KR102249640B1 - 발광소자, 이를 포함하는 발광소자 패키지, 및 이를 포함하는 조명시스템 - Google Patents
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Abstract
실시예는 발광소자 및 이를 포함하는 조명시스템에 관한 것이다.
실시예에 따른 발광소자는 기판과, 상기 기판 상에 브이-피트(v-pit)를 포함하는 제1도전형 반도체층과, 상기 제1도전형 반도체층 상에 활성층과, 상기 활성층 상에 확산방지층과, 상기 확산방지층 상에 초격자층과, 상기 초격자층 상에 제2도전형 반도체층을 포함하고, 상기 초격자층은 MgN층과 GaN층이 교대로 배치될 수 있다.
실시예에 따른 발광소자는 기판과, 상기 기판 상에 브이-피트(v-pit)를 포함하는 제1도전형 반도체층과, 상기 제1도전형 반도체층 상에 활성층과, 상기 활성층 상에 확산방지층과, 상기 확산방지층 상에 초격자층과, 상기 초격자층 상에 제2도전형 반도체층을 포함하고, 상기 초격자층은 MgN층과 GaN층이 교대로 배치될 수 있다.
Description
실시예는 발광소자, 이를 포함하는 발광소자 패키지, 및 이를 포함하는 조명시스템에 관한 것이다.
발광소자(light emitting diode)는 전기에너지가 빛에너지로 변환되는 특성의 p-n 접합 다이오드로서, 주기율표상에서 Ⅲ족과 Ⅴ족 등의 화합물 반도체로 생성될 수 있고, 화합물 반도체의 조성비를 조절함으로써 다양한 색상구현이 가능하다.
발광소자는 순방향전압 인가 시 n층의 전자와 p층의 정공이 결합하여 전도대(conduction band)와 가전대(valance band)의 에너지 갭에 해당하는 만큼의 에너지를 발산하고, 상기 에너지가 빛으로 발산되면 발광소자가 된다.
질화물 반도체는 높은 열적 안정성과 폭넓은 밴드갭 에너지에 의해 광소자 및 고출력 전자소자 개발 분야에서 큰 관심을 받고 있다. 특히, 질화물 반도체를 이용한 청색(blue) 발광소자, 녹색(green) 발광소자, 및 자외선(UV) 발광소자는 상용화되어 널리 사용되고 있다.
질화물 반도체는 ESD(electrostatic discharge)와 신뢰성 개선이 특히 중요하며, 종래에는 활성층 상에 바로 MgN층과 GaN층이 교대로 배치시키고 격자 부정합 영역에 PN 다이오드를 형성하였으나, 격자 부정합에서 생성된 브이-피트가 PN 다이오드를 형성하지 못할 경우 ESD 문제가 발생할 수 있다.
실시예는 활성층 성장 후 MgN층과 GaN층을 교대로 성장하여 막질의 효율을 개선시키고 홀 농도가 증가된 발광소자, 발광소자 패키지 및 조명시스템을 제공하고자 한다.
또한, 실시예는 활성층 성장후 MgN층과 GaN층을 교대로 성장하여 브이-피트(v-pit)를 잘 메꿔주어 ESD가 개선된 발광소자, 발광소자 패키지 및 조명시스템을 제공하고자 한다.
실시예에 따른 발광소자는 기판과, 상기 기판 상에 브이-피트를 포함하는 제1도전형 반도체층과, 상기 제1도전형 반도체층 상에 활성층과, 상기 활성층 상에 확산방지층과, 상기 확산방지층 상에 초격자층과, 상기 초격자층 상에 제2도전형 반도체층을 포함하고, 상기 초격자층은 MgN층과 GaN층이 교대로 배치될 수 있다.
실시예에 따른 발광소자 패키지는 기판과, 상기 기판 상에 제1도전형 제1반도체층과, 상기 제1도전형 제1반도체층 상에 브이-피트(v-pit)를 포함하는 제1도전형 제2반도체층과, 상기 제1도전형 제2반도체층 상에 활성층과, 상기 활성층 상에 확산방지층과, 상기 확산방지층 상에 초격자층과, 상기 초격자층 상에 제2도전형 반도체층과, 상기 제2도전형 반도체층 상에 투광성 전극과, 상기 투광성 전극 상에 제2전극을 포함하고, 상기 초격자층은 MgN층과 GaN층이 교대로 배치될 수 있다.
실시예는 활성층 성장 후 MgN층과 GaN층을 교대로 성장하여 막질의 효율을 개선시키고 홀 농도를 증가시키는 효과가 있다.
또한, 실시예는 활성층 성장 후 MgN층과 GaN층을 교대로 성장하여 브이-피트(v-pit)를 잘 메꿔주어 ESD(electrostatic discharge)를 개선하는 효과가 있다.
또한, 실시예는 활성층 성장 후 확산방지층을 배치하여 커런트 스프레딩을 개선하고 활성층으로 Mg 유입을 막아주는 효과가 있다.
도 1은 실시예에 따른 발광소자의 단면도이다.
도 2는 실시예에 따른 발광소자의 부분확대도이다.
도 3은 실시예에 따른 개선된 동작전압을 나타내는 그래프이다.
도 4는 실시예에 따른 발광 소자 패키지의 단면도이다.
도 5 내지 도 7은 실시예에 따른 발광 소자를 포함하는 조명 시스템의 실시예들을 나타낸 분해 사시도이다.
도 2는 실시예에 따른 발광소자의 부분확대도이다.
도 3은 실시예에 따른 개선된 동작전압을 나타내는 그래프이다.
도 4는 실시예에 따른 발광 소자 패키지의 단면도이다.
도 5 내지 도 7은 실시예에 따른 발광 소자를 포함하는 조명 시스템의 실시예들을 나타낸 분해 사시도이다.
실시 예의 설명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴들의 "상/위(on/over)"에 또는 "아래(under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "상/위(on/over)"와 "아래(under)"는 "직접(directly)" 또는 "다른 층을 개재하여 (indirectly)" 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 각 층의 상/위 또는 아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다.
도면에서 각층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다.
도 1은 실시예에 따른 발광소자의 단면도이다.
도 1은 수평형 발광소자인 경우의 예를 도시하고 있으나, 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예에 따른 발광소자(100)는 기판(103)과, 상기 기판(103) 상에 배치되는 버퍼층(105), 상기 버퍼층(105) 상에 배치되는 제1도전형 제1반도체층(112a)과 상기 제1도전형 제1반도체층(112a) 상에 브이-피트(v-pit)를 포함하는 제1도전형 제2반도체층(112b)을 포함하는 제1도전형 반도체층, 상기 제1도전형 제2반도체층(112b) 상에 배치되는 활성층(114), 상기 활성층(114) 상에 배치되는 확산방지층(120), 상기 확산방지층(120) 상에 배치되는 초격자층(130), 상기 초격자층(130) 상에 배치되는 제2도전형 반도체층(140), 상기 제2도전형 반도체층(140) 상에 배치되는 투광성 전극(150), 상기 투광성 전극(150) 상에 배치되는 제2전극(170), 상기 제1도전형 제1반도체층(112a) 상에 배치되는 제1전극(160)을 포함한다.
상기 확산방지층(120)은 상기 활성층(114)상에 배치되고, 상기 확산방지층(120)은 GaN층을 포함할 수 있고, Mg이 상기 활성층(114) 상에 유입되는 것을 막아주는 효과가 있다.
실시예에 따라, 상기 확산방지층(120)의 두께는 0.8nm 이상 1.2nm 이하일 수 있으나, 이에 대해 한정하지는 않는다. 이때, 상기 확산방지층(120)의 두께가 0.8nm 미만인 경우, Mg이 상기 활성층(114) 상에 유입될 수 있고, 1.2nm 초과인 경우 홀 주입 효율을 저하시켜 동작 전압이 상승될 수 있다.
상기 확산방지층(120) 상에 초격자층(130)이 배치될 수 있고, 상기 초격자층(130)은 MgN층과 GaN층이 교대로 배치될 수 있다.
실시예에 따라 상기 초격자층(130)의 두께는 4nm 이상 9nm 이하일 수 있고, 바람직하게는 6nm일 수 있다. 예컨대, 상기 초격자층(130)의 두께가 4nm 일 때, 상기 MgN층과 GaN층은 각각 4쌍이 교대로 배치될 수 있고, 상기 초격자층(130)의 두께가 9nm 일 때, 상기 MgN층과 GaN층은 각각 15쌍이 교대로 배치될 수 있다. 또한, 상기 초격자층(130)의 두께가 6nm 일 때, 상기 MgN층과 GaN층은 각각 9쌍이 교대로 배치될 수 있다.
실시예에 따라, 상기 GaN층의 두께는 0.5nm일 수 있고, 상기 MgN층은 28초 이상 32초 이하의 속도로 성장할 수 있고, 상기 GaN층은 14초 이상 18초 이하의 속도로 성장할 수 있으나 이에 한정하는 것은 아니다.
즉, 상기 초격자층(130)은 활성층(110)상에 바로 제2도전형 반도체층(140)을 성장하지 않고 사이에 배치되어, 바로 성장하는 것과 비교하여 막질의 효율을 개선시키고, 홀 농도를 증가시킬 수 있다. 나아가, 브이-피트를 잘 메꿔주어 ESD가 개선될 수 있다.
상기 초격자층(130)의 MgN층은 상기 확산방지층(120) 상에 성장하기 때문에 결정성이 향상될 수 있고, 상기 확산방지층(120)에 의해 커런트 스프레딩이 개선될 수 있다.
실시예에 따른 발광소자(100)를 좀 더 자세히 상술하면, 기판(103)은 열전도성이 뛰어난 물질로 형성될 수 있거나, 전도성 기판 또는 절연성 기판일 수 있다. 예를 들어, 상기 기판(103)은 사파이어(Al2O3), SiC, Si, GaAs, GaN, ZnO, GaP, InP, Ge, and Ga203 중 적어도 하나를 사용할 수 있다. 상기 기판(103) 위에는 요철 구조가 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 기판(103)에 대해 습식세척을 하여 표면의 불순물을 제거할 수 있다.
상기기판(103) 상에 버퍼층(105)이 배치될 수 있고, 상기 버퍼층(105)은 상기 발광구조물(110)의 재료와 제1 기판(103)의 격자 부정합을 완화시켜 줄 수 있으며, 버퍼층의 재료는 3족-5족 화합물 반도체 예컨대, GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN 중 적어도 하나로 형성될 수 있다.
상기 버퍼층(105) 상에 제1도전형 제1반도체층(112a)과 제1도전형 제2반도체층(112b)이 배치될 수 있다. 상기 제1도전형 반도체층(112a)과 제1도전형 제2반도체층(112b)은 반도체 화합물로 형성될 수 있고, 3족-5족, 2족-6족 등의 화합물 반도체로 구현될 수 있으며, 제1 도전형 도펀트가 도핑될 수 있다. 상기 제1 도전형 제1반도체층(112a)과 상기 제1도전형 제2반도체층(112b)이 n형 반도체층인 경우, 상기 제1 도전형 도펀트는 n형 도펀트로서, Si, Ge, Sn, Se, Te를 포함할 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
상기 제1도전형 제1반도체층(112a)과 상기 제1도전형 제2반도체층(112b)은 화학증착방법(CVD) 혹은 분자선 에피택시 (MBE) 혹은 스퍼터링 혹은 수산화물 증기상 에피택시(HVPE) 등의 방법을 사용하여 n형 GaN층을 형성할 수 있다. 또한, 상기 제1 도전형 반도체층(112)은 챔버에 트리메틸 갈륨 가스(TMGa), 암모니아 가스(NH3), 질소 가스(N2), 및 실리콘(Si)와 같은 n 형 불순물을 포함하는 실란 가스(SiH4)가 주입되어 형성될 수 있다.
상기 제1도전형 제1반도체층(112a) 상의 일부에는 제1전극(160)이 배치될 수 있다.
상기 제1도전형 제2반도체층(112b)는 브이-피트(v-pit)를 포함할 수 있고, 상기 브이-피트는 랜덤하게 형성될 수 있다.
실시예에 따라, 상기 제1도전형 제1반도체층(112a)의 상부와 상기 제1도전형 제2반도체층의 브이-피트가 서로 만날 수 있다.
상기 활성층(114)은 제1 도전형 반도체층을 통해서 주입되는 전자와 이후 형성되는 제2도전형 반도체층(140)을 통해서 주입되는 정공이 서로 만나서 활성층(발광층) 물질 고유의 에너지 밴드에 의해서 결정되는 에너지를 갖는 빛을 방출하는 층이다.
상기 활성층(114)은 단일 양자 우물 구조, 다중 양자 우물 구조(MQW: Multi Quantum Well), 양자 선(Quantum-Wire) 구조, 또는 양자 점(Quantum Dot) 구조 중 적어도 어느 하나로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 활성층(114)은 트리메틸 갈륨 가스(TMGa), 암모니아 가스(NH3), 질소 가스(N2), 및 트리메틸 인듐 가스(TMIn)가 주입되어 다중 양자우물구조가 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 활성층(114)의 우물층/장벽층은 InGaN/GaN, InGaN/InGaN, GaN/AlGaN, InAlGaN/GaN, GaAs(InGaAs)/AlGaAs, GaP(InGaP)/AlGaP 중 어느 하나 이상의 페어 구조로 형성될 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 상기 우물층은 상기 장벽층의 밴드 갭보다 낮은 밴드 갭을 갖는 물질로 형성될 수 있다.
상기 제2도전형 반도체층(140)은 상기 초격자층(130)상에 배치되고, 상기 제2 도전형 반도체층(116)은 반도체 화합물로 형성될 수 있고, 3족-5족, 2족-6족 등의 화합물 반도체로 구현될 수 있으며, 제2 도전형 도펀트가 도핑될 수 있다.
예컨대, 상기 제2 도전형 반도체층(140)은 InxAlyGa1-x-yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질을 포함할 수 있다. 상기 제2 도전형 반도체층(140)이 p형 반도체층인 경우, 상기 제2도전형 도펀트는 p형 도펀트로서, Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등을 포함할 수 있다.
상기 제2 도전형 반도체층(140)은 챔버에 트리메틸 갈륨 가스(TMGa), 암모니아 가스(NH3), 질소 가스(N2), 및 마그네슘(Mg)과 같은 p 형 불순물을 포함하는 비세틸 사이클로 펜타디에닐 마그네슘(EtCp2Mg){Mg(C2H5C5H4)2}가 주입되어 p형 GaN층이 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예에서 상기 제1도전형 제1반도체층(112a)과 제1도전형 제2반도체층(112b)은 n형 반도체층, 상기 제2 도전형 반도체층(116)은 p형 반도체층으로 구현할 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 또한 상기 제2 도전형 반도체층(116) 위에는 상기 제2 도전형과 반대의 극성을 갖는 반도체 예컨대 n형 반도체층(미도시)을 형성할 수 있다. 이에 따라 발광구조물(110)은 n-p 접합 구조, p-n 접합 구조, n-p-n 접합 구조, p-n-p 접합 구조 중 어느 한 구조로 구현할 수 있다.
상기 투광성 전극(150)은 상기 제2도전형 반도체층(140) 상에 형성될 수 있고, 상기 투광성 전극(150)은 투광성 오믹층을 포함할 수 있으며, 캐리어 주입을 효율적으로 할 수 있도록 단일 금속 혹은 금속합금, 금속산화물 등을 다중으로 적층하여 형성할 수 있다. 예를 들어, 상기 투광성 전극(150)은 ITO(indium tin oxide), IZO(indium zinc oxide), IZTO(indium zinc tin oxide), IAZO(indium aluminum zinc oxide), IGZO(indium gallium zinc oxide), IGTO(indium gallium tin oxide), AZO(aluminum zinc oxide), ATO(antimony tin oxide), GZO(gallium zinc oxide), IZON(IZO Nitride), AGZO(Al-Ga ZnO), IGZO(In-Ga ZnO), ZnO, IrOx, RuOx, NiO 중 적어도 하나를 포함하여 형성될 수 있으며, 이러한 재료에 한정되는 않는다.
상기 제1전극(160)은 상기 투광성 전극(150), 제2 도전형 반도체층(140), 초격자층(130), 확산방지층(120), 활성층(114), 제1도전형 제2반도체층(112b)의 일부를 식각하여 노출된 제1도전형 제1반도체층(112a)상에 배치될 수 있다.
상기 제2전극(170)은 상기 투광성 전극 상에 배치될 수 있다.
도 2는 실시예에 따른 발광소자의 부분확대도이다.
도 2를 참조하면, 브이-피트를 포함하는 초격자층(130)은 확산방지층(120) 상에 배치되고, 상기 초격자층(130)은 MgN층(131a, 132a, ..., 139a)과 GaN층(131b, 132b, ..., 139b)를 포함할 수 있다. 즉, 상기 초격자층(130)은 4쌍 이상 15쌍 이하의 MgN층과 GaN층이 교대로 배치될 수 있고, 바람직하게는 9쌍의 MgN층과 GaN층이 교대로 배치될 수 있다. 이에 따라, 막질의 효율을 개선시켜주고, 커런트 스프레딩이 개선되며, 홀농도를 증가시켜주는 효과가 있다. 나아가, 브이-피트를 잘 메꿔주어 ESD가 개선되는 효과가 있다.
도 3은 실시예에 따른 개선된 동작전압을 나타내는 그래프이다.
도 3을 참조하면, 실시예에 따른 발광소자와 달리 확산방지층과 초격자층을 배치하지 않은 경우의 동작전압(reference)은 3.16V이고, 실시예에 따른 발광소자의 동작 전압(present invention)은 3.03V으로 낮아진 것을 알 수 있다. 즉, 실시예에 따른 발광소자는 막질의 효율이 개선되고 커런트 스프레딩이 개선되어 동작전압이 낮아질 수 있다.
도 4는 실시예에 따른 발광 소자 패키지의 단면도이다.
본 발명에 따른 발광 소자 패키지는 앞서 설명한 바와 같은 구조의 발광 소자가 장착될 수 있다.
발광 소자 패키지(200)는 패키지 몸체부(205)와, 상기 패키지 몸체부(205) 상에 배치된 제3 전극층(213) 및 제4 전극층(214)과, 상기 패키지 몸체부(205) 상에 배치되어 상기 제3 전극층(213) 및 제4 전극층(214)과 전기적으로 연결되는 발광 소자(100)와, 상기 발광 소자(100)를 포위하는 몰딩부재(230)가 포함된다.
상기 패키지 몸체부(205)는 실리콘 재질, 합성수지 재질, 또는 금속 재질을 포함하여 형성될 수 있으며, 상기 발광 소자(100)의 주위에 경사면이 형성될 수 있다.
상기 제3 전극층(213) 및 제4 전극층(214)은 서로 전기적으로 분리되며, 상기 발광 소자(100)에 전원을 제공하는 역할을 한다. 또한, 상기 제3 전극층(213) 및 제4 전극층(214)은 상기 발광 소자(100)에서 발생된 빛을 반사시켜 광 효율을 증가시키는 역할을 할 수 있으며, 상기 발광 소자(100)에서 발생된 열을 외부로 배출시키는 역할을 할 수도 있다.
상기 발광 소자(100)는 상기 패키지 몸체부(205) 상에 배치되거나 상기 제3 전극층(213) 또는 제4 전극층(214) 상에 배치될 수 있다.
상기 발광 소자(100)는 상기 제3 전극층(213) 및/또는 제4 전극층(214)과 와이어 방식, 플립칩 방식 또는 다이 본딩 방식 중 어느 하나에 의해 전기적으로 연결될 수도 있다. 실시예에서는 상기 발광 소자(100)가 상기 제3 전극층(213) 및 제4 전극층(214)과 각각 와이어를 통해 전기적으로 연결된 것이 예시되어 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 몰딩부재(230)는 상기 발광 소자(100)를 포위하여 상기 발광 소자(100)를 보호할 수 있다. 또한, 상기 몰딩부재(230)에는 형광체(232)가 포함되어 상기 발광 소자(100)에서 방출된 광의 파장을 변화시킬 수 있다.
도 5 내지 도 7은 실시예에 따른 발광 소자가 구비된 조명 시스템의 실시예들을 나타낸 분해 사시도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 실시예에 따른 조명 장치는 커버(2100), 광원 모듈(2200), 방열체(2400), 전원 제공부(2600), 내부 케이스(2700), 소켓(2800)을 포함할 수 있다. 또한, 실시 예에 따른 조명 장치는 부재(2300)와 홀더(2500) 중 어느 하나 이상을 더 포함할 수 있다. 상기 광원 모듈(2200)은 본 발명에 따른 발광소자(100) 또는 발광소자 패키지(200)를 포함할 수 있다.
예컨대, 상기 커버(2100)는 벌브(bulb) 또는 반구의 형상을 가지며, 속이 비어 있고, 일 부분이 개구된 형상으로 제공될 수 있다. 상기 커버(2100)는 상기 광원 모듈(2200)과 광학적으로 결합될 수 있다. 예를 들어, 상기 커버(2100)는 상기 광원 모듈(2200)로부터 제공되는 빛을 확산, 산란 또는 여기 시킬 수 있다. 상기 커버(2100)는 일종의 광학 부재일 수 있다. 상기 커버(2100)는 상기 방열체(2400)와 결합될 수 있다. 상기 커버(2100)는 상기 방열체(2400)와 결합하는 결합부를 가질 수 있다.
상기 커버(2100)의 내면에는 유백색 도료가 코팅될 수 있다. 유백색의 도료는 빛을 확산시키는 확산재를 포함할 수 있다. 상기 커버(2100)의 내면의 표면 거칠기는 상기 커버(2100)의 외면의 표면 거칠기보다 크게 형성될 수 있다. 이는 상기 광원 모듈(2200)로부터의 빛이 충분히 산란 및 확산되어 외부로 방출시키기 위함이다.
상기 커버(2100)의 재질은 유리(glass), 플라스틱, 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 폴리카보네이트(PC) 등일 수 있다. 여기서, 폴리카보네이트는 내광성, 내열성, 강도가 뛰어나다. 상기 커버(2100)는 외부에서 상기 광원 모듈(2200)이 보이도록 투명할 수 있고, 불투명할 수 있다. 상기 커버(2100)는 블로우(blow) 성형을 통해 형성될 수 있다.
상기 광원 모듈(2200)은 상기 방열체(2400)의 일 면에 배치될 수 있다. 따라서, 상기 광원 모듈(2200)로부터의 열은 상기 방열체(2400)로 전도된다. 상기 광원 모듈(2200)은 광원부(2210), 연결 플레이트(2230), 커넥터(2250)를 포함할 수 있다.
상기 부재(2300)는 상기 방열체(2400)의 상면 위에 배치되고, 복수의 광원부(2210)들과 커넥터(2250)이 삽입되는 가이드홈(2310)들을 갖는다. 상기 가이드홈(2310)은 상기 광원부(2210)의 기판 및 커넥터(2250)와 대응된다.
상기 부재(2300)의 표면은 빛 반사 물질로 도포 또는 코팅된 것일 수 있다. 예를 들면, 상기 부재(2300)의 표면은 백색의 도료로 도포 또는 코팅된 것일 수 있다. 이러한 상기 부재(2300)는 상기 커버(2100)의 내면에 반사되어 상기 광원 모듈(2200)측 방향으로 되돌아오는 빛을 다시 상기 커버(2100) 방향으로 반사한다. 따라서, 실시 예에 따른 조명 장치의 광 효율을 향상시킬 수 있다.
상기 부재(2300)는 예로서 절연 물질로 이루어질 수 있다. 상기 광원 모듈(2200)의 연결 플레이트(2230)는 전기 전도성의 물질을 포함할 수 있다. 따라서, 상기 방열체(2400)와 상기 연결 플레이트(2230) 사이에 전기적인 접촉이 이루어질 수 있다. 상기 부재(2300)는 절연 물질로 구성되어 상기 연결 플레이트(2230)와 상기 방열체(2400)의 전기적 단락을 차단할 수 있다. 상기 방열체(2400)는 상기 광원 모듈(2200)로부터의 열과 상기 전원 제공부(2600)로부터의 열을 전달받아 방열한다.
상기 홀더(2500)는 내부 케이스(2700)의 절연부(2710)의 수납홈(2719)를 막는다. 따라서, 상기 내부 케이스(2700)의 상기 절연부(2710)에 수납되는 상기 전원 제공부(2600)는 밀폐된다. 상기 홀더(2500)는 가이드 돌출부(2510)를 갖는다. 상기 가이드 돌출부(2510)는 상기 전원 제공부(2600)의 돌출부(2610)가 관통하는 홀을 갖는다.
상기 전원 제공부(2600)는 외부로부터 제공받은 전기적 신호를 처리 또는 변환하여 상기 광원 모듈(2200)로 제공한다. 상기 전원 제공부(2600)는 상기 내부 케이스(2700)의 수납홈(2719)에 수납되고, 상기 홀더(2500)에 의해 상기 내부 케이스(2700)의 내부에 밀폐된다.
상기 전원 제공부(2600)는 돌출부(2610), 가이드부(2630), 베이스(2650), 연장부(2670)를 포함할 수 있다.
상기 가이드부(2630)는 상기 베이스(2650)의 일 측에서 외부로 돌출된 형상을 갖는다. 상기 가이드부(2630)는 상기 홀더(2500)에 삽입될 수 있다. 상기 베이스(2650)의 일 면 위에 다수의 부품이 배치될 수 있다. 다수의 부품은 예를 들어, 외부 전원으로부터 제공되는 교류 전원을 직류 전원으로 변환하는 직류변환장치, 상기 광원 모듈(2200)의 구동을 제어하는 구동칩, 상기 광원 모듈(2200)을 보호하기 위한 ESD(ElectroStatic discharge) 보호 소자 등을 포함할 수 있으나 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 연장부(2670)는 상기 베이스(2650)의 다른 일 측에서 외부로 돌출된 형상을 갖는다. 상기 연장부(2670)는 상기 내부 케이스(2700)의 연결부(2750) 내부에 삽입되고, 외부로부터의 전기적 신호를 제공받는다. 예컨대, 상기 연장부(2670)는 상기 내부 케이스(2700)의 연결부(2750)의 폭과 같거나 작게 제공될 수 있다. 상기 연장부(2670)에는 "+ 전선"과 "- 전선"의 각 일 단이 전기적으로 연결되고, "+ 전선"과 "- 전선"의 다른 일 단은 소켓(2800)에 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 내부 케이스(2700)는 내부에 상기 전원 제공부(2600)와 함께 몰딩부를 포함할 수 있다. 몰딩부는 몰딩 액체가 굳어진 부분으로서, 상기 전원 제공부(2600)가 상기 내부 케이스(2700) 내부에 고정될 수 있도록 한다.
또한, 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 조명 장치는 커버(3100), 광원부(3200), 방열체(3300), 회로부(3400), 내부 케이스(3500), 소켓(3600)을 포함할 수 있다. 상기 광원부(3200)는 실시 예에 따른 발광소자 또는 발광소자 패키지를 포함할 수 있다.
상기 커버(3100)는 벌브(bulb) 형상을 가지며, 속이 비어 있다. 상기 커버(3100)는 개구(3110)를 갖는다. 상기 개구(3110)를 통해 상기 광원부(3200)와 부재(3350)가 삽입될 수 있다.
상기 커버(3100)는 상기 방열체(3300)와 결합하고, 상기 광원부(3200)와 상기 부재(3350)를 둘러쌀 수 있다. 상기 커버(3100)와 상기 방열체(3300)의 결합에 의해, 상기 광원부(3200)와 상기 부재(3350)는 외부와 차단될 수 있다. 상기 커버(3100)와 상기 방열체(3300)의 결합은 접착제를 통해 결합할 수도 있고, 회전 결합 방식 및 후크 결합 방식 등 다양한 방식으로 결합할 수 있다. 회전 결합 방식은 상기 방열체(3300)의 나사홈에 상기 커버(3100)의 나사선이 결합하는 방식으로서 상기 커버(3100)의 회전에 의해 상기 커버(3100)와 상기 방열체(3300)가 결합하는 방식이고, 후크 결합 방식은 상기 커버(3100)의 턱이 상기 방열체(3300)의 홈에 끼워져 상기 커버(3100)와 상기 방열체(3300)가 결합하는 방식이다.
상기 커버(3100)는 상기 광원부(3200)와 광학적으로 결합한다. 구체적으로 상기 커버(3100)는 상기 광원부(3200)의 발광 소자(3230)로부터의 광을 확산, 산란 또는 여기시킬 수 있다. 상기 커버(3100)는 일종의 광학 부재일 수 있다. 여기서, 상기 커버(3100)는 상기 광원부(3200)로부터의 광을 여기시키기 위해, 내/외면 또는 내부에 형광체를 가질 수 있다.
상기 커버(3100)의 내면에는 유백색 도료가 코팅될 수 있다. 여기서, 유백색 도료는 빛을 확산시키는 확산재를 포함할 수 있다. 상기 커버(3100)의 내면의 표면 거칠기는 상기 커버(3100)의 외면의 표면 거칠기보다 클 수 있다. 이는 상기 광원부(3200)로부터의 광을 충분히 산란 및 확산시키기 위함이다.
상기 커버(3100)의 재질은 유리(glass), 플라스틱, 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 폴리카보네이트(PC) 등일 수 있다. 여기서, 폴리카보네이트는 내광성, 내열성, 강도가 뛰어나다. 상기 커버(3100)는 외부에서 상기 광원부(3200)와 상기 부재(3350)가 보일 수 있는 투명한 재질일 수 있고, 보이지 않는 불투명한 재질일 수 있다. 상기 커버(3100)는 예컨대 블로우(blow) 성형을 통해 형성될 수 있다.
상기 광원부(3200)는 상기 방열체(3300)의 부재(3350)에 배치되고, 복수로 배치될 수 있다. 구체적으로, 상기 광원부(3200)는 상기 부재(3350)의 복수의 측면들 중 하나 이상의 측면에 배치될 수 있다. 그리고, 상기 광원부(3200)는 상기 부재(3350)의 측면에서도 상단부에 배치될 수 있다.
상기 광원부(3200)는 상기 부재(3350)의 6 개의 측면들 중 3 개의 측면들에 배치될 수 있다. 그러나 이에 한정하는 것은 아니고, 상기 광원부(3200)는 상기 부재(3350)의 모든 측면들에 배치될 수 있다. 상기 광원부(3200)는 기판(3210)과 발광 소자(3230)를 포함할 수 있다. 상기 발광 소자(3230)는 기판(3210)의 일 면 상에 배치될 수 있다.
상기 기판(3210)은 사각형의 판 형상을 갖지만, 이에 한정되지 않고 다양한 형태를 가질 수 있다. 예를 들면, 상기 기판(3210)은 원형 또는 다각형의 판 형상일 수 있다. 상기 기판(3210)은 절연체에 회로 패턴이 인쇄된 것일 수 있으며, 예를 들어, 일반 인쇄회로기판(PCB: Printed Circuit Board), 메탈 코아(Metal Core) PCB, 연성(Flexible) PCB, 세라믹 PCB 등을 포함할 수 있다. 또한, 인쇄회로기판 위에 패키지 하지 않은 LED 칩을 직접 본딩할 수 있는 COB(Chips On Board) 타입을 사용할 수 있다. 또한, 상기 기판(3210)은 광을 효율적으로 반사하는 재질로 형성되거나, 표면이 광을 효율적으로 반사하는 컬러, 예를 들어 백색, 은색 등으로 형성될 수 있다. 상기 기판(3210)은 상기 방열체(3300)에 수납되는 상기 회로부(3400)와 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 기판(3210)과 상기 회로부(3400)는 예로서 와이어(wire)를 통해 연결될 수 있다. 와이어는 상기 방열체(3300)를 관통하여 상기 기판(3210)과 상기 회로부(3400)를 연결시킬 수 있다.
상기 발광 소자(3230)는 적색, 녹색, 청색의 광을 방출하는 발광 다이오드 칩이거나 UV를 방출하는 발광 다이오드 칩일 수 있다. 여기서, 발광 다이오드 칩은 수평형(Lateral Type) 또는 수직형(Vertical Type)일 수 있고, 발광 다이오드 칩은 청색(Blue), 적색(Red), 황색(Yellow), 또는 녹색(Green)을 발산할 수 있다.
상기 발광 소자(3230)는 형광체를 가질 수 있다. 형광체는 가넷(Garnet)계(YAG, TAG), 실리케이드(Silicate)계, 나이트라이드(Nitride)계 및 옥시나이트라이드(Oxynitride)계 중 어느 하나 이상일 수 있다. 또는 형광체는 황색 형광체, 녹색 형광체 및 적색 형광체 중 어느 하나 이상일 수 있다.
상기 방열체(3300)는 상기 커버(3100)와 결합하고, 상기 광원부(3200)로부터의 열을 방열할 수 있다. 상기 방열체(3300)는 소정의 체적을 가지며, 상면(3310), 측면(3330)을 포함한다. 상기 방열체(3300)의 상면(3310)에는 부재(3350)가 배치될 수 있다. 상기 방열체(3300)의 상면(3310)은 상기 커버(3100)와 결합할 수 있다. 상기 방열체(3300)의 상면(3310)은 상기 커버(3100)의 개구(3110)와 대응되는 형상을 가질 수 있다.
상기 방열체(3300)의 측면(3330)에는 복수의 방열핀(3370)이 배치될 수 있다. 상기 방열핀(3370)은 상기 방열체(3300)의 측면(3330)에서 외측으로 연장된 것이거나 측면(3330)에 연결된 것일 수 있다. 상기 방열핀(3370)은 상기 방열체(3300)의 방열 면적을 넓혀 방열 효율을 향상시킬 수 있다. 여기서, 측면(3330)은 상기 방열핀(3370)을 포함하지 않을 수도 있다.
상기 부재(3350)는 상기 방열체(3300)의 상면(3310)에 배치될 수 있다. 상기 부재(3350)는 상면(3310)과 일체일 수도 있고, 상면(3310)에 결합된 것일 수 있다. 상기 부재(3350)는 다각 기둥일 수 있다. 구체적으로, 상기 부재(3350)는 육각 기둥일 수 있다. 육각 기둥의 부재(3350)는 윗면과 밑면 그리고 6 개의 측면들을 갖는다. 여기서, 상기 부재(3350)는 다각 기둥뿐만 아니라 원 기둥 또는 타원 기둥일 수 있다. 상기 부재(3350)가 원 기둥 또는 타원 기둥일 경우, 상기 광원부(3200)의 상기 기판(3210)은 연성 기판일 수 있다.
상기 부재(3350)의 6 개의 측면에는 상기 광원부(3200)가 배치될 수 있다. 6 개의 측면 모두에 상기 광원부(3200)가 배치될 수도 있고, 6 개의 측면들 중 몇 개의 측면들에 상기 광원부(3200)가 배치될 수도 있다. 도 11에서는 6 개의 측면들 중 3 개의 측면들에 상기 광원부(3200)가 배치되어 있다.
상기 부재(3350)의 측면에는 상기 기판(3210)이 배치된다. 상기 부재(3350)의 측면은 상기 방열체(3300)의 상면(3310)과 실질적으로 수직을 이룰 수 있다. 따라서, 상기 기판(3210)과 상기 방열체(3300)의 상면(3310)은 실질적으로 수직을 이룰 수 있다.
상기 부재(3350)의 재질은 열 전도성을 갖는 재질일 수 있다. 이는 상기 광원부(3200)로부터 발생되는 열을 빠르게 전달받기 위함이다. 상기 부재(3350)의 재질로서는 예를 들면, 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 구리(Cu), 마그네슘(Mg), 은(Ag), 주석(Sn) 등과 상기 금속들의 합금일 수 있다. 또는 상기 부재(3350)는 열 전도성을 갖는 열 전도성 플라스틱으로 형성될 수 있다. 열 전도성 플라스틱은 금속보다 무게가 가볍고, 단방향성의 열 전도성을 갖는 이점이 있다.
상기 회로부(3400)는 외부로부터 전원을 제공받고, 제공받은 전원을 상기 광원부(3200)에 맞게 변환한다. 상기 회로부(3400)는 변환된 전원을 상기 광원부(3200)로 공급한다. 상기 회로부(3400)는 상기 방열체(3300)에 배치될 수 있다. 구체적으로, 상기 회로부(3400)는 상기 내부 케이스(3500)에 수납되고, 상기 내부 케이스(3500)와 함께 상기 방열체(3300)에 수납될 수 있다. 상기 회로부(3400)는 회로 기판(3410)과 상기 회로 기판(3410) 상에 탑재되는 다수의 부품(3430)을 포함할 수 있다.
상기 회로 기판(3410)은 원형의 판 형상을 갖지만, 이에 한정되지 않고 다양한 형태를 가질 수 있다. 예를 들면, 상기 회로 기판(3410)은 타원형 또는 다각형의 판 형상일 수 있다. 이러한 회로 기판(3410)은 절연체에 회로 패턴이 인쇄된 것일 수 있다.
상기 회로 기판(3410)은 상기 광원부(3200)의 기판(3210)과 전기적으로 연결된다. 상기 회로 기판(3410)과 상기 기판(3210)의 전기적 연결은 예로서 와이어(wire)를 통해 연결될 수 있다. 와이어는 상기 방열체(3300)의 내부에 배치되어 상기 회로 기판(3410)과 상기 기판(3210)을 연결할 수 있다.
다수의 부품(3430)은 예를 들어, 외부 전원으로부터 제공되는 교류 전원을 직류 전원으로 변환하는 직류변환장치, 상기 광원부(3200)의 구동을 제어하는 구동칩, 상기 광원부(3200)를 보호하기 위한 ESD(ElectroStatic discharge) 보호 소자 등을 포함할 수 있다.
상기 내부 케이스(3500)는 내부에 상기 회로부(3400)를 수납한다. 상기 내부 케이스(3500)는 상기 회로부(3400)를 수납하기 위해 수납부(3510)를 가질 수 있다.
상기 수납부(3510)는 예로서 원통 형상을 가질 수 있다. 상기 수납부(3510)의 형상은 상기 방열체(3300)의 형상에 따라 달라질 수 있다. 상기 내부 케이스(3500)는 상기 방열체(3300)에 수납될 수 있다. 상기 내부 케이스(3500)의 수납부(3510)는 상기 방열체(3300)의 하면에 형성된 수납부에 수납될 수 있다.
상기 내부 케이스(3500)는 상기 소켓(3600)과 결합될 수 있다. 상기 내부 케이스(3500)는 상기 소켓(3600)과 결합하는 연결부(3530)를 가질 수 있다. 상기 연결부(3530)는 상기 소켓(3600)의 나사홈 구조와 대응되는 나사산 구조를 가질 수 있다. 상기 내부 케이스(3500)는 부도체이다. 따라서, 상기 회로부(3400)와 상기 방열체(3300) 사이의 전기적 단락을 막는다. 예로서 상기 내부 케이스(3500)는 플라스틱 또는 수지 재질로 형성될 수 있다.
상기 소켓(3600)은 상기 내부 케이스(3500)와 결합될 수 있다. 구체적으로, 상기 소켓(3600)은 상기 내부 케이스(3500)의 연결부(3530)와 결합될 수 있다. 상기 소켓(3600)은 종래 재래식 백열 전구와 같은 구조를 가질 수 있다. 상기 회로부(3400)와 상기 소켓(3600)은 전기적으로 연결된다. 상기 회로부(3400)와 상기 소켓(3600)의 전기적 연결은 와이어(wire)를 통해 연결될 수 있다. 따라서, 상기 소켓(3600)에 외부 전원이 인가되면, 외부 전원은 상기 회로부(3400)로 전달될 수 있다. 상기 소켓(3600)은 상기 연결부(3550)의 나사선 구조과 대응되는 나사홈 구조를 가질 수 있다.
또한, 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 조명 장치 예컨대, 백라이트 유닛은 도광판(1210)과, 상기 도광판(1210)에 빛을 제공하는 발광모듈부(1240)와, 상기 도광판(1210) 아래에 반사 부재(1220)와, 상기 도광판(1210), 발광모듈부(1240) 및 반사 부재(1220)를 수납하는 바텀 커버(1230)를 포함할 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
상기 도광판(1210)은 빛을 확산시켜 면광원화 시키는 역할을 한다. 상기 도광판(1210)은 투명한 재질로 이루어지며, 예를 들어, PMMA(polymethyl metaacrylate)와 같은 아크릴 수지 계열, PET(polyethylene terephthlate), PC(poly carbonate), COC(cycloolefin copolymer) 및 PEN(polyethylene naphthalate) 수지 중 하나를 포함할 수 있다.
상기 발광모듈부(1240)은 상기 도광판(1210)의 적어도 일 측면에 빛을 제공하며, 궁극적으로는 상기 백라이트 유닛이 배치되는 디스플레이 장치의 광원으로써 작용하게 된다.
상기 발광모듈부(1240)은 상기 도광판(1210)과 접할 수 있으나 이에 한정되지 않는). 구체적으로는, 상기 발광모듈부(1240)은 기판(1242)과, 상기 기판(1242)에 탑재된 다수의 발광소자 패키지(200)를 포함하는데, 상기 기판(1242)이 상기 도광판(1210)과 접할 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
상기 기판(1242)은 회로패턴(미도시)을 포함하는 인쇄회로기판(PCB, Printed Circuit Board)일 수 있다. 다만, 상기 기판(1242)은 일반 PCB 뿐 아니라, 메탈 코어 PCB(MCPCB, Metal Core PCB), 연성 PCB(FPCB, Flexible PCB) 등을 포함할 수도 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
그리고, 상기 다수의 발광소자 패키지(200)는 상기 기판(1242) 상에 빛이 방출되는 발광면이 상기 도광판(1210)과 소정 거리 이격되도록 탑재될 수 있다.
상기 도광판(1210) 아래에는 상기 반사 부재(1220)가 형성될 수 있다. 상기 반사 부재(1220)는 상기 도광판(1210)의 하면으로 입사된 빛을 반사시켜 위로 향하게 함으로써, 상기 백라이트 유닛의 휘도를 향상시킬 수 있다. 상기 반사 부재(1220)는 예를 들어, PET, PC, PVC 레진 등으로 형성될 수 있으나, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 바텀 커버(1230)는 상기 도광판(1210), 발광모듈부(1240) 및 반사 부재(1220) 등을 수납할 수 있다. 이를 위해, 상기 바텀 커버(1230)는 상면이 개구된 박스(box) 형상으로 형성될 수 있으나, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 바텀 커버(1230)는 금속 재질 또는 수지 재질로 형성될 수 있으며, 프레스 성형 또는 압출 성형 등의 공정을 이용하여 제조될 수 있다.
이상에서 실시예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 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 실시예의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 실시예를 한정하는 것이 아니며, 실시예가 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 설정하는 실시예의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100; 발광소자
112a; 제1도전형 제1반도체층
112b; 제1도전형 제2반도체층
114; 활성층
120; 확산방지층
130; 초격자층
140; 제2도전형 반도체층
150; 투광성 전극
160; 제1전극
170; 제2전극
112a; 제1도전형 제1반도체층
112b; 제1도전형 제2반도체층
114; 활성층
120; 확산방지층
130; 초격자층
140; 제2도전형 반도체층
150; 투광성 전극
160; 제1전극
170; 제2전극
Claims (15)
- 기판;
상기 기판 상에 배치되는 브이-피트(v-pit)를 포함하는 제1도전형 반도체층;
상기 제1도전형 반도체층 상에 배치되는 활성층;
상기 활성층 상에 배치되는 확산방지층;
상기 확산방지층 상에 배치되는 초격자층; 및
상기 초격자층 상에 배치되는 제2도전형 반도체층을 포함하고,
상기 제1도전형 반도체층은,
제1도전형 제1반도체층; 및
상기 제1도전형 제1반도체층 상에 배치되며 상기 브이-피트를 포함하는 제1도전형 제2반도체층을 포함하고,
상기 제1도전형 제1반도체층 상에 배치되며 상기 제1도전형 반도체층과 전기적으로 연결되는 제1전극; 및
상기 제2도전형 반도체층 상에 배치되며 상기 제2도전형 반도체층과 전기적으로 연결되는 제2전극을 포함하고,
상기 초격자층은 MgN층과 GaN층이 교대로 배치되고,
상기 초격자층은 9쌍의 상기 MgN층과 상기 GaN층을 포함하고,
상기 확산방지층은 Mg이 상기 활성층 상에 유입되는 것을 방지하며, 0.8nm 이상 1.2nm 이하의 두께를 가지는 발광소자. - 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 브이-피트는 랜덤하게 형성하는 발광소자. - 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 제1도전형 제1반도체층 상부와 상기 제1도전형 제2반도체층의 브이-피트가 서로 만나는 발광소자. - 패키지 몸체부;
상기 패키지 몸체부 상에 배치되는 제3 및 제4 전극층;
상기 제3 및 제4 전극층과 전기적으로 연결되는 발광소자; 및
상기 발광소자를 밀봉하는 몰딩부재를 포함하고,
상기 발광소자는,
기판;
상기 기판 상에 배치되는 브이-피트(v-pit)를 포함하는 제1도전형 반도체층;
상기 제1도전형 반도체층 상에 배치되는 활성층;
상기 활성층 상에 배치되는 확산방지층;
상기 확산방지층 상에 배치되는 초격자층; 및
상기 초격자층 상에 배치되는 제2도전형 반도체층을 포함하고,
상기 제1도전형 반도체층은,
제1도전형 제1반도체층; 및
상기 제1도전형 제1반도체층 상에 배치되며 상기 브이-피트를 포함하는 제1도전형 제2반도체층을 포함하고,
상기 제1도전형 제1반도체층 상에 배치되며 상기 제1도전형 반도체층과 전기적으로 연결되는 제1전극; 및
상기 제2도전형 반도체층 상에 배치되며 상기 제2도전형 반도체층과 전기적으로 연결되는 제2전극을 포함하고,
상기 초격자층은 MgN층과 GaN층이 교대로 배치되고,
상기 초격자층은 9쌍의 상기 MgN층과 상기 GaN층을 포함하고,
상기 확산방지층은 Mg이 상기 활성층 상에 유입되는 것을 방지하며, 0.8nm 이상 1.2nm 이하의 두께를 가지는 발광소자 패키지. - 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
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