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KR102503215B1 - 발광 소자 패키지 - Google Patents

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KR102503215B1
KR102503215B1 KR1020160036959A KR20160036959A KR102503215B1 KR 102503215 B1 KR102503215 B1 KR 102503215B1 KR 1020160036959 A KR1020160036959 A KR 1020160036959A KR 20160036959 A KR20160036959 A KR 20160036959A KR 102503215 B1 KR102503215 B1 KR 102503215B1
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light
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홍성목
황경욱
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삼성전자 주식회사
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Abstract

본 발명의 기술적 사상에 의한 발광 소자 패키지는, 지지 기판; 상기 지지 기판 상에 배치된 투명 기판과, 상기 투명 기판 상에 차례로 적층된 제1 도전형 반도체층, 활성층, 및 제2 도전형 반도체층을 포함하는 발광 소자; 상기 지지 기판과 상기 발광 소자를 연결시키는 접착층; 및 상기 지지 기판 및 상기 발광 소자 사이에 형성된 공기층;을 포함할 수 있다.

Description

발광 소자 패키지{Light emitting device package}
본 발명의 기술적 사상은 발광 소자 패키지에 관한 것으로, 특히 광 추출 효율 및 열에 의한 열화(deterioration)가 개선된 발광 소자 패키지에 관한 것이다.
발광 소자는 긴 수명, 낮은 소비전력, 빠른 응답 속도, 환경 친화성 등의 장점을 가지며, 조명 장치, 디스플레이 장치의 백라이트 등 다양한 제품에서 광원으로 이용되고 있다. 이에 따라, 광 추출 효율을 개선하고 신뢰성이 향상된 발광 소자 패키지를 위한 연구가 요구되고 있다.
본 발명의 기술적 사상이 이루고자 하는 기술적 과제는, 광 추출 효율을 개선하고 신뢰성이 향상된 발광 소자 패키지를 제공하는 것이다.
본 발명의 기술적 사상에 의한 일 양태에 따른 발광 소자 패키지는, 지지 기판; 상기 지지 기판 상에 배치된 투명 기판과, 상기 투명 기판 상에 차례로 적층된 제1 도전형 반도체층, 활성층, 및 제2 도전형 반도체층을 포함하는 발광 소자; 상기 지지 기판과 상기 발광 소자를 연결시키는 접착층; 및 상기 지지 기판 및 상기 발광 소자 사이에 형성된 공기층;을 포함하는 발광 소자 패키지일 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 접착층은 상기 발광 소자의 측면 및 하면 중 적어도 일부 영역에 형성되어 상기 지지 기판과 상기 발광 소자를 연결시키고, 상기 공기층은, 상기 지지 기판, 상기 발광 소자, 및 상기 접착층에 의해 정의되는 공간에 형성된 것을 특징으로 하는 발광 소자 패키지일 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 발광 소자는 상기 투명 기판 하부에서 상기 공기층과 접하도록 형성된 반사 구조물을 더 포함하고, 상기 반사 구조물은 DBR(Distributed Bragg Reflector) 구조인 것을 특징으로 하는 발광 소자 패키지일 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 지지 기판의 상면은 홈을 포함하고, 상기 발광 소자는 상기 홈 내로 일부 삽입되어 상기 홈의 하면으로부터 이격되어 위치하는 것을 특징으로 하는 발광 소자 패키지일 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 발광 소자는, 상기 홈 내에 삽입되는 제1 영역과, 상기 홈 내에 삽입되지 않은 제2 영역으로 나뉘고, 상기 접착층은 상기 제1 영역의 측면과 상기 홈 내측면 사이에서 상기 제1 영역을 에워싸며 고리 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 발광 소자 패키지일 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 공기층은 상기 발광 소자의 하면 전체와 접하는 것을 특징으로 하는 발광 소자 패키지일 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 홈의 내측면은 계단 형상으로 이루어지고, 상기 홈은, 제1 하면을 가지는 제1 홈 영역과, 상기 제1 하면의 가장자리에서 상기 제1 하면보다 높게 위치하는 제2 하면을 가지는 제2 홈 영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 소자 패키지일 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 제2 홈 영역의 너비는 상기 발광 소자의 너비와 실질적으로 동일하고, 상기 접착층은 상기 제2 하면 상에 형성되고, 상기 발광 소자는 상기 제2 홈 영역 내에서 상기 접착층 상에 배치되는 것을 특징으로 하는 발광 소자 패키지일 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 접착층은 상기 지지 기판 상의 일부 영역과 상기 발광 소자의 하면의 일부 영역 사이에서 개구부를 포함하는 고리 형상으로 형성되고, 상기 발광 소자는 상기 접착층 상에서 상기 개구부를 덮도록 배치되는 것을 특징으로 하는 발광 소자 패키지일 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 공기층의 평면적은 상기 발광 소자의 평면적보다 작은 것을 특징으로 하는 발광 소자 패키지일 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 발광 소자와 상기 공기층이 접하는 면적은, 상기 발광 소자와 상기 접착층이 접하는 면적보다 큰 것을 특징으로 하는 발광 소자 패키지일 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 지지 기판은 상기 개구부와 연통하는 홈이 형성된 것을 특징으로 하는 발광 소자 패키지일 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 공기층과 접하는 상기 지지 기판의 상면은 요철부를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 소자 패키지일 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 지지 기판, 상기 접착층, 상기 발광 소자, 및 상기 지지 기판과 상기 발광 소자를 연결하는 와이어를 밀봉하는 봉지재를 더 포함하고, 상기 봉지재는 상기 공기층 내에 형성되지 않는 것을 특징으로 하는 발광 소자 패키지일 수 있다.
본 발명의 기술적 사상에 의한 일 양태에 따른 발광 소자 패키지는, 지지 기판, 상기 지지 기판 상에 배치되고, 반사 구조물, 투명 기판, 및 발광 구조물이 차례로 적층된 발광 소자; 상기 발광 소자의 측면및 하면 중 적어도 일부 영역에 형성되어 상기 지지 기판과 상기 발광 소자를 연결시키는 접착층; 및 상기 지지 기판, 상기 발광 소자, 및 상기 접착층에 의해 정의되는 공간에 형성된 공기층; 상기 지지 기판, 상기 접착층, 상기 발광 소자, 및 상기 와이어를 밀봉하면서, 상기 공기층 내에 형성되지 않는 봉지재;를 포함할 수 있다.
본 발명의 기술적 사상에 따른 발광 소자 패키지는, 발광 소자의 하부에 공기층이 배치되어 광의 전반사 비율이 높아지므로, 발광 소자 상부로의 광 추출 효율이 개선될 수 있다. 또한, 나노미터[nm] 두께의 공기층을 형성할 경우 발광 소자로부터 발생한 열들이 지지 기판을 통해 보다 용이하게 방출되어, 발광 소자 패키지의 열화를 억제할 수 있다. 또한, 지지 기판의 상면과 상기 발광 소자의 상면간의 높이 차이 감소에 따라, 빛샘 현상 및 봉지재에 의한 광 손실을 억제할 수 있다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따른 발광 소자 패키지의 단면도 및 평면도이다.
도 2는 도 1a의 A 부분을 확대하여 나타낸 것으로, 발광 소자를 예시한 도면이다.
도 3a는 발광 구조물에서 발생한 광이 반사 구조물에 수직으로 입사한 경우 파장에 따른 반사율을 나타낸 그래프이다.
도 3b는 발광 구조물에서 발생한 광이 반사 구조물에 입사하는 입사각에 따른 반사율을 나타낸 그래프이다.
도 4는 도 1a 및 도 1b의 봉지재에 포함된 파장 변환 물질의 분포를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따른 발광 소자 패키지의 단면도이다.
도 6은 도 5의 B 부분을 확대하여 나타낸 것으로, 홈의 하면을 예시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따른 발광 소자 패키지의 단면도이다.
도 8a 내지 도 8c는 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따른 발광 소자 패키지의 단면도 및 평면도들이다.
도 9a 내지 도 9c는 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따른 발광 소자 패키지의 단면도 및 평면도들이다.
도 10은 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따른 발광 소자 패키지의 단면도이다.
도 11a 내지 도 11c는 도 1a 및 도 1b의 발광 소자 패키지의 제조 방법을 설명하기 위하여 공정 순서에 따라 도시한 단면도들이다.
도 12a 내지 도 12c는 도 5의 발광 소자 패키지의 제조 방법을 설명하기 위하여 공정 순서에 따라 도시한 단면도들이다.
도 13a 내지 도 13c는 도 8a 내지 도 8c의 발광 소자 패키지의 제조 방법을 설명하기 위하여 공정 순서에 따라 도시한 단면도들이다.
도 14는 도 9a 내지 도 9c의 발광 소자 패키지의 제조 방법을 설명하기 위한 공정을 도시한 단면도이다.
도 15는 조명장치에 채용 가능한 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 20는 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이 장치의 개략적인 분해 사시도이다.
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.
첨부 도면에 나타난 본 발명의 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명 개념의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들로 인해 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 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 안되며, 제조 과정에서 초래되는 형상의 변화를 포함하여야 한다.
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.
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.
도면상의 동일한 구성 요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고, 이들에 대한 중복된 설명은 간략히 설명하도록 한다. 도면에서의 다양한 요소와 영역은 개략적으로 그려졌으므로, 본 발명 개념은 첨부한 도면에 그려진 상대적인 크기나 간격에 의해 제한되지 않는다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따른 발광 소자 패키지(100)의 단면도 및 평면도이다. 도 2는 도 1a의 A 부분을 확대하여 나타낸 것으로, 발광 소자를 예시한 도면이다.
도 1a, 도 1b, 및 도 2를 참조하면, 발광 소자 패키지(100)는, 지지 기판(101), 상기 지지 기판(101) 상에 배치된 발광 소자(103), 상기 발광 소자(103)의 측면(103SS)의 일부 영역에 형성되어 상기 지지 기판(101)과 상기 발광 소자(103)를 연결시키는 접착층(105), 상기 지지 기판(101), 상기 발광 소자(103), 상기 접착층(105)에 의해 정의되는 공간에 형성된 공기층(107), 상기 지지 기판(101)과 상기 발광 소자(103)을 전기적으로 연결시키는 와이어(109), 상기 지지 기판(101), 상기 접착층(105), 상기 발광 소자(103), 및 상기 와이어를 밀봉하는 봉지재(113)를 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 지지 기판(101)은 제1 전극으로 기능하는 제1 리드 프레임부(101a), 제2 전극으로 기능하는 제2 리드 프레임부(101c), 및 상기 제1 및 제2 리드 프레임부(101a, 101c)를 지지하는 지지부(101b)를 포함할 수 있다. 상기 제1 및 제2 리드 프레임부(101a, 101c)는 발광 소자 패키지(100)의 측면으로 노출되어 외부와 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 제1 및 제2 리드 프레임부(101a, 101c)는 도전성 물질로 이루어 질 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 및 제2 리드 프레임부(101a, 101c)는 금속 재질, 예를 들어 티타늄(Ti), 구리(Cu), 니켈(Ni), 금(Au), 크롬(Cr), 탄탈륨(Ta), 백금(Pt), 주석(Sn), 은(Ag), 인(P), 알루미늄(Al), 인듐(In), 팔라듐(Pd), 코발트(Co), 실리콘(Si), 게르마늄(Ge), 하프늄(Hf), 루테늄(Ru) 및 철(Fe)을 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 제1 및 제2 리드 프레임부(101a, 101c)는 절연성 물질로 이루어지는 지지부(101b)를 사이에 두고 전기적으로 분리되어 있다. 상기 지지 기판(101) 중 적어도 일부는 반사면 처리가 될 수 있다. 다만, 본 발명의 기술적 사상에 의한 발광 소자 패키지(100)는 도 1a 및 도 1b의 지지 기판(101)의 구조에 제한되지 않으며, 다양한 리드 프레임 구조, 배선 구조, 및 소자 구조를 포함할 수 있다.
상기 지지 기판(101)의 상면은 홈(G1)을 포함할 수 있다. 상기 홈(G1)의 평면적은 상기 발광 소자(103)의 일부를 수용할 수 있도록 상기 발광 소자(103)의 평면적보다 크게 형성될 수 있다.
상기 발광 소자(103)는 상기 홈(G1) 내로 일부 삽입되어 상기 홈(G1)의 하면(G1BS)으로부터 이격되어 위치할 수 있다. 상기 홈(G1)의 하면(G1BS)과 상기 발광 소자(103)의 하면(103BS) 사이의 이격된 공간에는 공기층(107)이 형성될 수 있다. 상기 발광 소자(103)는 투명 기판(103c)과, 상기 투명 기판(103c) 상에 형성된 발광 구조물(103a), 및 상기 투명 기판(103c)의 하면에 연결된 반사 구조물(103b)를 포함할 수 있다. 상기 발광 구조물(103a)은제1 도전형 반도체층(103a1), 활성층(103a2), 및 제2 도전형 반도체층(103a3)이 순차적으로 적층된 구조일 수 있다. 이 때, 상기 투명 기판(103c)은 상기 제1 도전형 반도체층(103a1)의 성장 기판일 수 있다. 도 1a에서는 상기 투명 기판(103c)이 상기 발광 구조물(103a)과 상기 반사 구조물(103b) 사이에 배치된 것으로 도시되었으나, 본 발명의 기술적 사상이 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 투명 기판(103c)은 생략될 수 있다.
상기 제1 및 제2 도전형 반도체층(103a1, 103a3)은 각각 p형 및 n형 불순물이 도핑된 반도체로 이루어질 수 있다. 반대로, 상기 제1 및 제2 도전형 반도체층(103a1, 103a3)은 각각 n형 및 p형 불순물이 도핑된 반도체로 이루어질 수 있다. 상기 제1 및 제2 도전형 반도체층(103a1, 103a3)은 질화물 반도체, 예를 들어 AlxInyGa(1-x-y)N(0<x<1, 0<y<1, 0<x+y<1)로 이루어질 수 있다. 다만, 상기 제1 및 제2 도전형 반도체층(103a1, 103a3)은 상기 질화물 반도체 외에도 GaAs계 반도체나 GaP계 반도체로 이루어질 수 있다. 상기 제1 도전형 반도체층(103a1), 상기 활성층(103a2), 및 상기 제2 도전형 반도체층(103a3)은 에피택셜층일 수 있다.
상기 제1 및 제2 도전형 반도체층(103a1, 103a3) 사이에 개재되는 상기 활성층(103a2)은 전자와 정공의 재결합에 의해 소정의 에너지를 갖는 광을 방출할 수 있다. 상기 활성층(103a2)은 양자 우물층과 양자 장벽층이 서로 교대로 적층된 다중 양자 우물(MQW) 구조, 예를 들어 InGaN/GaN 또는 AlGaN/GaN 구조로 이루어질 수 있다. 또한 상기 활성층(103a2)은 단일 양자 우물(SQW) 구조일 수 있다. 상기 발광 구조물(103a)은 상기 발광 구조물(103a)을 구성하는 화합물 반도체의 재질에 따라 청색, 녹색, 적색 또는 자외선 등을 발광할 수 있다. 다만 상기 발광 구조물(103a) 상에 형성된 상기 봉지재(113)에 포함된 파장 변환 물질에 의해, 상기 발광 구조물(103a)로부터 발생하는 광의 파장이 변환되어 다양한 색의 광이 출력될 수 있다. 상기 제1 및 제2 도전형 반도체층(103a1, 103a3)은 제1 및 제2 전극(110a1, 110a3)과 각각 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 제1 및 제2 전극(110a1, 110a3)은 전기 전도성 물질, 예를 들어 Ag, Al, Ni, Cr 등의 물질 중 적어도 하나일 수 있다. 상기 제1 및 제2 전극(110a1, 110a3)은 투명 전극, 예를 들어 ITO(Indium tin Oxide), AZO(Aluminium Zinc Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide), ZnO, GZO(ZnO:Ga), In2O3, SnO2, CdO, CdSnO4, 또는 Ga2O3일 수 있다. 상기 제1 및 제2 전극(110a1, 110a3)의 구조는 도 1a 및 도 1b에 도시된 구조에 한정되지 않으며, 다양한 구조 및 물질을 포함할 수 있다. 상기 제1 및 제2 전극(110a1, 110a3)은 와이어(109)에 의해 각각 제1 및 제2 리드 프레임부(101a, 101c)에 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 투명 기판(103c)의 하부에 형성된 반사 구조물(103b)은 상기 발광 구조물(103a)로부터 발생하여 상기 투명 기판(103c)의 하부로 방사되는 광을 상부를 향하여 반사시킬 수 있다. 상기 반사 구조물(103b)은 다층 구조로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 상기 반사 구조물(103b)은 DBR(Distributed Bragg Reflector) 구조일 수 있다. 상기 반사 구조물(103b)은 서로 다른 물질로 이루어지는 제1 층(103b1)과 제2 층(103b2)이 적어도 1회 교대하여 배치된 구조일 수 있다. 상기 제1 및 제2 층(103b1, 103b2)은 서로 다른 굴절률 및/또는 서로 다른 두께를 가질 수 있다. 상기 반사 구조물(103b)은 상기 발광 구조물(103a)에서 발생한 광의 파장에 대해 높은 반사율을 갖도록 상기 제1 및 제2 층(103b1, 103b2) 각각의 굴절률, 두께, 및 상기 제1 및 제2 층(103b1, 103b2)의 반복 횟수를 선택하여 설계될 수 있다.
도 2에서는 상기 반사 구조물(103b)이 다층 구조를 가지는 것으로 도시되었으나, 본 발명의 기술적 사상이 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 반사 구조물(103b)은 단일 물질로 이루어질 수 있다.
광 추출 효율은 발광 구조물(103a)에서 발생한 광 중 발광 구조물(103a)의 상부, 즉 광 조사면으로 방사되는 광의 비율에 따라 결정될 수 있다. 일반적으로, 발광 구조물(103a)에 의해 발생한 광의 상당 부분이 발광 구조물(103a)의 상부가 아닌 하부로 방사될 수 있다. 이 때, 발광 구조물(103a)의 하부에 위치한 구조물, 예를 들어 지지 기판(101) 등에 의해 광이 흡수되어 광 추출 효율이 감소할 수 있다. 반사 구조물(103b)은 발광 구조물(103a)의 하부로 방사되는 광을 발광 구조물(103a)의 상부로 반사하여, 발광 구조물(103a)의 하부에 위치한 구조물들로의 광 흡수를 억제할 수 있다. 일반적인 발광 소자 패키지의 경우, 발광 소자(103)는 발광 소자(103)의 하면 전체를 덮는 접착층에 의해 지지 기판(101)에 고정된다. 이 경우, 발광 소자(103)의 반사 구조물(103b)과 접착층이 직접 접하게 되는데, 반사 구조물(103b)과 접착층간의 굴절률 차이가 적어 반사 구조물(103b)과 접착층 사이에서 굴절률이 순차적으로 변화하게 된다. 이에 따라, 발광 구조물(103a)의 하부로 방사되는 광이 반사 구조물(103b)과 접착층 사이에서 전반사되지 않고, 순차적인 광 굴절을 통해 발광 구조물(103a)의 하부로 손실될 수 있다.
본 발명의 기술적 사상에 의한 발광 소자 패키지(100)는, 발광 소자(103)의 측면(103SS)의 일부 영역에 형성되어 상기 발광 소자(103)를 상기 지지 기판(101)에 연결시키는 접착층(105)을 포함할 수 있다. 상기 접착층(105)은 상기 발광 소자(103)를 상기 지지 기판(101)에 고정시키는 동시에, 상기 반사 구조물(103b)의 하면 전체에 직접 접하지 않도록 형성될 수 있다. 즉, 상기 반사 구조물(103b)의 하면에는 공기층(107)이 형성될 수 있다. 상기 공기층(107)은 상기 반사 구조물(103b)과 굴절률 차이가 매우 크므로, 광이 상기 발광 구조물(103a)의 하부로 방사되더라도 광의 전반사 비율이 높아져 상기 발광 구조물(103a) 상부로의 광 추출 효율이 개선될 수 있다.
예를 들어, 반사 구조물(103b)의 하면 전체에 부착된 접착층의 굴절률이 약 1.4 내지 약 1.5 인 경우, 반사 구조물(103b)와 접착층 사이에서의 광의 전반사는 약 51 ° 내지 약 56 °이상의 입사각을 가지는 광에 한해 발생할 수 있다. 반면, 상기 반사 구조물(103b)의 하면에 접한 공기층(107)은 굴절률이 1.0 이므로, 반사 구조물(103b)과 공기층(107) 사이에서의 광의 전반사는 약 34°이상의 입사각을 가지는 광에 의해 발생할 수 있다. 즉, 상기 반사 구조물(103b)의 하면에 공기층(107)을 도입하는 경우, 상기 반사 구조물(103b)의 하면 전체에 접착층을 형성한 경우에 비하여 약 34° 내지 약 56° 의 입사각을 가지는 광의 손실을 방지하여 광 추출 효율이 개선될 수 있다.
또한, 상기 반사 구조물(103b)의 하면에 공기층(107)이 형성되는 경우, 상기 발광 소자(103)의 하면에 접착층이 직접 형성된 경우에 비하여, 발광 소자(103)로부터 발생한 열들이 상기 지지 기판(101)을 통해 보다 용이하게 방출될 수 있다. 이에 따라, 열에 의해 발광 소자 패키지(100)의 신뢰성이 열화되는 문제가 개선될 수 있다.
또한, 상기 발광 소자(103)는 상기 지지 기판(101)에 형성된 홈(G1) 내로 일부 삽입되는 구조이므로, 상기 지지 기판(101)의 상면으로부터 상기 발광 소자(103)의 상면까지의 높이 차이가 적을 수 있다. 이에 따라, 봉지재(113) 내에 파장 변환 물질(115)이 포함된 경우, 상기 파장 변환 물질(115)이 상기 봉지재(113)의 하부에 침전되는 경우에도 상기 발광 소자(103)에서 발생한 광이 파장 변환을 거쳐 방출될 수 있다. 또한, 상기 지지 기판(101)의 상면으로부터 상기 발광 소자(103)의 상면까지의 높이 차이가 감소함에 따라, 상기 발광 소자(103)를 밀봉하는 봉지재(113)의 두께를 감소시킬 수 있다. 이에 따라 상기 봉지재(113)의 광 흡수에 의한 광 손실도 억제할 수 있다.
도 1a에서는 생략되었으나, 일부 실시예들에서 상기 반사 구조물(103b)의 하면 상에 성장 기판이 더 형성될 수 있다.
상기 발광 소자(103)와 상기 지지 기판(101)을 연결하는 접착층(105)은 상기 지지 기판(101)의 상기 홈(G1)의 내측면(G1SS)을 따라 형성될 수 있다. 구체적으로, 상기 발광 소자(103)는 상기 홈(G1) 내에 삽입되는 제1 영역(103R1)과, 상기 홈(G1) 내에 삽입되지 않는 제2 영역(103R2)으로 나뉠 수 있다. 이 때, 상기 접착층(105)은 상기 발광 소자(103)의 상기 제1 영역(103R1)의 측면과, 상기 홈(G1)의 내측면(G1SS) 사이에서 상기 제1 영역(103R1)을 에워싸며 고리 형상으로 형성될 수 있다. 이에 따라, 상기 공기층(107)은 상기 발광 소자(103)의 하면(103BS) 전체와 접할 수 있다. 상기 접착층(105)은 반도체 물질, 예를 들어 실리콘(Si)으로 이루어질 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 접착층(105)은 금속을 포함할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
도 1a 및 도 1b에서는 발광 소자(103)의 측면의 일부 영역에 형성된 접착층(105)에 의해 상기 발광 소자(103)가 상기 지지 기판(101)에 고정되는 것으로 도시되었으나, 본 발명의 기술적 사상이 이에 한정되는 것은 아니다. 후술하는 도 8a 내지 도 10을 참조하면, 상기 발광 소자(103)는 발광 소자(103)의 하면의 일부 영역에 형성된 접착층(205, 305)에 의해 상기 지지 기판(201, 301)에 고정될 수 있다. 상세한 설명은 도 8a 내지 도 10을 참조하여 설명하도록 한다.
상기 지지 기판(101) 상에는 상기 발광 소자(103)를 에워싸는 지지 구조물(111)이 배치될 수 있다. 상기 지지 구조물(111)은 상부에서 하부로 갈수록 지름이 작아지면서 상기 제1 및 제2 리드 프레임(101a, 101c)의 상면을 노출시키는 캐비티(cavity) 구조를 포함할 수 있다. 상기 캐비티의 너비 및 높이는 상기 발광 소자(103)의 너비 및 높이 보다 크게 형성될 수 있다. 상기 지지 구조물(111)의 내측면은 경사면을 가지도록 형성될 수 있다. 상기 지지 구조물(111)의 내측면의 경사면의 각도에 따라 상기 발광 소자(103)에서 방출되는 광의 반사각이 달라질 수 있으며, 외부로 방출되는 광의 지향각을 조절할 수 있다. 상기 지지 구조물(111)은 폴리프탈아미드(PPA; Polyphthalamide)와 같은 수지 재질, 실리콘(Si), 알루미늄(Al), 알루미늄 나이트라이드(AlN), 액정폴리머(PSG, photo sensitive glass), 폴리아미드9T(PA9T), 신지오택틱폴리스티렌(SPS), 금속 재질, 사파이어(Al2O3), 베릴륨 옥사이드(BeO) 중 적어도 하나로 형성될 수 있다. 상기 지지 구조물(111)은 사출 성형, 에칭 공정 등에 의해 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 지지 구조물(111)의 내부에는 상기 지지 기판(101) 상에서 상기 발광 소자(103) 및 와이어(109)를 밀봉하는 봉지재(113)가 충진될 수 있다. 상기 봉지재(113)는 외부로부터 상기 발광 소자(103)를 격리시켜 상기 발광 소자(103)를 외부 충격 및 오염으로부터 보호할 수 있다.
도 1a 및 도 1b에서는 상기 봉지재(113)의 상면이 평평한 구조로 도시되었으나, 본 발명의 기술적 사상이 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 봉지재(113)의 상면은 볼록한 형상 도는 오목한 형상으로 형성될 수 있다. 상기 봉지재(113)는 수밀성, 내식성, 절연성이 우수한 실리콘, 에폭시 및 기타 수지 재질로 형성될 수 있으며, 자외선 또는 열 경화 방식으로 형성될 수 있다.
상기 봉지재(113)는 광의 파장을 변환시키는 파장 변환 물질을 포함할 수 있다. 파장 변환 물질은 발광 소자(103)로부터 발생되는 광의 파장을 변환시켜 상기 발광 소자 패키지(100)에서 백색광이 구현되도록 할 수 있다. 상기 봉지재(113)에 포함되는 파장 변환 물질에 대해서는 도 15를 참조하여 후술하도록 한다.
상기 봉지재(113) 내에는 상기 발광 소자(103)에서 발생되는 광을 분산시키는 광 확산재가 더 포함될 수 있다. 광 확산재는 금속 입자 형태로 제공될 수 있다. 광 확산재가 금속으로 형성되는 경우 표면 플라즈몬 공명에 의해 발광 소자 패키지(100)의 광 추출 효율이 향상될 수 있다.
도 3a는 발광 구조물에서 발생한 광이 다층 구조의 반사 구조물에 수직으로 입사하는 경우 파장에 따른 반사율을 나타낸 그래프이다. 도 3b는 발광 구조물에서 발생한 광이 반사 구조물에 입사하는 입사각에 따른 반사율을 나타낸 그래프이다. 비교예 X는 반사 구조물(103b)의 하면 전체에 공기층이 아닌 접착층이 형성된 경우이고, 실시예 Y는 반사 구조물(103b)의 하부에 공기층(107)이 형성된 경우이다.
도 1a, 도 1b, 및 도 3a를 참조하면, 해당 기술 분야에서 알려진 바와 같이, 비교예 X 및 실시예 Y의 반사 구조물(103b)은 특정 파장 대역에서 매우 높은 반사율을 나타내며, 나머지 파장 대역에서는 반사율이 낮아진다. 또한, 비교예 X 및 실시예 Y의 구조적 차이와는 무관하게 파장에 따른 광 반사율은 유사하게 나타난다.
도 3b를 참조하면, 비교예 X에서는 특정 입사각 범위에서 반사 구조물의 광 반사율이 현저하게 떨어진다. 반면, 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예 Y에서는 입사각 범위와 무관하게 반사 구조물(103b)의 광 반사율이 매우 높은 수준을 유지한다.
즉, 도 1a 내지 도 1b에서 전술한 바와 같이, 발광 소자 패키지(100)는 반사 구조물(103b)의 하부에 공기층(107)을 배치하여 반사 구조물(103b)의 광 반사율을 높게 유지할 수 있다.
도 4는 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따른 발광 소자 패키지(100a)의 단면도이다. 상기 발광 소자 패키지(100a)는 도 1a 및 도 1b의 발광 소자 패키지(100)와 유사하나, 봉지재(113)가 불균일하게 분포된 파장 변환 물질(115)을 포함하는 차이가 있다. 도 1a 및 도 1b와 중복되는 설명은 생략하도록 한다.
도 4를 참조하면, 발광 소자(103)는 지지 기판(101)에 형성된 홈(G1) 내로 일부 삽입되는 구조이므로, 상기 지지 기판(101)의 상면으로부터 상기 발광 소자(103)의 상면까지의 높이 차이가 적을 수 있다.
이에 따라, 봉지재(113) 내에 파장 변환 물질(115)이 포함된 경우, 상기 파장 변환 물질(115)이 상기 봉지재(113)의 하부에 침전되는 경우에도 상기 발광 소자(103)와 상기 파장 변환 물질(115)이 충분히 접할 수 있다. 따라서, 상기 발광 소자(103)에서 발생한 대부분의 광이 파장 변환을 거쳐 방출되므로, 목적하지 않은 파장 대역의 광이 방출되는 빛샘(light leakage) 현상이 개선될 수 있다.
도 5는 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따른 발광 소자 패키지(100b)의 단면도이다. 상기 발광 소자 패키지(100b)는 도 1a 및 도 1b의 발광 소자 패키지(100)와 유사하나, 홈(G2)의 하면(G2BS)이 요철부를 포함하는 차이가 있다. 도 6은 도 5의 B 부분을 확대하여 나타낸 것으로, 홈(G2)을 상세히 나타내는 도면이다.
도 5를 참조하면, 지지 기판(101')의 상면에 형성된 홈(G2)의 하면(G2BS)은 요철부를 포함할 수 있다. 상기 요철부는 상기 홈(G2)을 형성하기 위한 기계적 또는 화학적 가공 공정에 의해 형성될 수 있다. 구체적으로, 상기 홈(G2)의 하면(G2BS)은 볼록부들과, 상기 볼록부들 사이의 오목부들을 포함할 수 있다.
발광 소자(103)는 상기 홈(G2) 내로 일부 삽입될 수 있다. 이 때, 상기 발광 소자(103)의 하면(103BS)은 상기 홈(G2)의 볼록부들 상에 배치될 수 있다. 이에 따라, 상기 발광 소자(103)의 하면(103BS)과 상기 홈(G2)의 오목부들에 의해 정의되는 공간에 공기층(107')이 형성될 수 있다. 이에 따라, 상기 발광 소자(103)의 하면(103BS) 전체는 상기 공기층(107')과 접하게 된다. 상기 공기층(107')은 반사 구조물(103b)과 굴절률 차이가 매우 크므로, 광이 발광 구조물(103a)의 하부로 방사되더라도 광의 전반사 비율이 높아져 상기 발광 구조물(103a) 상부로의 광 추출 효율이 개선될 수 있다.
또한, 발광 소자(103)로부터 발생한 열들이 상기 지지 기판(101')을 통해 보다 용이하게 방출되어, 발광 소자 패키지(100b)의 열화를 억제할 수 있다. 또한, 지지 기판(101')의 상면과 상기 발광 소자(103)의 상면간의 높이 차이 감소에 따라, 빛샘 현상 및 봉지재에 의한 광 손실도 억제할 수 있다.
접착층(105')은 상기 홈(G2)의 하면(G2BS)의 요철부 상에서 상기 홈(G2)의 내측면(G2SS)을 덮도록 형성될 수 있다. 전술한 바와 같이, 상기 접착층(105')은 상기 발광 소자(103)를 상기 지지 기판(101')에 고정시킬 수 있다.
도 7은 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따른 발광 소자 패키지(100c)의 단면도이다. 상기 발광 소자 패키지(100c)는 도 1a 및 도 1b의 발광 소자 패키지(100)와 유사하나, 도 1a 및 도 1b의 지지 구조물(111)을 포함하지 않고, 봉지재(113')의 형상에 차이가 있다.
도 7을 참조하면, 발광 소자 패키지(100c)는 지지 기판(101), 발광 소자 (103), 접착층(105), 및 와이어(109)를 밀봉하는 봉지재(113')를 포함할 수 있다. 상기 봉지재(113')는 렌즈 기능을 가지도록 반구 형상으로 형성되어 넓은 지향각을 나타낼 수 있다. 발광 소자 패키지(100c)는 별도의 지지 구조물이 없어 발광 소자 패키지(100c)의 전체적인 두께 및 폭을 감소시킬 수 있다.
도 7에서는 상기 봉지재(113')가 반구 형상인 것으로 도시되었으나, 본 발명의 기술적 사상이 이에 한정되는 것은 아니다. 발광 소자 패키지(100c)에 요구되는 지향각에 대응하여 상기 봉지재(113')의 표면의 형상은 다양하게 선택될 수 있다.
상기 봉지재(113')는 전술한 파장 변환 물질 및/또는 광 확산 물질을 더 포함할 수 있다.
도 8a 내지 도 8c는 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따른 발광 소자 패키지(200)의 단면도 및 평면도들이다. 상기 발광 소자 패키지(200)는 도 1a 및 도 1b의 발광 소자 패키지(100)와 유사하나, 지지 기판(101)이 제1 홈(G3) 및 제2 홈(G4)을 포함하고, 발광 소자(103)가 상기 제2 홈(G2) 내에 안착되는 차이가 있다. 도 8c는 발광 소자 패키지(200)에서 발광 소자(103)를 생략하고 도시한 도면이다.
도 8a 내지 도 8c를 참조하면, 지지 기판(201)은 너비와 깊이가 서로 다른 제1 홈(G3)과 제2 홈(G4)을 포함할 수 있다. 상기 제1 및 제2 홈(G3, G4)은 상기 지지 기판(201)의 주면(main surface)과 수직한 방향으로 서로 오버랩하여 형성되며, 이에 따라 상기 제1 및 제2 홈(G3, G4)의 내측면은 계단 형상을 가질 수 있다. 구체적으로, 상기 제1 홈(G3)은 제1 너비(G3W)를 가지고, 제1 레벨(L1)에 위치한 제1 하면(G3BS)을 가진다. 상기 제2 홈(G4)은 제1 너비(G3W)보다 넓은 제2 너비(G4W)를 가지고, 상기 제1 레벨(L2)보다 높은 제2 레벨(L2)에 위치한 제2 하면(G4BS)을 포함할 수 있다. 이 때, 상기 제1 홈(G4)의 제2 너비(G4W)는 발광 소자(103)의 너비(103W)와 실질적으로 동일할 수 있다.
상기 발광 소자(103)는 상기 제2 홈(G4)의 제2 하면(G4BS) 상에 안착될 수 있다. 상기 발광 소자(103)의 측면(103SS)은 상기 제2 홈(G4)의 내측면과 접할 수 있다.
상기 제2 홈(G4)의 하면(G4BS) 상에는 접착층(205)이 개재될 수 있다. 이에 따라, 상기 접착층(205)은 개구부를 포함하는 고리 형상을 가질 수 있다. 상기 접착층(205)은 상기 제2 홈(G4)의 하면(G4BS)과 상기 발광 소자(103)의 하면(103BS) 사이를 고정시킬 수 있다. 즉, 상기 발광 소자(103)의 하면(103BS) 중 가장자리 일부 영역은 상기 접착층(205)과 접하고, 상기 발광 소자(103)의 하면(103BS) 중 중앙 영역은 상기 제1 홈(G3)에 의해 형성된 공기층(207)과 접하게 된다.
전술한 바와 같이, 상기 공기층(207)은 상기 발광 소자(103)의 반사 구조물(103b)과 굴절률 차이가 매우 크므로, 광이 발광 구조물(103a)의 하부로 방사되더라도 광의 전반사 비율이 높아져 상기 발광 구조물(103a) 상부로의 광 추출 효율이 개선될 수 있다. 또한, 발광 소자(103)로부터 발생한 열들이 상기 지지 기판(201)을 통해 보다 용이하게 방출되어, 발광 소자 패키지(200)의 열화를 억제할 수 있다. 또한, 지지 기판(201)의 상면과 상기 발광 소자(103)의 상면간의 높이 차이 감소에 따라, 빛샘 현상 및 봉지재에 의한 광 손실을 억제할 수 있다.
도 9a 내지 도 9c는 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따른 발광 소자 패키지(300)의 단면도 및 평면도들이다. 상기 발광 소자 패키지(300)는 도 1a 및 도 1b의 발광 소자 패키지(100)와 유사하나, 공기층(307)이 지지 기판(301) 상에 형성되는 차이가 있다. 도 9c는 발광 소자 패키지(300)에서 발광 소자(103)를 생략하고 도시한 도면이다.
도 9a 내지 도 9c를 참조하면, 지지 기판 (301) 상에 개구부를 포함하여 고리 형상을 가지는 접착층(305)이 형성될 수 있다. 상기 접착층(305)의 개구부의 평면적은 상기 발광 소자(103)의 평면적보다 작게 형성된다. 상기 접착층(305) 상에는 상기 개구부를 덮도록 발광 소자(103)가 배치될 수 있다.
상기 지지 기판(301), 상기 접착층(305), 및 상기 발광 소자(103)에 의해 정의되는 공간에는 공기층(307)이 형성될 수 있다. 이에 따라, 상기 발광 소자(103)의 반사 구조물(103b)의 중앙 영역은 상기 공기층(307)과 접할 수 있다. 이 때, 상기 발광 소자(103)의 가장자리 영역은 상기 접착층(305)과 접하게 되므로, 상기 공기층(307)의 너비(307W)는 상기 발광 소자(103)의 너비(103W)보다 더 작을 수 있다. 즉, 상기 공기층(307)의 평면적은 상기 발광 소자(103)의 평면적보다 더 작을 수 있다.
상기 공기층(307)의 평면적은 상기 발광 소자(103)와 상기 접착층(305)이 접하는 평면적보다 클 수 있다. 상기 발광 소자(103)의 하면과 상기 공기층(307)의 접하는 면적이 클수록 반사 구조물(103b)의 광 반사율이 높아져 광 추출이 향상될 수 있다.
도 10은 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따른 발광 소자 패키지(400)의 단면도이다. 상기 발광 소자 패키지(400)는 도 9a 및 도 9c의 발광 소자 패키지(300)와 유사하나, 지지 기판(401) 내에 홈(G5)이 더 형성되는 차이가 있다.
도 10을 참조하면, 지지 기판(401)은 상기 지지 기판(401) 상에 형성된 접착층(305)의 개구부와 연통하는 홈(G5)을 더 포함할 수 있다. 이에 따라, 상기 홈(G5)의 하면 및 내측면, 상기 접착층(405), 및 발광 소자(103)에 의해 정의되는 공기층(407)이 형성될 수 있다.
도11a 내지 도 11c는 도 1a 및 도 1b의 발광 소자 패키지(100)의 제조 방법을 설명하기 위하여 공정 순서에 따라 도시한 단면도들이다.
도 11a를 참조하면, 제1 및 제2 리드 프레임(101a, 101c), 및 이들을 분리 및 지지하는 지지부(101b)를 포함하는 지지 기판(101)을 준비하고, 상기 지지 기판(101) 상에 지지 구조물(111)을 형성할 수 있다. 상기 지지 구조물(111)은 사출 성형 또는 에칭 공정 등에 의해 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 지지 기판(101) 상에 기계적 또는 화학적 가공 공정 등에 의해 홈(G1)을 형성할 수 있다. 상기 홈(G1)은 상대적으로 넓은 영역을 가지는 상기 제1 리드 프레임(101a)에 형성될 수 있다.
도 11b를 참조하면, 홈(G1)의 내측면(G1SS) 상에 접착성 물질을 도포하여 접착층(105)을 형성할 수 있다.
도 11c를 참조하면, 상기 접착층(105)이 형성된 홈(G1) 내에 발광 소자(103)를 일부 삽입할 수 있다. 상기 발광 소자(103)의 측면은 상기 접착층(105)에 의해 고정되므로, 상기 홈(G1)의 하면(G1BS)으로부터 이격되어 배치될 수 있다. 이에 따라, 상기 홈(G1)의 하면(G1BS), 상기 접착층(105), 및 상기 발광 소자(103)에 의해 정의되는 공간에 공기층(107)이 형성될 수 있다.
이후, 다시 도 1a 및 도 1b를 참조하면, 상기 지지 기판(101)과 상기 발광 소자(103) 사이를 전기적으로 연결하는 와이어 본딩 공정을 수행할 수 있다. 이 때, 상기 발광 소자(103)는 상기 접착층(105)에 의해 상기 지지 기판(101)에 고정되므로, 와이어 본딩 공정을 수행하는 동안에도 안정적인 구조를 가질 수 있다.
이후, 상기 지지 구조물(111) 내에 상기 발광 소자(103), 상기 접착층(105), 및 와이어(109)를 밀봉하는 봉지재(113)를 형성하여 발광 소자 패키지(100)를 제조할 수 있다.
도 4의 발광 소자 패키지(100a)는 도 11a 내지 도 11c의 공정에 기초하며, 몰딩 물질 내에 파장 변환 물질(115)을 혼합한 후 봉지재(113)를 형성하는 차이가 있다.
도 7의 발광 소자 패키지(100c)는 도 11a 내지 도 11c의 공정에 기초하나, 지지 구조물(111)을 형성하지 않고, 상기 발광 소자(103), 상기 접착층(105), 및 상기 와이어(109)를 밀봉하는 봉지재(113')를 형성하는 차이가 있다.
도 12a 내지 도 12c는 도 5의 발광 소자 패키지(100a)의 제조 방법을 설명하기 위하여 공정 순서에 따라 도시한 단면도들이다.
도 12a를 참조하면, 펀칭 공정, 단조 공정, 전단 공정 등의 기계적 가공 공정에 의해 지지 기판(101')에 홈(G2)을 형성할 수 있다. 이 때, 상기 홈(G2)의 하면(G2BS)에 요철부가 형성될 수 있다. 상기 요철부는 볼록부들과 상기 볼록부들 사이에 형성된 오목부들을 포함할 수 있다.
도 12b를 참조하면, 상기 홈(G2) 의 하면(G2BS) 상에 발광 소자(103)를 배치할 수 있다. 상기 홈(G2)의 하면(G2BS)은 요철부를 포함하므로, 상기 발광 소자(103)의 하면과 상기 홈(G2)의 하면(G2BS) 사이에는 오목부들에 의한 공기층(107')이 형성될 수 있다.
도 12c를 참조하면, 상기 홈(G2)의 내측면과 상기 발광 소자(103) 사이 공간에 접착성 물질을 도포할 수 있다. 이에 따라, 상기 발광 소자(103)와 상기 홈(G2)의 내측면을 고정시키는 접착층(105)이 형성될 수 있다.
이후, 도 5를 함께 참조하면, 상기 발광 소자(103)와 상기 지지 기판(101')을 전기적으로 연결시키는 와이어 본딩 공정을 수행할 수 있다. 이어서, 상기 지지 구조물(111) 내에서 상기 발광 소자(103), 상기 접착층(105), 및 와이어(109)를 밀봉하는 봉지재(113)를 형성하여 발광 소자 패키지(100b)를 제조할 수 있다.
도 13a 내지 도 13c는 도 8a 내지 도 8c의 발광 소자 패키지(200)의 제조 방법을 설명하기 위하여 공정 순서에 따라 도시한 단면도들이다.
도 13a를 참조하면, 지지 기판(201)에 제1 레벨(L1)을 하면(G3BS)으로 가지는 제1 홈(G3)을 형성한다. 제1 홈(G3)을 형성하는 공정은 전술한 바와 같다.
도 13b를 참조하면, 제1 홈(G3)과 오버랩되는 제2 홈(G4)을 형성할 수 있다. 이 때, 상기 제2 홈(G4)은 제1 홈(G3)의 제1 너비(G3W)보다 넓은 제2 너비(G4W)를 가지고, 제1 레벨(L1)보다 높은 제2 레벨(L2)의 하면(G4BS)을 가질 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 및 제2 홈(G3, G4)이 형성하는 홈의 내측면은 계단 형상을 가질 수 있다.
도 13c를 참조하면, 상기 제2 홈(G4)의 하면(G4BS) 상에 접착성 물질을 도포하여 접착층(205)을 형성할 수 있다. 이어서, 상기 접착층(205)이 도포된 상기 제2 홈(G4) 상에 발광 소자(103)를 안착할 수 있다.
이후, 도 8a 및 도 8c를 함께 참조하면, 상기 발광 소자(103)와 상기 지지 기판(201)을 전기적으로 연결하는 와이어 본딩 공정을 수행할 수 있다. 이어서, 지지 구조물(111) 내에서 상기 발광 소자(103) 및 와이어(109)를 밀봉하는 봉지재(213)를 충진하여 발광 소자 패키지(200)를 제조할 수 있다.
도 14는 도 9a 내지 도 9c의 발광 소자 패키지(300)의 제조 방법을 설명하기 위한 공정을 도시한 단면도이다.
도 9a 내지 도 9c, 및 도 14를 참조하면, 지지 기판(301) 상에 접착성 물질을 도포하여 개구부를 가지는 고리 형상의 접착층(305)을 형성할 수 있다. 이후, 상기 접착층(305) 상에 발광 소자(103)를 배치하고, 전술한 와이어 본딩 공정 및 몰딩 공정을 수행하여 발광 소자 패키지(300)를 제조할 수 있다.
도 10의 발광 소자 패키지(400)는 도 9a 내지 도 9c, 및 도 14를 참조하여 설명한 발광 소자 패키지(300)와 유사한 제조 공정을 가지나, 접착층(305)을 형성하기 전에 상기 지지 기판(401)에 홈(G4)을 형성하는 공정을 선행하여 수행한다. 이어서, 도 14를 참조하여 설명한 후속 공정을 수행하여 도 10의 발광 소자 패키지(400)를 제조할 수 있다.
도 15는 조명장치에 채용 가능한 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. 즉, 상기 광원 모듈은 도 1a 내지 도 10을 참조하여 설명한 발광 소자 패키지(100, 100a, 100b, 100c, 200, 300, 400) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 하나의 광원 모듈에 탑재된 복수의 발광 소자 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 발광 소자 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 백색 광원 모듈은 벌브형 조명 장치(도 22의 '4200' 또는 도 24의 '4300')의 광원 모듈(4240)로 사용될 수 있다.
단일 발광 소자 패키지에서는, 발광 소자인 LED 칩의 파장과 형광체의 종류 및 배합비에 따라, 원하는 색의 광을 결정하고, 백색광일 경우에는 색온도와 연색성을 조절할 수 있다. 본 발명의 발광 소자 패키지는 봉지재 내에 파장 변환 물질, 예를 들어 형광체를 더 포함하여 광의 색을 결정할 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 15에 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 15에서 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 발광 소자로부터 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.
용도 형광체
LED TV BLUE β-SiAlON:Eu2 +, (Ca, Sr)AlSiN3:Eu2 +, La3Si6N11:Ce3 +, K2SiF6:Mn4 +, SrLiAl3N4:Eu, Ln4 - x(EuzM1-z)xSi12 - yAlyO3 +x+ yN18 -x-y(0.5≤x≤3, 0<z<0.3, 0<y≤4), K2TiF6:Mn4 +, NaYF4:Mn4 +, NaGdF4:Mn4+, K3SiF7:Mn4+
조명 Lu3Al5O12:Ce3 +, Ca-α-SiAlON:Eu2 +, La3Si6N11:Ce3 +, (Ca, Sr)AlSiN3:Eu2 +, Y3Al5O12:Ce3+, K2SiF6:Mn4 +, SrLiAl3N4:Eu, Ln4 - x(EuzM1-z)xSi12 - yAlyO3 +x+ yN18 -x-y(0.5≤x≤3, 0<z<0.3, 0<y≤4), K2TiF6:Mn4+, NaYF4:Mn4+, NaGdF4:Mn4+, K3SiF7:Mn4+
Side View
(Mobile Note PC)		 Lu3Al5O12:Ce3 +, Ca-α-SiAlON:Eu2 +, La3Si6N11:Ce3 +, (Ca, Sr)AlSiN3:Eu2 +, Y3Al5O12:Ce3+, (Sr, Ba, Ca, Mg)2SiO4:Eu2 +, K2SiF6:Mn4 +, SrLiAl3N4:Eu, Ln4-x(EuzM1-z)xSi12-yAlyO3+x+yN18-x-y(0.5≤x≤3, 0<z<0.3, 0<y≤4), K2TiF6:Mn4+, NaYF4:Mn4+, NaGdF4:Mn4+, K3SiF7:Mn4+
전장
(Head Lamp, etc.)		 Lu3Al5O12:Ce3 +, Ca-α-SiAlON:Eu2 +, La3Si6N11:Ce3 +, (Ca, Sr)AlSiN3:Eu2 +, Y3Al5O12:Ce3+, K2SiF6:Mn4 +, SrLiAl3N4:Eu, Ln4 - x(EuzM1-z)xSi12 - yAlyO3 +x+ yN18 -x-y(0.5≤x≤3, 0<z<0.3, 0<y≤4), K2TiF6:Mn4 +, NaYF4:Mn4 +, NaGdF4:Mn4 +, K3SiF7:Mn4+
또한, 형광체를 대체하거나 형광체와 혼합하여 양자점(Quantum Dot, QD)과 같은 파장 변환 물질들이 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 파장 변환 물질은 봉지재에 함유된 형태로 구현될 수 있으나, 이와 달리, 필름 형상으로 미리 제조되어 LED 칩 또는 도광판과 같은 광학구조의 표면에 부착해서 사용할 수도 있으며, 이 경우에 상기 파장 변환 물질은 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 1a 내지 도 10을 참조하여 설명한 발광 소자 패키지(100, 100a, 100b, 100c, 200, 300, 400) 중 적어도 하나일 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)은 도 1a 내지 도 10을 참조하여 설명한 발광 소자 패키지(100, 100a, 100b, 100c, 200, 300, 400) 중 적어도 하나를 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 분해 사시도이다.
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 발광 소자일 수 있다.
광원(3132)은 도 1a 내지 도 10을 참조하여 설명한 발광 소자 패키지(100, 100a, 100b, 100c, 200, 300, 400) 중 적어도 하나를 포함할 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 발광 소자 어레이를 광원으로 포함할 수 있고, 전원공급장치(4120)는 발광 소자 구동부를 포함할 수 있다.
광원모듈(4110)은 발광 소자 어레이를 포함할 수 있고, 전체적으로 평면 현상을 이루도록 형성될 수 있다. 본 발명의 예시적 실시예에 따라, 발광 소자 어레이는 발광 소자 및 발광 소자의 구동정보를 저장하는 컨트롤러를 포함할 수 있다. 상기 발광 소자 어레이는 도 1a 내지 도 10을 참조하여 설명한 발광 소자 패키지(100, 100a, 100b, 100c, 200, 300, 400) 중 적어도 하나의 패키지가 배열된 구조일 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 발광 소자 어레이를 포함할 수 있고, 전원부(4220)는 발광 소자 구동부를 포함할 수 있다. 상기 발광 소자 어레이는 도 1a 내지 도 10을 참조하여 설명한 발광 소자 패키지(100, 100a, 100b, 100c, 200, 300, 400) 중 적어도 하나의 패키지가 배열된 구조일 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 발광 소자(4241), 회로기판(4242) 및 컨트롤러(4243)를 포함할 수 있고, 컨트롤러(4243)는 발광 소자(4241)들의 구동 정보를 저장할 수 있다.
도 23은 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 발광 소자를 포함하는 바(bar) 타입의 조명 장치를 개략적으로 나타내는 분해 사시도이다.
구체적으로, 조명 장치(4400)는 방열 부재(4401), 커버(4427), 광원 모듈(4421), 제1 소켓(4405) 및 제2 소켓(4423)을 포함한다. 방열 부재(4401)의 내부 또는/및 외부 표면에 다수개의 방열 핀(4500, 4409)이 요철 형태로 형성될 수 있으며, 방열 핀(4500, 4409)은 다양한 형상 및 간격을 갖도록 설계될 수 있다. 방열 부재(4401)의 내측에는 돌출 형태의 지지대(4413)가 형성되어 있다. 지지대(4413)에는 광원 모듈(4421)이 고정될 수 있다. 방열 부재(4401)의 양 끝단에는 걸림 턱(4411)이 형성될 수 있다.
커버(4427)에는 걸림 홈(4429)이 형성되어 있으며, 걸림 홈(4429)에는 방열 부재(4401)의 걸림 턱(4411)이 후크 결합 구조로 결합될 수 있다. 걸림 홈(4429)과 걸림 턱(4411)이 형성되는 위치는 서로 바뀔 수도 있다.
광원 모듈(4421)은 발광소자 어레이를 포함할 수 있다. 광원 모듈(4421)은 인쇄회로기판(4419), 광원(4417) 및 컨트롤러(4415)를 포함할 수 있다. 컨트롤러(4415)는 광원(4417)의 구동 정보를 저장할 수 있다. 인쇄회로기판(4419)에는 광원(4417)을 동작시키기 위한 회로 배선들이 형성되어 있다. 또한, 광원(4417)을 동작시키기 위한 구성 요소들이 포함될 수도 있다. 광원(4417)은 앞서 설명한 본 발명의 일 실시예들에 따른 도 1a 내지 도 10을 참조하여 설명한 발광 소자 패키지(100, 100a, 100b, 100c, 200, 300, 400) 중 적어도 하나의 패키지를 포함할 수 있다.
제1, 2 소켓(4405, 4423)은 한 쌍의 소켓으로서 방열 부재(4401) 및 커버(4427)로 구성된 원통형 커버 유닛의 양단에 결합되는 구조를 갖는다. 예를 들어, 제1 소켓(4405)은 전극 단자(4403) 및 전원 장치(4407)를 포함할 수 있고, 제2 소켓(4423)에는 더미 단자(4425)가 배치될 수 있다. 또한, 제1 소켓(4405) 또는 제2 소켓(4423) 중의 어느 하나의 소켓에 광센서 및/또는 통신 모듈이 내장될 수 있다. 예를 들어, 더미 단자(4425)가 배치된 제2 소켓(4423)에 광센서 및/또는 통신 모듈이 내장될 수 있다. 다른 예로서, 전극 단자(4403)가 배치된 제1 소켓(4405)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 22에서 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 발광 소자를 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 발광 소자를 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 25를 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 발광 소자, 발광 소자를 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.
이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상 및 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러가지 변형 및 변경이 가능하다.
101, 101', 201, 301, 401: 지지 기판, 103: 발광 소자, 103a: 발광 구조물, 103b: 반사 구조물, 103c: 투명 기판, 105, 205, 305, 405: 접착층, 107, 107', 207, 307, 407: 공기층, 109: 와이어, 111: 지지 구조물, 113, 213, 313, 413: 봉지재, 115: 파장 변환 물질, G1, G2, G3, G4, G5: 홈

Claims (10)

  1. 지지 기판;
    상기 지지 기판 상에 배치된 투명 기판과, 상기 투명 기판 상에 차례로 적층된 제1 도전형 반도체층, 활성층, 및 제2 도전형 반도체층을 포함하는 발광 소자;
    상기 지지 기판과 상기 발광 소자를 연결시키는 접착층; 및
    상기 지지 기판 및 상기 발광 소자 사이에 형성된 공기층;을 포함하고,
    상기 지지 기판의 상면은 홈을 포함하고,
    상기 발광 소자는 상기 홈 내로 일부 삽입되어 상기 홈의 하면으로부터 이격되어 위치하는 발광 소자 패키지.
  2. 제1 항에 있어서, 상기 접착층은 상기 발광 소자의 측면 및 하면 중 적어도 일부 영역에 형성되어 상기 지지 기판과 상기 발광 소자를 연결시키고,
    상기 공기층은, 상기 지지 기판, 상기 발광 소자, 및 상기 접착층에 의해 정의되는 공간에 형성된 것을 특징으로 하는 발광 소자 패키지.
  3. 제1 항에 있어서, 상기 발광 소자는 상기 투명 기판 하에서 상기 공기층과 접하도록 형성된 반사 구조물을 더 포함하고, 상기 반사 구조물은 DBR(Distributed Bragg Reflector) 구조인 것을 특징으로 하는 발광 소자 패키지.
  4. 삭제
  5. 제1 항에 있어서, 상기 발광 소자는,
    상기 홈 내에 삽입되는 제1 영역과,
    상기 홈 내에 삽입되지 않은 제2 영역으로 나뉘고,
    상기 접착층은 상기 제1 영역의 측면과 상기 홈 내측면 사이에서 상기 제1 영역을 에워싸며 고리 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 발광 소자 패키지.
  6. 제1 항에 있어서, 상기 홈의 내측면은 계단 형상으로 이루어지고,
    상기 홈은,
    제1 하면을 가지는 제1 홈 영역과,
    상기 제1 하면의 가장자리에서 상기 제1 하면보다 높게 위치하는 제2 하면을 가지는 제2 홈 영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 소자 패키지.
  7. 제6 항에 있어서, 상기 제2 홈 영역의 너비는 상기 발광 소자의 너비와 실질적으로 동일하고,
    상기 접착층은 상기 제2 하면 상에 형성되고,
    상기 발광 소자는 상기 제2 홈 영역 내에서 상기 접착층 상에 배치되는 것을 특징으로 하는 발광 소자 패키지.
  8. 제1 항에 있어서, 상기 접착층은 상기 지지 기판의 상면과 상기 발광 소자의 하면 사이에서 개구부를 포함하는 고리 형상으로 형성되고,
    상기 발광 소자는 상기 접착층 상에서 상기 개구부를 덮도록 배치되어, 상기 공기층의 평면적은 상기 발광 소자의 평면적보다 작은 것을 특징으로 하는 발광 소자 패키지.
  9. 제8 항에 있어서, 상기 지지 기판은 상기 개구부와 연통하는 홈이 형성된 것을 특징으로 하는 발광 소자 패키지.
  10. 삭제
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