, 랩톱 컴퓨터 등의 모바일 기기(5800) 등을 포함할 수 있다.
네트워크 시스템(5000)에서, LED 램프(5200)는 가정 내에 설치된 무선 통신 네트워크(Zigbee, WiFi, LiFi 등)를 이용하여 다양한 장치(5300∼5800)의 동작 상태를 확인하거나, 주위 환경/상황에 따라 LED 램프(5200) 자체의 조도를 자동으로 조절할 수 있다. 또한 LED 램프(5200)에서 방출되는 가시광선을 이용한 LiFi 통신을 이용하여 네트워크 시스템(5000)에 포함되는 장치들(5300∼5800)을 컨트롤 할 수도 있다.
우선, LED 램프(5200)는 램프용 통신 모듈(5210)을 통해 게이트웨이(5100)로부터 전달되는 주변 환경, 또는 LED 램프(5200)에 장착된 센서로부터 수집되는 주변 환경 정보에 기초하여 LED 램프(5200)의 조도를 자동으로 조절할 수 있다. 예를 들면, 텔레비젼(5310)에서 방송되고 있는 프로그램의 종류 또는 화면의 밝기에 따라 LED 램프(5200)의 조명 밝기가 자동으로 조절될 수 있다. 이를 위해, LED 램프(5200)는 게이트웨이(5100)와 연결된 램프용 통신 모듈(5210)로부터 텔레비전(5310)의 동작 정보를 수신할 수 있다. 램프용 통신 모듈(5210)은 LED 램프(5200)에 포함되는 센서 및/또는 컨트롤러와 일체형으로 모듈화될 수 있다.
예를 들어, TV프로그램에서 방영되는 프로그램 값이 휴먼드라마일 경우, 미리 셋팅된 설정 값에 따라 조명도 거기에 맞게 12000K 이하의 색 온도, 예를 들면 5000K로 낮아지고 색감이 조절되어 아늑한 분위기를 연출할 수 있다. 반대로 프로그램 값이 개그프로그램인 경우, 조명도 셋팅 값에 따라 색 온도가 5000K 이상으로 높아지고 푸른색 계열의 백색조명으로 조절되도록 네트워크 시스템(5000)이 구성될 수 있다.
또한, 가정 내에 사람이 없는 상태에서 디지털 도어록(5400)이 잠긴 후 일정 시간이 경과하면, 턴-온된 LED 램프(5200)를 모두 턴-오프시켜 전기 낭비를 방지할 수 있다. 또는, 모바일 기기(5800) 등을 통해 보안 모드가 설정된 경우, 가정 내에 사람이 없는 상태에서 디지털 도어록(5400)이 잠기면, LED 램프(5200)를 턴-온 상태로 유지시킬 수도 있다.
LED 램프(5200)의 동작은, 네트워크 시스템(5000)과 연결되는 다양한 센서를 통해 수집되는 주변 환경에 따라서 제어될 수도 있다. 예를 들어 네트워크 시스템(5000)이 건물 내에 구현되는 경우, 빌딩 내에서 조명과 위치센서와 통신모듈을 결합, 건물 내 사람들의 위치정보를 수집하여 조명을 턴-온 또는 턴-오프하거나 수집한 정보를 실시간으로 제공하여 시설관리나 유휴공간의 효율적 활용을 가능케 한다. 일반적으로 LED 램프(5200)와 같은 조명 장치는, 건물 내 각 층의 거의 모든 공간에 배치되므로, LED 램프(5200)와 일체로 제공되는 센서를 통해 건물 내의 각종 정보를 수집하고 이를 시설관리, 유휴공간의 활용 등에 이용할 수 있다.
한편, LED 램프(5200)와 이미지센서, 저장장치, 램프용 통신 모듈(5210) 등을 결합함으로써, 건물 보안을 유지하거나 긴급상황을 감지하고 대응할 수 있는 장치로 활용할 수 있다. 예를 들어 LED 램프(5200)에 연기 또는 온도 감지 센서 등이 부착된 경우, 화재 발생 여부 등을 신속하게 감지함으로써 피해를 최소화할 수 있다. 또한 외부의 날씨나 일조량 등을 고려하여 조명의 밝기를 조절, 에너지를 절약하고 쾌적한 조명환경을 제공할 수도 있다.
앞서 설명한 바와 같이, 네트워크 시스템(5000)은 가정, 오피스 또는 건물 등과 같이 폐쇄적인 공간은 물론, 거리나 공원 등의 개방적인 공간에도 적용될 수 있다. 물리적 한계가 없는 개방적인 공간에 네트워크 시스템(5000)을 적용하고자 하는 경우, 무선 통신의 거리 한계 및 각종 장애물에 따른 통신 간섭 등에 따라 네트워크 시스템(5000)을 구현하기가 상대적으로 어려울 수 있다. 각 조명 기구에 센서와 통신 모듈 등을 장착하고, 각 조명 기구를 정보 수집 수단 및 통신 중개 수단으로 사용함으로써, 상기와 같은 개방적인 환경에서 네트워크 시스템(5000)을 좀 더 효율적으로 구현할 수 있다. 이하, 도 26을 참조하여 설명한다.
도 26은 개방적인 공간에 적용된 네트워크 시스템(5000')의 일 실시예를 나타낸다. 도 26을 참조하면, 본 실시예에 따른 네트워크 시스템(5000')은 통신 연결 장치(5100'), 소정의 간격마다 설치되어 통신 연결 장치(5100')와 통신 가능하도록 연결되는 복수의 조명 기구(5200', 5300'), 서버(5400'), 서버(5400')를 관리하기 위한 컴퓨터(5500'), 통신 기지국(5600'), 통신 가능한 상기 장비들을 연결하는 통신망(5700'), 및 모바일 기기(5800') 등을 포함할 수 있다.
거리 또는 공원 등의 개방적인 외부 공간에 설치되는 복수의 조명 기구(5200', 5300') 각각은 스마트 엔진(5210', 5310')을 포함할 수 있다. 스마트 엔진(5210', 5310')은 빛을 내기 위한 발광소자, 발광소자를 구동하기 위한 구동 드라이버 외에 주변 환경의 정보를 수집하는 센서, 및 통신 모듈 등을 포함할 수 있다. 상기 통신 모듈에 의해 스마트 엔진(5210', 5310')은 WiFi, Zigbee, LiFi 등의 통신 프로토콜에 따라 주변의 다른 장비들과 통신할 수 있다.
일례로, 하나의 스마트 엔진(5210')은 다른 스마트 엔진(5310')과 통신 가능하도록 연결될 수 있다. 이때, 스마트 엔진(5210', 5310') 상호 간의 통신에는 WiFi 확장 기술(WiFi Mesh)이 적용될 수 있다. 적어도 하나의 스마트 엔진(5210')은 통신망(5700')에 연결되는 통신 연결 장치(5100')와 유/무선 통신에 의해 연결될 수 있다. 통신의 효율을 높이기 위해, 몇 개의 스마트 엔진(5210', 5310')을 하나의 그룹으로 묶어 하나의 통신 연결 장치(5100')와 연결할 수 있다.
통신 연결 장치(5100')는 유/무선 통신이 가능한 액세스 포인트(access point, AP)로서, 통신망(5700')과 다른 장비 사이의 통신을 중개할 수 있다. 통신 연결 장치(5100')는 유/무선 방식 중 적어도 하나에 의해 통신망(5700')과 연결될 수 있으며, 일례로 조명 기구(5200', 5300') 중 어느 하나의 내부에 기구적으로 수납될 수 있다.
통신 연결 장치(5100')는 WiFi 등의 통신 프로토콜을 통해 모바일 기기(5800')와 연결될 수 있다. 모바일 기기(5800')의 사용자는 인접한 주변의 조명 기구(5200')의 스마트 엔진(5210')과 연결된 통신 연결 장치(5100')를 통해, 복수의 스마트 엔진(5210', 5310')이 수집한 주변 환경 정보를 수신할 수 있다. 상기 주변 환경 정보는 주변 교통 정보, 날씨 정보 등을 포함할 수 있다. 모바일 기기(5800')는 통신 기지국(5600')을 통해 3G 또는 4G 등의 무선 셀룰러 통신 방식으로 통신망(5700')에 연결될 수도 있다.
한편, 통신망(5700')에 연결되는 서버(5400')는, 각 조명 기구(5200', 5300')에 장착된 스마트 엔진(5210', 5310')이 수집하는 정보를 수신함과 동시에, 각 조명 기구(5200', 5300')의 동작 상태 등을 모니터링할 수 있다. 각 조명 기구(5200', 5300')의 동작 상태의 모니터링 결과에 기초하여 각 조명 기구(5200', 5300')를 관리하기 위해, 서버(5400')는 관리 시스템을 제공하는 컴퓨터(5500')와 연결될 수 있다. 컴퓨터(5500')는 각 조명 기구(5200', 5300'), 특히 스마트 엔진(5210', 5310')의 동작 상태를 모니터링하고 관리할 수 있는 소프트웨어 등을 실행할 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명의 실시예들에 대해 상세히 기술되었지만, 본 발명이 속하는 기술분야에 있어서 통상의 지식을 가진 사람이라면, 첨부된 청구 범위에 정의된 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 본 발명을 여러 가지로 변형하여 실시할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 앞으로의 실시예들의 변경은 본 발명의 기술을 벗어날 수 없을 것이다.
본 발명은 전자 산업에 유용하게 이용될 수 있다.
100, 200, 300, 400, 500, 600: 발광 패키지
110: 기판 120: 발광 적층체
121: 제 1 도전형 반도체층 122: 활성층
123: 제 2 도전형 반도체층 125a: 제 1 콘택
125b: 제 2 콘택 126a: 제 1 연결부
126b: 제 2 연결부 127: 제 1 절연층
128: 제 2 절연층 129: 제 3 절연층
142: 제 1 금속 포스트 144: 제 2 금속 포스트
160, 360, : 봉지층 180, 280, 380: 파장 변환층
410, 510: 응력 인가 구조물 690: 렌즈 구조물
700: 발광 모듈 710: 모듈 기판
722, 724: 솔더 범프 800, 900: 반도체 발광 소자

Claims (20)

  1. 제 1 도전형 반도체층, 활성층, 및 제 2 도전형 반도체층이 순차 적층된 발광 적층체;
    상기 제 2 도전형 반도체층을 적어도 부분적으로 둘러싸는 봉지층; 및
    상기 제 1 도전형 반도체층을 덮도록 배치된 파장 변환층;
    을 포함하고,
    상기 봉지층 또는 상기 파장 변환층은 AlxInyGazN(0≤x,y,z≤1, x=y=z=0 및 x=y=z=1 제외) 화합물 반도체의 열팽창 계수보다 더 큰 열팽창 계수를 갖는 발광 패키지.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 봉지층 또는 상기 파장 변환층은 GaN의 열팽창 계수보다 더 큰 열팽창 계수를 갖는 것을 특징으로 하는 발광 패키지.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 봉지층은 50℃ 내지 110℃에서 GaN의 열팽창 계수보다 더 큰 열팽창 계수(coefficient of thermal expansion, CTE)를 갖는 것을 특징으로 하는 발광 패키지.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 파장 변환층은 50℃ 내지 110℃에서 GaN의 열팽창 계수보다 더 큰 열팽창 계수를 갖는 것을 특징으로 하는 발광 패키지.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 봉지층 및 상기 파장 변환층은 50℃ 내지 110℃에서 GaN의 열팽창 계수보다 더 큰 열팽창 계수를 갖는 것을 특징으로 하는 발광 패키지.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 봉지층은 50℃ 내지 110℃에서 10 ppm/K 내지 100 ppm/K의 열팽창 계수를 갖는 것을 특징으로 하는 발광 패키지.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 파장 변환층은 50℃ 내지 110℃에서 10 ppm/K 내지 100 ppm/K의 열팽창 계수를 갖는 것을 특징으로 하는 발광 패키지.
  8. 제 1 항에 있어서,
    25℃로부터 85℃로 온도가 증가할 때 광속 열화율이 -5% 이내인 것을 특징으로 하는 발광 패키지.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 봉지층의 광학적 반사도(optical reflectance)가 80% 내지 100%인 것을 특징으로 하는 발광 패키지.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 봉지층은 유리전이온도(glass transition temperature, Tg)가 60℃ 이하인 것을 특징으로 하는 발광 패키지.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 봉지층은 50℃ 내지 110℃에서 65 ppm/K 내지 95 ppm/K의 열팽창 계수를 갖는 것을 특징으로 하는 발광 패키지.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 봉지층은 상기 제 2 도전형 반도체층의 일면과 접촉하면서 상기 발광 적층체의 측면을 둘러싸도록 구성되는 것을 특징으로 하는 발광 패키지.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 도전형 반도체층의 상기 파장 변환층을 향하는 쪽의 표면은 조면화된 것을 특징으로 하는 발광 패키지.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 발광 적층체에 인장 응력을 가하기 위한 응력 인가 구조물을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 패키지.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 응력 인가 구조물은 상기 봉지층의 표면 위에 있는 것을 특징으로 하는 발광 패키지.
  16. 삭제
  17. 인쇄 회로 기판; 및
    상기 인쇄 회로 기판 위에 실장된 제 1 항의 발광 패키지;
    를 포함하는 발광 모듈.
  18. 기판 위에 제 1 도전형 반도체층, 활성층 및 제 2 도전형 반도체층을 순차 포함하는 발광 적층체를 형성하는 단계;
    상기 제 2 도전형 반도체층 및 활성층을 관통하여 상기 제 1 도전형 반도체층을 노출시키는 개구부를 형성하는 단계;
    상기 제 1 도전형 반도체층 및 상기 제 2 도전형 반도체층과 각각 전기적으로 연결된 제 1 전극 및 제 2 전극을 형성하는 단계;
    상기 제 1 전극 및 제 2 전극을 적어도 부분적으로 노출시키면서 상기 발광 적층체를 부분적으로 봉지하는 봉지층을 형성하는 단계; 및
    상기 발광 적층체의 광 추출면 상에 파장 변환층을 형성하는 단계;
    를 포함하고,
    상기 봉지층의 열팽창 계수는 AlxInyGazN(0≤x,y,z≤1, x=y=z=0 및 x=y=z=1 제외) 화합물 반도체를 포함하는 상기 발광 적층체의 총괄 열팽창 계수보다 더 큰 것을 특징으로 하는 발광 패키지의 제조 방법.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 봉지층이 W-실리콘(W-Silicone) 또는 W-리퀴드 몰딩 컴파운드(W-liquid molding compound, W-LMC)인 것을 특징으로 하는 발광 패키지의 제조 방법.
  20. 제 1 항에 있어서,
    상기 봉지층 및 파장 변환층의 적어도 하나는 50℃ 내지 110℃에서 EMC(epoxy molding compound) 및 LMC(liquid molding compound)의 열팽창 계수보다 더 큰 열팽창 계수를 갖는 발광 패키지.
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