KR20120044726A

KR20120044726A - 발광소자

Info

Publication number: KR20120044726A
Application number: KR1020100106183A
Authority: KR
Inventors: 이상열; 송준오; 최광기; 정환희; 김혜영
Original assignee: 엘지이노텍 주식회사
Priority date: 2010-10-28
Filing date: 2010-10-28
Publication date: 2012-05-08
Anticipated expiration: 2030-10-28
Also published as: US20120068215A1; KR101739573B1

Abstract

실시 예에 따른 발광소자는 발광구조물 상에 형성된 형광층의 열화를 방지하기 용이한 구조를 갖도록, 실시 예는 기판, 상기 기판 상에 제1 반도체층, 상기 제1 반도체층 상에 배치되며, 상기 제1 광을 방출하는 활성층 및 상기 활성층 상에 제2 반도체층을 포함하는 발광구조물 및 상기 발광구조물 상에 배치되며, 상기 제1 광을 흡수하여 상기 제1 광보다 장파장인 제2 광을 방출하는 전환층을 포함하며, 상기 전환층은, 상기 제2 반도체층 상에 배치되며, 상기 제1 광을 확산시키는 확산층 및 상기 확산층 상에 배치되며, 상기 제1 광을 흡수하여 상기 제2 광을 방출하는 형광층을 포함하는 발광소자를 제공한다.

Description

발광소자{Light-emitting element}

실시 예는 발광소자에 관한 것이다.

일반적으로, 발광소자의 하나인 발광 다이오드(Light Emitting Diode, LED)는 전자와 홀의 재결합을 기초로 발광하는 반도체소자로서, 광통신, 전자기기 등에서 광원으로 널리 사용되는 것이다.

발광 다이오드에 있어서, 발광하는 광의 주파수(혹은 파장)은 반도체소자에 사용되는 재료의 밴드 갭 함수로서, 작은 밴드 갭을 갖는 반도체 재료를 사용하는 경우 낮은 에너지와 긴 파장의 광자가 발생하고, 넓은 밴드 갭을 갖는 반도체 재료를 사용하는 경우 짧은 파장의 광자가 발생한다.

예를 들어, AlGaInP 물질은 적색 파장의 광을 발생시키고, 실리콘 카바이드(SiC)와 Ⅲ족 질화물계 반도체, 특히 GaN는 청색 또는 자외선 파장의 광을 발생시킨다.

그 중에서, 발광 다이오드는 GaN의 벌크 단결정체를 형성할 수 없기 때문에, GaN 결정의 성장에 적합한 기판을 사용하여야 하며, 대표적으로 사파이어 기판이 사용된다.

최근에는 발광소자를 조명광원으로 이용하기 위해서 고휘도화가 요구되고 있으며, 이러한 고휘도화를 달성하기 위하여 전류를 균일하게 확산시켜 발광 효율을 증가시킬 수 있는 발광소자를 제작하기 위한 연구가 진행 중에 있다.

실시 예는, 발광구조물 상에 형성된 형광층의 열화를 방지하기 용이한 구조를 갖는 발광소자를 제공할 수 있다.

실시 예에 따른 발광소자는, 기판, 상기 기판 상에 제1 반도체층, 상기 제1 반도체층 상에 배치되며, 상기 제1 광을 방출하는 활성층 및 상기 활성층 상에 제2 반도체층을 포함하는 발광구조물 및 상기 발광구조물 상에 배치되며, 상기 제1 광을 흡수하여 상기 제1 광보다 장파장인 제2 광을 방출하는 전환층을 포함하며, 상기 전환층은, 상기 제2 반도체층 상에 배치되며, 상기 제1 광을 확산시키는 확산층 및 상기 확산층 상에 배치되며, 상기 제1 광을 흡수하여 상기 제2 광을 방출하는 형광층을 포함할 수 있다.

실시 예에 따른 발광소자는, 발광구조물 상에 확산층 및 형광층을 포함하는 전환층을 형성함으로써, 발광구조물에서 방출되는 제1 광을 확산층에서 확산시키고, 형광층에서 제1 광을 흡수하여 제1 광보다 장파장인 제2 광을 방출함에 따라 발광구조물에서 직접적으로 방출된 제1 광에 의해 형광층의 열화를 방지할 수 있는 이점이 있다.

또한, 실시 예에 따른 발광소자는, 발광구조물에서 방출되는 제1 광을 확산층에서 확산시킴에 따라 발광구조물 내부로 재흡수되는 제1 광의 양을 줄일 수 있어, 발광 효율을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.

도 1은 실시 예에 따른 발광소자의 구조를 나타내는 단면도이다.
도 2는 실시 예에 따른 발광소자의 동작을 나타낸 동작도이다.
도 3은 도 2에 나타낸 확산층의 확산 패턴을 나타내는 패턴도이다.
도 4는 도 3에 나타낸 확산층의 확산 패턴과 다른 확산 패턴을 나타내는 패턴도이다.
도 5는 실시 예에 따른 발광소자를 포함하는 발광소자 패키지의 절단면을 나타낸 단면도이다.
도 6은 실시 예에 따른 발광소자를 포함하는 조명 장치를 나타낸 사시도이다.
도 7은 도 9의 조명장치의 A-A' 단면을 나타낸 단면도이다.
도 8은 제1 실시 예에 따른 발광소자를 포함하는 액정표시장치의 분해 사시도이다.
도 9는 제2 실시 예에 따른 발광소자를 포함하는 액정표시장치의 분해 사시도이다.

실시 예에 대한 설명에 앞서, 실시 예에서 언급하는 각 층(막), 영역, 패턴, 또는 구조물들의 기판, 각 층(막) 영역, 패드, 또는 패턴들의 "위(on)", "아래(under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "위(on)"와, "아래(under)"는 직접(directly)", 또는 "다른 층을 개재하여(indirectly)" 형성되는 모든것을 포함한다. 또한, 각 층의 위, 또는 아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다.

도면에서, 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의, 및 명확성을 위하여 과장되거나, 생략되거나, 또는 개략적으로 도시되었다. 따라서, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다.

또한, 실시 예에서 발광소자의 구조를 설명하는 과정에서 언급하는 각도와 방향은 도면에 기재된 것을 기준으로 한다. 명세서에서 발광소자를 이루는 구조에 대한 설명에서, 각도에 대한 기준점과 위치관계를 명확히 언급하지 않은 경우, 관련 도면을 참조하도록 한다.

도 1은 실시 예에 따른 발광소자의 구조를 나타내는 단면도이다.

도 1을 참조하면, 발광소자(100)는 기판(110), 발광구조물(120) 및 전환층(130)을 포함할 수 있다.

기판(110)은 광 투과적 성질을 가지는 것으로 사파이어(Al₂O₃)와 같은 반도체층과는 다른 이종기판 또는 GaN과 같은 동종기판일 수 있다. 또한, 사파이어(Al₂O₃) 기판에 비해 열전도성이 큰 실리콘 카바이드(silicon carbide, SiC) 기판일 수 있으나, 이에 한정을 두지 않는다.

즉, 기판(110)은 징크 옥사이드(zinc oxide, ZnO), 갈륨 나이트라이드(gallium nitride, GaN) 및 알루미늄 나이트라이드(AlN) 등으로 형성될 수 있으며, 금(Au), 니켈(Ni), 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 탄탈(Ta), 은(Ag), 백금(Pt), 크롬(Cr) 및 구리-텅스텐(Cu-W) 중에서 적어도 하나로 형성할 수 있으며, 서로 다른 둘 이상의 물질을 적층하여 형성할 수 있다. 또한, 기판(110)은 캐리어 웨이퍼 (예를들면, Si, Ge, GaAs, ZnO, SiC, SiGe, GaN, Ga2O3 등 )를 사용할 수 있다.

기판(110)은 단일층으로 형성될 수 있고, 이중 구조 또는 그 이상의 다중 구조로 형성될 수 있다.

기판(110) 상에는 발광구조물(120)의 제2 반도체층(124)과 접촉되는 제2 전극(128)이 배치될 수 있다. 즉, 제2 전극(128)은 발광구조물(120)에 형성된 관통홀(미도시)을 통하여 제2 반도체층(124)에 접촉될 수 있다.

제2 전극(128) 상에는 절연층(140)이 형성될 수 있으며, 절연층(140)은 SiO₂, Si₃N₄ 등과 같은 재질일 수 있다.

여기서, 제2 전극(128)은 발광구조물(120)의 일측면에 외부로 노출되도록 형성될 수 있다.

그리고, 절연층(140) 상에는 제1 반도체층(122)과 접촉되는 제1 전극(127)을 포함할 수 있다. 제1 전극(127)은 발광구조물(120)의 타측면에 외부로 노출되도록 형성될 수 있다.

즉, 제1, 2 전극(127, 128)은 발광구조물(120)의 양측면에 각각 배치됨으로써, 발광소자(100)를 포함하는 발광소자 패키지(미도시) 구현시 제1, 2 전극(127, 128) 각각에 와이어(미도시)가 연결될 수 있다.

여기서, 제1 전극(127)은 반사막(127_1) 및 전극(127_2)을 포함할 수 있으며, 반사막(127_1) 및 전극(127_2)은 동시 소성 과정을 거쳐 형성되기 때문에 접합력이 우수할 수 있다.

도 1에 나타낸 바와 같이, 반사막(127_1) 및 전극(127_2)은 폭 및 길이가 동일한 것으로 설명하지만, 폭 및 길이 중 적어도 하나가 상이할 수 있으며 이에 한정을 두지 않는다.

발광구조물(120)은 제1 전극(127) 및 제2 전극(128) 중 적어도 하나에 배치될 수 있으며, 제1 반도체층(122), 활성층(126) 및 제2 반도체층(124)을 포함할 수 있고, 제1 반도체층(122)과 제2 반도체층(124) 사이에 활성층(126)이 개재된 구성으로 이루어질 수 있다.

제1 반도체층(122)은 예를 들어, p형 반도체층으로 구현될 수 있으며, p형 반도체층은 In_xAl_yGa₁ _-x- _yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 재료, 예를 들어 GaN, AlN, AlGaN, InGaN, InN, InAlGaN, AlInN 등에서 선택될 수 있으며, Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등의 p형 도펀트가 도핑될 수 있다.

제1 반도체층(122)상에는 활성층(126)이 형성될 수 있다. 활성층(126)은 전자와 정공이 재결합되는 영역으로, 전자와 정공이 재결합함에 따라 낮은 에너지 준위로 천이하며, 그에 상응하는 파장을 가지는 빛을 생성할 수 있다.

활성층(126)은 예를 들어, In_xAl_yGa₁ _-x- _yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 가지는 반도체 재료를 포함하여 형성할 수 있으며, 단일 양자 우물 구조 또는 다중 양자 우물 구조(MQW : Multi Quantum Well)로 형성될 수 있다. 또한, 양자선(Quantum wire)구조 또는 양자점(Quantum dot)구조를 포함할 수도 있다.

제2 반도체층(124)은 n형 반도체층으로 구현될 수 있으며, n형 반도체층은 GaN층, AlGaN층, InGaN층 등과 같은 GaN계 화합물 반도체 중 어느 하나로 이루어질 수 있고, n형 도펀트가 도핑될 수 있다.

제2 반도체층(124)은 예를들어 n형 반도체층으로 구현될 수 있으며, n형 반도체층은 In_xAl_yGa₁ _-x- _yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 재료, 예를 들어 GaN, AlN, AlGaN, InGaN, InN, InAlGaN, AlInN 등에서 선택될 수 있으며, Si, Ge, Sn 등의 n형 도펀트가 도핑될 수 있다.

또한, 제2 반도체층(124)은 NH₃, TMGa, Si와 같은 제1 도펀트를 포함한 사일렌(SiH₄) 가스를 공급하여 형성할 수 있으며, 다층막으로 형성할 수 있고, 클래드층이 더 포함될 수 있다.

상술한 제1 반도체층(122), 활성층(126) 및 제2 반도체층(124)은 예를 들어, 유기금속 화학 증착법(MOCVD; Metal Organic Chemical Vapor Deposition), 화학 증착법(CVD; Chemical Vapor Deposition), 플라즈마 화학 증착법(PECVD; Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition), 분자선 성장법(MBE; Molecular Beam Epitaxy), 수소화물 기상 성장법(HVPE; Hydride Vapor Phase Epitaxy) 등의 방법을 이용하여 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.

또한, 제1 반도체층(122) 및 제2 반도체층(124) 내의 도전형 도펀트의 도핑 농도는 균일 또는 불균일하게 형성될 수 있다. 즉, 복수의 반도체층의 구조는 다양하게 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.

상술한 바와는 달리, 제1 반도체층(122)은 n형 반도체층으로 구현될 수 있으며, 제2 반도체층(124)은 p형 반도체층으로 구현될 수 있으며, 이에 한정을 두지 않는다.

즉, 제1 반도체층(122)과 제2 반도체층(124)은 활성층(126)을 중심으로 서로 형성되는 위치가 바뀌어도 무방하나, 하기에서는 제1 반도체층(122)이 p형 반도체층으로 구현되고, 기판(110)에 근접한 것으로 기술한다.

제2 반도체층(124)의 일부 또는 전체 영역 상에는 요철 패턴(129)이 형성될 수 있으며, 이에 한정을 두지 않는다.

전환층(130)은 발광구조물(120)의 제2 반도체층(124) 상의 일부 또는 전체 영역 형성될 수 있다.

여기서, 전환층(130)은 활성층(126)에서 방출되는 제1 광을 흡수하여 상기 제1 광보다 장파장인 제2 광을 외부로 방출할 수 있다.

즉, 전환층(130)은 제2 반도체층(124) 상에 배치되며, 상기 제1 광을 확산시키는 확산층(132) 및 확산층(132) 상에 배치되며, 상기 제1 광을 흡수하여 상기 제2 광을 방출하는 형광층(134)을 포함할 수 있다.

이때, 확산층(132) 및 형광층(134) 중 적어도 하나의 층은 복수 층으로 형성될 수 있으며, 이에 한정을 두지 않는다.

전환층(130)에 대한 자세한 설명은 후술하는 도 2에서 자세하게 설명하기로 한다.

도 2는 실시 예에 따른 발광소자의 동작을 나타낸 동작도이고, 도 3은 도 2에 나타낸 확산층의 확산 패턴을 나타내는 패턴도이다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 발광소자(100)는 활성층(126)에서 방출되는 제1 광(q1)을 흡수하여 제1 광(q1)보다 장파장의 제2 광(q2)을 방출하는 전환층(130)을 포함할 수 있다.

전환층(130)은 상술한 바와 같이 확산층(132) 및 형광층(134)를 포함할 수 있다.

이때, 확산층(132)은 확산층(132) 및 형광층(134)은 단일층으로 형성되는 것으로 설명하지만, 복수층으로 형성될 수 있으며 이에 한정을 두지 않는다.

여기서, 확산층(132)은 활성층(126)에서 방출되는 제1 광(q1)을 확산시킬 수 있는 50% 내지 80%의 투과도를 갖는 재질이 바람직하며, 폴리이미드(polyimide) 및 유전체(dielectric) 중 적어도 하나일 수 있다.

또한, 확산층(132)은 광확산재(d)를 포함할 수 있으며, 이외에 다른 재료를 사용할 수 있다.

실시 예에서는, 폴리이미드(polyimide) 및 유전체(dielectric) 중 어느 하나와 광확산재(d)를 포함하는 것으로 설명하였으나, 이 중 하나만을 포함할 수 있으며 이에 한정을 두지 않는다.

즉, 광확산재(d)는 제1 광(q1)의 방향을 변경할 수 있으며, 상기 제1 광(q1)을 여러 방향으로 분산할 수 있다.

또한, 확산층(132)은 제2 반도체층(124)과 접하는 제1 면(s1)과 과 제1 면(s1)과 반대되는 위치의 제2 면(s2)을 포함하며, 제1 면(s1)에는 제2 반도체층(124) 상에 형성된 요철 패턴(129)와 동일한 형상을 갖는 요철이 형성될 수 있으며, 제2 면(s2)에는 확산 패턴(p)가 형성될 수 있다.

실시 예에서, 제1, 2 면(s1, s2)에 각각 형성된 상기 요철 및 확산 패턴(p) 중 적어도 하나는 형성되지 않을 수 있으며, 이에 한정을 두지 않는다.

즉, 제2 면(s2)에 형성된 확산 패턴(p)은 스트라이프 형상으로 설명하나, 격자 형상일 수 있으며, 이에 한정을 두지 않는다.

이때, 확산 패턴(p)의 두께(b1)은 확산층(132)의 두께(b) 보다 낮게 형성될 수 있다.

여기서, 확산층(132)의 두께(b)는 10㎛ 내지 1000㎛인 것이 바람직하며, 10㎛ 미만인 경우, 확산 패턴(p)의 형성 및 제1 광(q1)의 확산이 용이하지 않으며, 1000㎛ 이상이 경우, 제1 광(q1)의 확산에 의해 광량이 감소될 수 있다.

이때, 확산 패턴(p)의 단면 형상은 반원형 및 다각형 형상인 것이 바람직하며, 불규칙 또는 규칙적한 스트라이프 형상으로 형성될 수 있다.

여기서, 형광층(134)은 확산층(132) 상에 형성되며, 형광체(x)를 포함할 수 있다.

즉, 형광층(134)은 형광체(x)를 포함하는 형광 필름일 수 있으며, 형광체(x) 및 실리콘 중 적어도 하나로 형성될 수 있으며, 이에 한정을 두지 않는다.

형광층(134)은 확산층(132)에서 확산된 제1 광(q1)을 흡수하여 제1 광(q1)보다 장파장인 제2 광(q2)을 방출할 수 있다.

도 2 및 도 3에 나타낸 바와 같이, 전환층(130)은 활성층(126)에서 방출되는 제1 광(q1)을 확산층(132)에서 확산시키며, 형광층(134)에서 제1 광(q1)을 흡수하여 제1 광(q1)보다 장파장의 제2 광(q2)을 방출하게 된다.

도 4는 도 3에 나타낸 확산층의 확산 패턴과 다른 확산 패턴을 나타내는 패턴도이다.

도 4는 도 3에서 설명된 부분과 중복되는 내용에 대하여 생략하거나, 또는 간략하게 설명한다.

도 4를 참조하면, 확산층(132)는 복수의 홀(h)이 형성된 확산 패턴(p)이 형성될 수 있다.

복수의 홀(h)은 확산층(132)의 제1, 2 면(s1, s2)을 관통하며, 제2 반도체층(124)에 형성된 요철 패턴(129)에 대응하는 위치에 형성될 수 있다.

여기서, 확산층(132)는 필름 형태로 형성될 수 있으며, 이에 한정을 두지 않는다.

또한, 복수의 홀(h)은 원 형상으로 나타내었으나, 다각형 형상일 수 있으며, 이에 한정을 두지 않는다.

이와 같이, 실시 예에 따른 확산층(132)은 활성층(126)에서 발생되는 제1 광(q1)을 다양한 방향으로 분산함으로써, 제1 광(q1)의 광 에너지를 분산시킬 수 있으며, 따라서 형광층(134)에서 흡수되는 제1 광(q1)의 광 에너지에 따른 형광체(x)의 열화를 방지할 수 있는 이점이 있다.

도 5는 실시 예에 따른 발광소자를 포함하는 발광소자 패키지의 절단면을 나타낸 단면도이다.

도 5를 참조하면, 발광소자 패키지(200)는 캐비티가 형성된 몸체(210), 몸체(210)의 바닥면에 실장된 발광소자(220) 및 상기 캐비티에 충진되는 수지물(230)을 포함할 수 있고, 수지물(230)은 형광체(240)를 포함할 수 있다.

몸체(210)는 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), 인쇄회로기판(PCB, Printed Circuit Board), 세라믹 중 적어도 하나로 형성될 수 있다. 몸체(210)는 사출 성형, 에칭 공정 등에 의해 형성될 수 있으나 이에 대해 한정하지는 않는다.

몸체(210)의 내측면은 경사면이 형성될 수 있다. 이러한 경사면의 각도에 따라 발광소자(220)에서 방출되는 광의 반사각이 달라질 수 있으며, 이에 따라 외부로 방출되는 광의 지향각을 조절할 수 있다.

몸체(210)에 형성되는 캐비티를 위에서 바라본 형상은 원형, 사각형, 다각형, 타원형 등의 형상일 수 있으며, 특히 모서리가 곡선인 형상일 수도 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.

발광소자(220)는 몸체(210)의 바닥면에 실장되며, 일 예로 발광소자(220)는 도 1에 나타내고 설명한 발광소자일 수 있다. 발광소자(220)는 예를 들어, 적색, 녹색, 청색, 백색 등의 빛을 방출하는 유색 발광 소자 또는 자외선을 방출하는 UV(Ultra Violet) 발광 소자일 수 있으나, 이에 대해 한정하지는 않는다. 또한, 발광 소자는 한 개 이상 실장될 수 있다.

한편, 몸체(210)는 제1 전극(252) 및 제2 전극(254)을 포함할 수 있다. 제1 전극(252) 및 제2 전극(254)은 발광소자(220)와 전기적으로 연결되어 발광소자(220)에 전원을 공급할 수 있다.

제1 전극(252) 및 제2 전극(254)은 서로 전기적으로 분리되며, 발광소자(220)에서 발생된 빛을 반사시켜 광 효율을 증가시킬 수 있고, 또한 발광소자(220)에서 발생된 열을 외부로 배출시킬 수 있다.

이러한 제1 전극(252) 및 제2 전극(254)은 금속 재질, 예를 들어, 티타늄(Ti), 구리(Cu), 니켈(Ni), 금(Au), 크롬(Cr), 탄탈늄(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), 철(Fe) 중에서 하나 이상의 물질 또는 합금을 포함할 수 있다. 또한, 제1 전극(252) 및 제2 전극(254)은 단층 또는 다층 구조를 가지도록 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.

수지물(230)은 캐비티에 충진될 수 있으며, 형광체(240)를 포함할 수 있다. 수지물(230)은 투명한 실리콘, 에폭시, 및 기타 수지 재질로 형성될 수 있으며, 캐비티 내에 충진한 후, 이를 자외선 또는 열 경화하는 방식으로 형성될 수 있다.

형광체(240)는 발광소자(220)에서 방출되는 광의 파장에 따라 종류가 선택되어 발광소자패키지(200)가 백색광을 구현하도록 할 수 있다.

수지물(230)에 포함되어 있는 형광체(240)는 발광소자(220)에서 방출되는 광의 파장에 따라 청색 발광 형광체, 청록색 발광 형광체, 녹색 발광 형광체, 황녹색 발광 형광체, 황색 발광 형광체, 황적색 발광 형광체, 오렌지색 발광 형광체, 및 적색 발광 형광체중 하나가 적용될 수 있다.

즉, 형광체(240)는 발광소자(220)에서 방출되는 제1 빛을 가지는 광에 의해 여기 되어 제2 빛을 생성할 수 있다. 예를 들어, 발광소자(220)가 청색 발광 다이오드이고 형광체(240)가 황색 형광체인 경우, 황색 형광체는 청색 빛에 의해 여기되어 황색 빛을 방출할 수 있으며, 청색 발광 다이오드에서 발생한 청색 빛 및 청색 빛에 의해 여기 되어 발생한 황색 빛이 혼색됨에 따라 발광소자 패키지(200)는 백색 빛을 제공할 수 있다.

이와 유사하게, 발광소자(220)가 녹색 발광 다이오드인 경우는 magenta 형광체 또는 청색과 적색의 형광체(240)를 혼용하는 경우, 발광소자(220)가 적색 발광 다이오드인 경우는 Cyan형광체 또는 청색과 녹색 형광체를 혼용하는 경우를 예로 들 수 있다.

이러한 형광체(240)는 YAG계, TAG계, 황화물계, 실리케이트계, 알루미네이트계, 질화물계, 카바이드계, 니트리도실리케이트계, 붕산염계, 불화물계, 인산염계 등의 공지된 것일 수 있다.

도 6은 실시 예에 따른 발광소자를 포함하는 조명 장치를 나타낸 사시도이며, 도 7은 도 6의 조명장치의 A-A' 단면을 나타낸 단면도이다.

이하에서는, 실시 예에 따른 조명장치(300)의 형상을 보다 상세히 설명하기 위해, 조명장치(300)의 길이방향(Z)과, 길이방향(Z)과 수직인 수평방향(Y), 그리고 길이방향(Z) 및 수평방향(Y)과 수직인 높이방향(X)으로 설명하기로 한다.

즉, 도 7은 도 6의 조명장치(300)를 길이방향(Z)과 높이방향(X)의 면으로 자르고, 수평방향(Y)으로 바라본 단면도이다.

도 6 및 도 7을 참조하면, 조명장치(300)는 몸체(310), 몸체(310)와 체결되는 커버(330) 및 몸체(310)의 양단에 위치하는 마감캡(350)을 포함할 수 있다.

몸체(310)의 하부면에는 발광소자모듈(340)이 체결되며, 몸체(310)는 발광소자모듈(340)에서 발생된 열이 몸체(310)의 상부면을 통해 외부로 방출할 수 있도록 전도성 및 열발산 효과가 우수한 금속재질로 형성될 수 있다.

발광소자모듈(340)은 PCB기판(342)과 발광소자(미도시)를 포함하는 발광소자패키지(344)를 포함하며, 발광소자패키지(344)는 PCB기판(342) 상에 다색, 다열로 실장될 수 있어 어레이를 이룰 수 있고, 동일한 간격으로 실장되거나 또는 필요에 따라 다양한 이격 거리를 가지고 실장되어 밝기 등을 조절할 수 있다. 이러한 PCB기판(342)으로는 MCPCB(Metal Core PCB) 또는 FR4 재질의 PCB 등을 사용할 수 있다.

커버(330)는 몸체(310)의 하부면을 감싸도록 원형의 형태로 형성될 수 있으나, 이에 한정되지 않음은 물론이다.

커버(330)는 내부의 발광소자모듈(340)을 외부의 이물질 등으로부터 보호한다. 또한, 커버(330)는 발광소자패키지(344)에서 발생한 광의 눈부심을 방지하고, 외부로 광을 균일하게 방출할 수 있도록 확산입자를 포함할 수 있으며, 또한 커버(330)의 내면 및 외면 중 적어도 어느 한 면에는 프리즘 패턴 등이 형성될 수 있다. 또한 커버(330)의 내면 및 외면 중 적어도 어느 한 면에는 형광체가 도포될 수도 있다.

한편, 발광소자패키지(344)에서 발생한 광은 커버(330)를 통해 외부로 방출되므로 커버(330)는 광투과율이 우수하여야하며, 발광소자패키지(344)에서 발생한 열에 견딜 수 있도록 충분한 내열성을 구비하고 있어야 하는바, 커버(330)는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylen Terephthalate; PET), 폴리카보네이트(Polycarbonate; PC) 또는 폴리메틸 메타크릴레이트(Polymethyl Methacrylate; PMMA) 등을 포함하는 재질로 형성되는 것이 바람직하다.

마감캡(350)은 몸체(310)의 양단에 위치하며 전원장치(미도시)를 밀폐하는 용도로 사용될 수 있다. 또한 마감캡(350)에는 전원핀(352)이 형성되어 있어, 실시예에 따른 조명장치(300)는 기존의 형광등을 제거한 단자에 별도의 장치 없이 곧바로 사용할 수 있게 된다.

도 8은 제1 실시 예에 따른 발광소자를 포함하는 액정표시장치의 분해 사시도이다.

도 8은 에지-라이트 방식으로, 액정표시장치(400)는 액정표시패널(410)과 액정표시패널(410)로 빛을 제공하기 위한 백라이트 유닛(470)을 포함할 수 있다.

액정표시패널(410)은 백라이트 유닛(470)으로부터 제공되는 광을 이용하여 화상을 표시할 수 있다. 액정표시패널(410)은 액정을 사이에 두고 서로 대향하는 컬러 필터 기판(412) 및 박막 트랜지스터 기판(414)을 포함할 수 있다.

컬러 필터 기판(412)은 액정표시패널(410)을 통해 디스플레이되는 화상의 색을 구현할 수 있다.

박막 트랜지스터 기판(414)은 구동 필름(417)을 통해 다수의 회로부품이 실장되는 인쇄회로기판(418)과 전기적으로 접속되어 있다. 박막 트랜지스터 기판(414)은 인쇄회로기판(418)으로부터 제공되는 구동 신호에 응답하여 인쇄회로기판(418)으로부터 제공되는 구동 전압을 액정에 인가할 수 있다.

박막 트랜지스터 기판(414)은 유리나 플라스틱 등과 같은 투명한 재질의 다른 기판상에 박막으로 형성된 박막 트랜지스터 및 화소 전극을 포함할 수 있다.

백라이트 유닛(470)은 빛을 출력하는 발광소자모듈(420), 발광소자모듈(420)로부터 제공되는 빛을 면광원 형태로 변경시켜 액정표시패널(410)로 제공하는 도광판(430), 도광판(430)으로부터 제공된 빛의 휘도 분포를 균일하게 하고 수직 입사성을 향상시키는 다수의 필름(450, 466, 464) 및 도광판(430)의 후방으로 방출되는 빛을 도광판(430)으로 반사시키는 반사 시트(440)로 구성된다.

발광소자모듈(420)은 복수의 발광소자패키지(424)와 복수의 발광소자패키지(424)가 실장되어 어레이를 이룰 수 있도록 PCB기판(322)을 포함할 수 있다.

한편, 발광소자패키지(424)에 포함되는 발광소자는 도 1에서 상술한바 생략한다.

한편, 백라이트유닛(470)은 도광판(430)으로부터 입사되는 빛을 액정 표시 패널(410) 방향으로 확산시키는 확산필름(466)과, 확산된 빛을 집광하여 수직 입사성을 향상시키는 프리즘필름(450)으로 구성될 수 있으며, 프리즘필름(450)를 보호하기 위한 보호필름(464)을 포함할 수 있다.

도 9는 제2 실시 예에 따른 발광소자를 포함하는 액정표시장치의 분해 사시도이다.

다만, 도 8에서 도시하고 설명한 부분에 대해서는 반복하여 상세히 설명하지 않는다.

도 9는 직하 방식으로, 액정표시장치(500)는 액정표시패널(510)과 액정표시패널(510)로 빛을 제공하기 위한 백라이트 유닛(570)을 포함할 수 있다.

액정표시패널(510)은 도 8에서 설명한 바와 동일하므로, 상세한 설명은 생략한다.

백라이트 유닛(570)은 복수의 발광소자모듈(523), 반사시트(524), 발광소자모듈(523)과 반사시트(524)가 수납되는 하부 섀시(530), 발광소자모듈(523)의 상부에 배치되는 확산판(540) 및 다수의 광학필름(560)을 포함할 수 있다.

발광소자모듈(523) 복수의 발광소자패키지(522)와 복수의 발광소자패키지(522)가 실장되어 어레이를 이룰 수 있도록 PCB기판(521)을 포함할 수 있다.

반사 시트(524)는 발광소자패키지(522)에서 발생한 빛을 액정표시패널(510)이 위치한 방향으로 반사시켜 빛의 이용 효율을 향상시킨다.

한편, 발광소자모듈(523)에서 발생한 빛은 확산판(540)에 입사하며, 확산판(540)의 상부에는 광학 필름(560)이 배치된다. 광학 필름(560)은 확산 필름(566), 프리즘필름(550) 및 보호필름(564)를 포함하여 구성될 수 있다.

이상에서 실시 예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

또한, 이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 실시 예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 실시 예의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims

기판;
상기 기판 상에 제1 반도체층, 상기 제1 반도체층 상에 배치되며, 상기 제1 광을 방출하는 활성층 및 상기 활성층 상에 제2 반도체층을 포함하는 발광구조물; 및
상기 발광구조물 상에 배치되며, 상기 제1 광을 흡수하여 상기 제1 광보다 장파장인 제2 광을 방출하는 전환층;을 포함하며,
상기 전환층은,
상기 제2 반도체층 상에 배치되며, 상기 제1 광을 확산시키는 확산층; 및
상기 확산층 상에 배치되며, 상기 제1 광을 흡수하여 상기 제2 광을 방출하는 형광층;을 포함하는 발광소자.
제 1 항에 있어서, 상기 확산층은,
상기 제2 반도체층의 일부 또는 전체 영역에 배치되는 발광소자.
제 1 항에 있어서, 상기 확산층은,
상기 제2 반도체층에 접하는 제1 면과 반대되는 위치의 제2 면 상에 상기 제1 광을 확산시키는 확산 패턴이 형성된 발광소자.
제 3 항에 있어서, 상기 확산 패턴의 형상은,
격자 형상 또는 스트라이프 형상인 발광소자.
제 1 항에 있어서,
상기 제2 반도체층은, 일부 또는 전체 영역 상에 요철 패턴이 형성되며,
상기 확산층은,
상기 요철 패턴에 대응하는 위치에 복수의 홀이 형성된 확산 패턴이 형성된 발광소자.
제 5 항에 있어서, 상기 홀의 형상은,
원형상 또는 다각형 형상인 발광소자.
제 1 항에 있어서, 상기 확산층은,
복수층으로 형성되는 발광소자.
제 1 항에 있어서, 상기 확산층은,
50% 내지 80%의 투과도를 갖는 재질인 발광소자.
제 1 항에 있어서, 상기 확산층은,
폴리이미드(polyimide) 및 유전체(dielectric) 중 적어도 하나인 발광소자.
제 1 항에 있어서, 상기 확산층은,
광 확산재를 포함하는 발광소자.
제 1 항에 있어서, 상기 확산층의 두께는,
10㎛ 내지 1000㎛인 발광소자.
제 1 항에 있어서, 상기 형광층은,
상기 제1 광을 흡수하여 상기 제2 광을 방출하는 형광체를 포함하는 발광소자.
제 12 항에 있어서, 상기 형광층은,
상기 형광체를 포함하는 형광 필름인 발광소자.
제 1 항에 있어서,
상기 기판 상에 제2 전극;을 더 포함하며,
상기 제2 전극은,
상기 제1 반도체층 및 상기 활성층에 형성된 홀을 통하여 상기 제2 반도체층에 접촉되는 발광소자.
제 14 항에 있어서,
상기 홀의 내측 및 상기 제2 전극 상에 절연층;을 더 포함하는 발광소자.
제 15 항에 있어서,
상기 절연층 상에 제1 전극;을 더 포함하며,
상기 제1 전극은,
상기 제1 반도체층에 접촉되며, 상기 제2 전극과 상기 절연층에 의해 절연되는 발광소자.