JP2013058730A - 発光素子 - Google Patents

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Abstract

【課題】発光素子を提供すること。
【解決手段】本発明の一実施例は、支持部材と、該支持部材上に配置され、第１半導体層、第２半導体層及び前記第１及び第２半導体層の間における活性層を有する発光構造物とを備え、前記支持部材は、前記活性層から放出された光を、異なる波長の光に変換（励起）するメタルイオンを含む発光素子である。
【選択図】図１

Description

本発明の実施例は、発光素子に関する。
一般に、発光素子の一つである発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ、ＬＥＤ）は、電子と正孔との再結合を基に発光する半導体素子で、光通信、電子機器などで光源として広く用いられている。
発光ダイオードにおいて、発光する光の周波数（または、波長）は、半導体素子に使われる材料のバンドギャップ関数であり、狭いバンドギャップを有する半導体材料を使用すると、低いエネルギーと長い波長の光子が発生し、広いバンドギャップを有する半導体材料を使用すると、短い波長の光子が発生する。
例えば、ＡｌＧａＩｎＰ物質は赤色波長の光を発し、炭化ケイ素（ＳｉＣ）及びＩＩＩ族窒化物系半導体（とりわけ、ＧａＮ）は青色または紫外線波長の光を発する。
最近では、発光素子を照明光源に用いるに伴って高輝度化が要求されており、高輝度化を達成するために、電流を均一に拡散させて発光効率を増大させることができる発光素子を作製するための研究が進行中である。
本発明の実施例は、発光素子を提供する。
本発明の一実施例に係る発光素子は、支持部材と、前記支持部材上に配置され、第１及び第２領域を有する第１半導体層、前記第２領域上に配置された第２半導体層、及び前記第１及び第２半導体層の間に配置された活性層を有する発光構造物と、を備え、前記支持部材は、前記活性層から放出された光を、異なる波長の光に変換（励起）するメタルイオンを含むことができる。
本発明の一実施例に係る発光素子は、支持部材に入射した発光構造物からの光を異なる波長の光に変換できるようにメタルイオンを含むことによって、発光素子パッケージに配置される場合に、蛍光体を使用しない、または、わずかな含量を使用するだけで済み、製造コストを下げることができる。
本発明の一実施例に係る発光素子を示す斜視図である。 図１に示す基板における第２層の様々な実施例を示す斜視図である。 図１に示す基板における第２層の様々な実施例を示す斜視図である。 図１に示す基板における第２層の様々な実施例を示す斜視図である。 図１に示す基板における第２層の様々な実施例を示す斜視図である。 本発明の一実施例に係る発光素子パッケージを示す斜視図である。 図６に示す第１及び第２リードフレームの第１実施例を示す斜視図である。 図７に示す第１及び第２リードフレーム上に発光素子が配置されている断面図である。 図６に示す第１及び第２リードフレームの第２実施例を示す斜視図である。 図９に示す第１及び第２リードフレーム上に発光素子が配置されている断面図である。 本発明の一実施例に係る発光素子を備える照明装置を示す斜視図である。 図１１に示す照明装置のＡ−Ａ線に沿った断面図である。 第１実施例に係る発光素子を備える表示装置の分解斜視図である。 第２実施例に係る発光素子を備える表示装置の分解斜視図である。
本発明の利点及び特徴、並びにそれらを達成する方法は、添付図面と共に詳細に後述されている実施例を参照すると明確になるであろう。ただし、本発明は、以下に開示されている実施例に限定されるものでなく、種々の形態に具体化することができる。これら実施例は、単に、本発明の開示を完全にさせ、本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者に発明の範ちゅうを完全に知らせるために提供されるものに過ぎず、よって、本発明は請求項の範ちゅうにより定義されなければならない。したがって、実施例によっては、周知の工程段階、周知の素子構造及び周知の技術を、本発明が曖昧に解釈されることを避けるために適宜省略する。明細書全体において同一の参照符号は同一の構成要素を指す。
空間的に相対する用語である「下（ｂｅｌｏｗ）」、「下（ｂｅｎｅａｔｈ）」、「下部（ｌｏｗｅｒ）」、「上（ａｂｏｖｅ）」、「上部（ｕｐｐｅｒ）」などは、図示のように、一つの素子または構成要素と他の素子または構成要素との相関関係を容易に記述するために用いることがてきる。空間的に相対する用語は、図面に示されている方向に加えて、使用時にまたは動作時に素子の互いに異なる方向を含む用語として理解すべきである。例えば、図面に示されている一つの素子をひっくり返すと、他の素子の「下（ｂｅｌｏｗ）」または「下（ｂｅｎｅａｔｈ）」と記述されている一つの素子は、他の素子の「上（ａｂｏｖｅ）」に置かれれることがある。そのため、例示的な用語である「下」は、下の方向も、上の方向も含むことができる。素子は、他の方向に配向されることもあるため、空間的に相対する用語は配向によって解釈すればよい。
本明細書で使われている用語は、実施例を説明するためのもので、本発明を制限するためのものではない。本明細書において、単数形は、明示的に言及しない限り、複数形も含むとする。明細書で使われる「含む」、「備える」（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ、ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）は、言及している構成要素、段階、動作及び／または素子が、一つ以上の他の構成要素、段階、動作及び／または素子の存在または追加を排除するものではない。
特別な定義がない限り、本明細書で使われている全ての用語（技術及び科学的な用語を含む）は、本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者に共通的に理解できる意味として用いることができる。また、一般的に使われる辞書に定義されている用語は、別に明示されない限り、理想的にまたは過度に解釈しないとする。
図面において、各層の厚さや大きさは、説明の便宜及び明確性のために、誇張、省略または概略して示している。また、各構成要素の大きさ及び面積は、実際の大きさや面積を全的に反映するものではない。
また、実施例において発光素子の構造を説明しながら言及する角度及び方向は、図面を基準にする。明細書中、発光素子をなす構造についての説明において、角度に対する基準点と位置関係が明確に言及されていない場合は、関連図面を参照するとする。
図１は、本発明の一実施例に係る発光素子を示す斜視図である。
図１を参照すると、発光素子１０は、支持部材１、及び支持部材１上に形成される発光構造物６を備えることができる。
支持部材１は、伝導性基板または絶縁性基板からなることができ、例えば、サファイア（Ａｌ２Ｏ３）、ＳｉＣ、Ｓｉ、ＧａＡｓ、ＧａＮ、ＺｎＯ、Ｓｉ、ＧａＰ、ＩｎＰ、Ｇｅ、及びＧａ２Ｏ３の少なくとも一つで形成されることができる。
本実施例で、支持部材１は、サファイア（Ａｌ２Ｏ３）を例にして説明するが、これに限定されない。
このような支持部材１は、湿式洗浄により表面の不純物を除去し、光取り出し効果を向上させるために表面に光取り出しパターン（図示せず）をパターニングすることができるが、これに限定しない。
また、支持部材１は、熱の放出を容易にさせて熱的安全性を向上させることができる材質を用いることができる。
一方、支持部材１上には、光取り出し効率を向上させる反射防止層（図示せず）を配置することができる。この反射防止層は、ＡＲコート層（Ａｎｔｉ−Ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ Ｃｏａｔｉｎｇ Ｌａｙｅｒ）とも呼ばれるもので、基本的に、複数の界面からの反射光同士の干渉現象を用いる。すなわち、他の界面から反射してくる光の位相を１８０度ずらして互いに打ち消されるようにし、反射光の強度を弱めるためのものである。ただし、これに限定されるわけではない。
支持部材１は、発光構造物６から放出された第１光を、異なる波長の第２光に変換することができる。支持部材１は、発光構造物６に隣接している第１層１ａと、第１層１ａに隣接しており、第１光を第２光に変換する第２層１ｂと、第２層１ｂに隣接している第３層１ｃと、を有することができる。
第１及び第３層１ａ，１ｃは、第１光を通過させるサファイア基板層であり、第２層１ｂは、第１光を第２光の波長に変換するメタルイオン（図示せず）を含むことができる。
ここで、メタルイオンは、バナジウム、クロム、チタン及びアイロンの少なくとも一イオンを含むことができ、その他のイオンを適用することもでき、これに限定はない。
ここで、メタルイオンの含量は、支持部材１を形成するサファイア（Ａｌ２Ｏ３）に含まれたアルミニウム（Ａｌ）含量対比０．０１％〜０．１％でよい。
すなわち、メタルイオンの含量が０．０１％未満であれば、第１光から第２光へと変換する光量が低くなることがあり、０．１％よりも高いと、０．１％の場合と同じ光量しか有することができない。なお、０．１％よりも高いと、製造コストが増加し、固有の色よりも濃い色の光に変換するという問題につながることもある。
第２層１ｂは、サファイア（Ａｌ２Ｏ３）基板にイオン注入方法でメタルイオンを注入してなることができ、この場合、第２層１ｂの位置は、イオン注入装置（図示せず）のメタルイオン注入に対するエネルギー及び熱の少なくとも一つによって可変されてもよく、これに限定されない。
また、本実施例で、第２層１ｂは、第１及び第３層１ａ，１ｃの間に形成されているとしたが、これに限定されず、支持部材１の全体を第２層１ｂにしてもよく、第１及び第２層１ａ，１ｂのみで支持部材１を形成してもよい。
例えば、サファイア（Ａｌ２Ｏ３）基板の場合に、第２層１ｂがクロム（ｃｈｒｏｍｉｕｍ）を含むと赤色を呈し、バナジウム（ｖａｎａｄｉｕｍ）は紫色、アイロン（ｉｒｏｎ）は黄色と緑色との中間色である薄緑色を呈することができる。
ここで、クロムの含量を０．０１％未満にすると、赤色より薄いピンク色を呈し、０．１％以上にすると、濃い赤色を呈することができる。
ここで、第２層１ｂの厚さは支持部材１の厚さと同一または小さく形成することができ、これに限定はない。
そして、支持部材１上には、支持部材１と発光構造物６との格子不整合を緩和し、複数の半導体層が容易に成長できるようにバッファー層２を配置することができる。
バッファー層２は、支持部材１上に単結晶で成長することができ、単結晶で成長したバッファー層２は、バッファー層２上に成長する発光構造物６の結晶性を向上させることができる。
また、バッファー層２は、ＡｌＮ、ＧａＮを含み、ＡｌＩｎＮ／ＧａＮの積層構造、ＩｎＧａＮ／ＧａＮの積層構造、ＡｌＩｎＧａＮ／ＩｎＧａＮ／ＧａＮの積層構造などにすることができる。
ここで、第１半導体層３は、支持部材１またはバッファー層２上に配置することができ、ｎ型半導体層とする場合に、例えば、ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）の組成式を有する半導体材料、例えば、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＩｎＮ、ＩｎＡｌＧａＮ、ＡｌＩｎＮなどから選ばれるいずれかを用いることができ、例えば、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｓｅ、Ｔｅのようなｎ型ドーパントをドープすることができる。。
第１半導体層３は、第１及び第２領域ｓ１，ｓ２を含み、第２領域ｓ２の第１半導体層３上には活性層４を配置することができ、活性層４は、３族−５族元素の化合物半導体材料を用いて単一または多重量子井戸構造、量子線（Ｑｕａｎｔｕｍ−Ｗｉｒｅ）構造、または量子点（Ｑｕａｎｔｕｍ Ｄｏｔ）構造などにすることができる。
活性層４は、量子井戸構造に形成した場合に、例えば、ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）の組成式を有する井戸層と、ＩｎａＡｌｂＧａ１−ａ−ｂＮ（０≦ａ≦１、０≦ｂ≦１、０≦ａ＋ｂ≦１）の組成式を有する障壁層とを含む単一または量子井戸構造にすることができる。井戸層は、障壁層のバンドギャップよりも小さいバンドギャップを有する物質で形成することができる。
すなわち、活性層４は、量子井戸構造で形成された場合に、それぞれの井戸層及び障壁層が互いに異なる組成式、厚さ及びエネルギーバンドギャップを有することができ、これに限定されない。
そして、第２半導体層５に隣接した井戸層または障壁層のエネルギーバンドギャップは、第１半導体層３に隣接した井戸層または障壁層のエネルギーバンドギャップよりも高くすることができる。
また、活性層４の上または／及び下には、導電型クラッド層（図示せず）を配置することができ、導電型クラッド層は、ＡｌＧａＮ系半導体で形成することができ、活性層４のバンドギャップよりは大きいバンドギャップを有することができる。
活性層４上には、第２半導体層５を配置することができ、第２半導体層５は、ｐ型半導体層とすることができ、ｐ型半導体層とした場合に、例えば、ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）の組成式を有する半導体材料、例えばＧａＮ、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＩｎＮ、ＩｎＡｌＧａＮ、ＡｌＩｎＮなどから選ばれるいずれかを用いることができ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａなどのｐ型ドーパントをドープすることができる。。
上述した第１半導体層３、活性層４及び第２半導体層５は、例えば、有機金属化学蒸着法（ＭＯＣＶＤ；Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、化学蒸着法（ＣＶＤ；Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、プラズマ化学蒸着法（ＰＥＣＶＤ；Ｐｌａｓｍａ−Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、分子線成長法（ＭＢＥ；Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｅａｍ Ｅｐｉｔａｘｙ）、水素化物気相成長法（ＨＶＰＥ；Ｈｙｄｒｉｄｅ Ｖａｐｏｒ Ｐｈａｓｅ Ｅｐｉｔａｘｙ）などの方法を用いて形成することができ、これに限定されない。
また、第１半導体層３及び第２半導体層５にドープされるｎ型及びｐ型ドーパントのドープ濃度は、均一または不均一でよい。すなわち、複数の半導体層の構造は様々に形成することができ、これに限定はない。
また、第１半導体層３はｐ型半導体層でよく、第２半導体層５はｎ型半導体層でよい。そのため、発光構造物６は、Ｎ−Ｐ接合、Ｐ−Ｎ接合、Ｎ−Ｐ−Ｎ接合及びＰ−Ｎ−Ｐ接合構造の少なくとも一つを含むことができる。
実施例で、第１半導体層３の第１及び第２領域ｓ１，ｓ２は、発光構造物６が成長した後に、メサエッチングにより形成することができ、第１領域ｓ１は、メサエッチング後に露出された第１半導体層３でよい。
ここで、第１領域ｓ１の第１半導体層３上には、第１半導体層３と電気的に接続する第１電極７を配置し、第２半導体層５上には、第１半導体層５と電気的に接続する第２電極８を配置することができる。
第１及び第２電極７，８の少なくとも一方は、インジウム（Ｉｎ）、コバルト（Ｃｏ）、ケイ素（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、金（Ａｕ）、パラジウム（Ｐｄ）、白金（Ｐｔ）、ルテニウム（Ｒｕ）、レニウム（Ｒｅ）、マグネシウム（Ｍｇ）、亜鉛（Ｚｎ）、ハフニウム（Ｈｆ）、タンタル（Ｔａ）、ロジウム（Ｒｈ）、イリジウム（Ｉｒ）、タングステン（Ｗ）、チタン（Ｔｉ）、銀（Ａｇ）、クロム（Ｃｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、ニオビウム（Ｎｂ）、アルミニウム（Ａｌ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）及びチタン−タングステン合金（ＷＴｉ）の少なくとも一つ、またはこれを含む合金で形成することができ、これに限定されない。
ここで、第１及び第２電極７，８は、少なくとも一つの層で形成することがことができ、これに限定されない。
また、発光構造物６と第２電極８との間、及び第１半導体層３と第１電極７との間には、透光性電極層（図示せず）、反射電極層（図示せず）及び光変換層（図示せず）の少なくとも一つを形成することができ、これに限定はない。
すなわち、透光性電極層は、透光性材質の伝導性を有するもので、第２電極８から印加された電流を第２半導体層に拡散させることで電流群集現象を防止することができる。
ここで、光変換層は、第２半導体層５または透光性電極層上に配置され、メタルイオンで変換された光と同じ波長の光を励起する蛍光体を含むことができる。
ここで、光変換層は、蛍光体がコートされる、または蛍光体を含むフィルムでよく、これに限定されない。
反射電極層は、Ａｌ、Ａｇ及びＣｕの少なくとも一つを含むことができ、反射電極層及び光変換層は、発光素子１０が水平タイプまたはフリップタイプで用いられる場合にも、発光構造物６から放出される光が同一波長の光を有するようにする役割を果たす。
図２乃至図５は、図１に示す基板における第２層の種々の実施例を示す斜視図である。
図２乃至図５では同一の図面番号を使用し、図２乃至図５に示す第２層１ｂは、四角板状の層が区分されるものとしたが、支持部材１上にメタルイオンが不規則に分布するもの、または第１及び第３層１ａ，１ｃの少なくとも一方にメタルイオンが分布するものとしてもよく、これに限定はない。
まず、図２に示す第２層１ｂは、１種の第１メタルイオンｍ１を含むことができる。
ここで、第１メタルイオンｍ１は第１及び第３層１ａ，１ｃの間に形成されてもよく、第１及び第３層１ａ，１ｃの少なくとも一方にしてもよく、これに限定はない。
ここで、第１メタルイオンｍ１は、発光構造物６から放出される第１光を、異なる波長の第２光に変換することで、支持部材１に放出される光を白色光などの様々な色の光に変換することができる。
また、図３に示す第２層１ｂは、パターンをもって第１メタルイオンｍ１が注入されてなるものでもよい。
すなわち、第２層１ｂは、発光構造物６から放出される第１光、及び第１メタルイオンｍ１により変換された、第１光と異なる波長の第２光を放出することができる。
言い換えれば、支持部材１は、第１乃至第３層１ａ〜１ｃを通過した第１光、及び第２層１ｂの第１メタルイオンｍ１により変換された第２光を放出できるので、少なくとも２色の光を放出することができる。
この場合、第２層１ｂは、パターンをもって注入された第１メタルイオンｍ１が配置されることから、第１メタルイオンｍ１が注入されない、パターンの間の第１領域Ａ１を含む。第１領域Ａ１は、第１光を透過し、第１及び第３層１ａ，１ｃと同じサファイア基板Ａ１でよい。
また、図４に示す第２層１ｂは、第１メタルイオンｍ１が注入された第１部分層１ｂ＿１、及び第１メタルイオンｍ１と異なる第２メタルイオンｍ２が注入された第２部分層１ｂ＿２を含むことができる。
ここで、第１メタルイオンｍ１は、第１光を第２光に波長変換し、第２メタルイオンｍ２は、第１及び第２光の少なくとも一方の波長を変換して第３光を放出することができる。
第１及び第２部分層１ｂ＿１，１ｂ＿２は、イオン注入工程時にイオン注入装置のエネルギー及び熱の少なくとも一方を調節して形成することができる。
そして、図５に示す第２層１ｂは、発光構造物６から放出される第１光、第１光の波長を変換した第２光、第１及び第２光の少なくとも一方の波長を変換した第３光、及び第２及び第３光を混合した第４光の少なくとも一方を放出することができる。
すなわち、第１部分層１ｂ＿１は、第１光を透過する第１領域Ａ１、及び第１領域Ａ１に隣接するようにパターンをもって注入された第１メタルイオンｍ１を含むことができ、第２部分層１ｂ＿２は、第１領域Ａ１と同一線上に形成される第２領域Ａ２、及び第１メタルイオンｍ１上に注入された第２メタルイオンｍ２を含むことができる。
図６は、本発明の一実施例に係る発光素子パッケージを示す斜視図である。
図６は、発光素子パッケージ１００の一部分を透視して示す斜視図であり、本実施例では、トップビュータイプの発光素子パッケージ１００を示したが、サイドビュータイプのものでもよく、これに限定はない。
図６を参照すると、発光素子パッケージ１００は、図１に示す発光素子１０、及び発光素子１０が配置されているボディー２０を含むことができる。
ボディー２０は、第１方向（図示せず）に配置された第１隔壁２２、及び第１方向と交差する第２方向（図示せず）に配置された第２隔壁２４を含むことができ、第１及び第２隔壁２２，２４は一体型に形成することができ、射出成形、エッチング工程などにより形成することができ、これに限定はない。
すなわち、第１及び第２隔壁２２，２４は、ポリフタルアミド（ＰＰＡ：Ｐｏｌｙｐｈｔｈａｌａｍｉｄｅ）のような樹脂材質、シリコン（Ｓｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、ＡｌＯｘ、液晶ポリマー（ＰＳＧ、ｐｈｏｔｏ ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ ｇｌａｓｓ）、ポリアミド９Ｔ（ＰＡ９Ｔ）、シンジオタクチックポリスチレン（ＳＰＳ）、金属材質、サファイア（Ａｌ２Ｏ３）、酸化ベリリウム（ＢｅＯ）、セラミック、及び印刷回路基板（ＰＣＢ、Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｂｏａｒｄ）の少なくとも一つで形成することができる。
第１及び第２隔壁２２，２４の上面形状は、発光素子１０の用途及び設計に応じて三角形、四角形、多角形及び円形などの様々な形状にすることができ、これに限定はない。
また、第１及び第２隔壁２２，２４は、発光素子１０が配置されるキャビティを形成し、キャビティｓの断面形状は、カップ形状、凹んだ容器形状などにすることができ、キャビティｓをなす第１及び第２隔壁２２，２４は、下方に傾斜するように形成することができる。
そして、キャビティの平面形状は、三角形、四角形、多角形及び円形などの様々な形状にすることができ、これに限定はない。
ボディー２０の底面には、第１及び第２リードフレーム１１，１３を配置することができ、第１及び第２リードフレーム１１，１３は、金属材質、例えば、チタン（Ｔｉ）、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、金（Ａｕ）、クロム（Ｃｒ）、タンタル（Ｔａ）、白金（Ｐｔ）、スズ（Ｓｎ）、銀（Ａｇ）、リン（Ｐ）、アルミニウム（Ａｌ）、インジウム（Ｉｎ）、パラジウム（Ｐｄ）、コバルト（Ｃｏ）、シリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、ハフニウム（Ｈｆ）、ルテニウム（Ｒｕ）及び鉄（Ｆｅ）の１以上の物質または合金を含むことができる。
そして、第１及び第２リードフレーム１１，１３は、単層または多層構造で形成することができ、これに限定はない。
また、第１リードフレーム１１は、発光素子１０の第１電極（図示せず）と電気的に接続する第１突起１２を有することができ、第２リードフレーム１３は、発光素子１０の第２電極（図示せず）と電気的に接続する第２突起１４を有することができる。
第１及び第２隔壁２２，２４の内側面は、第１及び第２リードフレーム１１，１３のいずれか一方を基準に所定の傾斜角で傾斜するように形成され、この傾斜角によって発光素子１０から放出される光の反射角が変わり、これにより、外部に放出される光の指向角を調節することができる。光の指向角が減るほど、発光素子１０から外部に放出される光の集中性は増加し、光の指向角が大きいほど、発光素子１０から外部に放出される光の集中性は減少する。
ボディー２０の内側面は複数の傾斜角を有することができ、これに限定はない。
第１及び第２リードフレーム１１，１３は、発光素子１０の第１及び第２電極に電気的に接続し、外部電源（図示せず）の正極（＋）及び負極（＋）にそれぞれ接続して、発光素子１０に電源を供給することができる。
本実施例に係る発光素子１０は、フリップタイプのもので、第１及び第２電極を、互いに異なる極性を有する第１及び第２突起１２，１４にボンディングすることができる。
そして、第１及び第２突起１２，１４と、図１に示す発光素子１０の第１及び第２電極７，８との間には接着部材（図示せず）を配置することができ、その詳細は後述する。
ここで、第１及び第２リードフレーム１１，１３の間には、第１及び第２リードフレーム１１，１３の電気的な短絡（ショート）を防止するための絶縁ダム１６を形成することができる。
本実施例で、絶縁ダム１６は、上部を平坦にすることができ、これに限定されない。
ボディー２０には、カソードマーク（ｃａｔｈｏｄｅ ｍａｒｋ）１７を形成することができる。カソードマーク１７は、発光素子１０の極性、すなわち、第１及び第２リードフレーム１１，１３の極性を区別して、第１及び第２リードフレーム１１，１３を電気的に接続する時に混同を防止する役割を担うことができる。
発光素子１０は、発光ダイオードでよい。発光ダイオードは、例えば、赤色、緑色、青色、白色などの光を発する有色発光ダイオード、または紫外線を発するＵＶ（Ｕｌｔｒａ Ｖｉｏｌｅｔ）発光ダイオードでよいが、これに限定されない。なお、発光素子１０は複数個としてもよく、発光素子１０の個数及び配置位置は限定されない。
ボディー２０は、キャビティに充填された樹脂物１８を含むことができる。すなわち、樹脂物１８は、二重モールド構造または三重モールド構造で形成することができ、これに限定はない。
そして、樹脂物１８はフィルム状に形成することができ、蛍光体及び光拡散材の少なくとも一方を含む、または、蛍光体及び光拡散材を含まない透光性材質を用いることができ、これに限定されない。
図７は、図６に示す第１及び第２リードフレームの第１実施例を示す斜視図であり、図８は、図７に示す第１及び第２リードフレーム上に発光素子が配置された断面図である。
図７及び図８を参照すると、第１リードフレーム１１には発光素子１０の第１電極７と電気的に接続する第１突起１２を形成し、第２リードフレーム１３には発光素子１０の第２電極８と電気的に接続する第２突起１４を形成することができる。
ここで、発光素子１０は、図１に示すように、第１及び第２電極７，８の厚さは同一であり、第１及び第２電極７，８の位置が互いに異なるように配置されるため、第１及び第２突起１２，１４のサイズは互いに異なることがある。
そのため、第１突起１２は、第１リードフレーム１１の上面で交差する方向に第１長さｄ１で延び、第１上部幅ｗ１で形成することができる。
そして、第２突起１４は、第２リードフレーム１３の上面で交差する方向に第２長さｄ２で延び、第２上部幅ｗ２で形成することができる。
実施例で、第１及び第２突起１２，１４の上部幅及び下部幅は同一であるとして説明するが、第１及び第２上部幅ｗ１，ｗ２は、第１及び第２突起１２，１４の下部幅（図示せず）対比０．２倍〜１倍でもよく、これに限定はない。
すなわち、第１及び第２突起１２，１４の下部幅は、第１及び第２上部幅ｗ１，ｗ２よりも広くし、発光素子１０を安定して配置することができる。
この場合、第１及び第２上部幅ｗ１，ｗ２は、第１及び第２電極７，８の電極幅（図示せず）と同一にしたり、電極幅よりも広くすることができ、これは、発光素子１０の配置安全性において有効である。
一方、第１上部幅ｗ１は、第１電極７の電極幅乃至第１半導体層３の第１領域の幅より小さくし、発光構造物６との電気的な短絡（ｓｈｏｒｔ）を防止することができる。
この場合、第２上部幅ｗ２は、第１上部幅ｗ１の１倍〜２倍でよく、第１長さｄ１は、第２長さｄ２の１倍〜５倍でよい。
すなわち、第２上部幅ｗ２は、第２電極８が第２半導体層５上に配置されるから、第１上部幅ｗ１と同一に形成することができ、２倍よりも大きいと、発光効率が低下することがある。
また、第１長さｄ１が第２長さｄ２より短いと、第１電極７と電気的に接続することが困難となり、第２長さｄ２の５倍よりも長いと、第２電極８の長さ（図示せず）が増加するため、電気的な安全性が低下することがある。
第１及び第２突起１２，１４は、隣接した第１及び第２リードフレーム１１，１３の側面間の中心から互いに同一の距離（図示せず）で離隔しており、互いに対称に形成することができ、これに限定されない。
そして、第１及び第２突起１２，１４の平面形状は、第１及び第２電極７，８と同一にすることができ、これに限定されない。
ここで、第１突起１２と第１電極７との間、及び第２突起１４と第２電極８との間には接着部材ｐａを配置することができる。
接着部材ｐａは、第１突起１２と第１電極７と、及び第２突起１４と第２電極８と、を電気的に接続させ、Ａｇ及びＡｕの少なくとも一つを含むボンディングボール（ｂａｌｌ）、接着剤（ｐａｓｔｅ）及び接着フィルム（ｐａｓｔｅ ｆｉｌｍ）の少なくとも一つでよい。
ここで、第１及び第２突起１２，１４は、接着部材ｐａが配置される場合に、第１及び第２突起１２，１４の側面を通じて第１及び第２電極７，８が互いに短絡することを防止できる利点がある。
図９は、図６に示す第１及び第２リードフレームの第２実施例を示す斜視図であり、図１０は、図９に示す第１及び第２リードフレーム上に発光素子が配置された断面図である。
図９及び図１０では、図７及び図８と重複する部分についての説明を省略したり、簡略に説明する。
図９及び図１０を参照すると、第１及び第２突起１２，１４の上部には、第１及び第２電極７，８の一部分が挿入される第１及び第２溝１２ａ，１４ａを形成すことができる。
この場合、第１及び第２突起１２，１４の第１及び第２上部幅ｗ１，ｗ２を、第１及び第２電極７，８の電極幅（図示せず）よりも広くすることができ、第１及び第２溝１２ａ，１４ａの第１及び第２溝幅ｗｈ１，ｗｈ２は、第１及び第２電極７，８が挿入配置されるように、第１及び第２電極７，８の電極幅と１倍〜１．１倍にすることができる。
ここで、第１及び第２溝１２ａ，１４ａの第１及び第２深さｂｈ１，ｂｈ２は、第１及び第２電極７，８の厚さ（図示せず）の０．３倍〜０．７倍でよく、０．３倍よりも小さいと、第１及び第２電極７，８挿入時に安全性が低下し、０．７倍よりも大きいと、安全性の確保はできるが、第１及び第２半導体層３，５にクラック（ｃｒａｃｋ）ができる他、接着部材ｐａによるボンディングによって電流の流れが低下することがある。
本実施例に係る発光素子パッケージ１００は、第１及び第２リードフレーム１１，１３上にフリップタイプの発光素子１０を配置する際に、第１及び第２電極７，８と第１及び第２突起１２，１４とが接着部材ｐａにより直接ボンディングされるため、製造工程が単純化するという利点がある。
また、本実施例に係る発光素子パッケージ１００は、第１及び第２突起１２，１４の上面または側面、第１及び第２リードフレーム１１，１３に、発光素子１０の配置時におけるアラインマーク（図示せず）を形成することができ、アラインマークの形成位置に限定はない。
本実施例において光素子パッケージ１００は、図１に示す発光素子１０を用いることによって、樹脂物１８に蛍光体を含めなくてもよく、蛍光体が含まれる場合には、発光素子１０の支持部材１に形成された第２層１ｂのメタルイオンにより蛍光体の含量が減少するという利点がある。
図１１は、本発明の一実施例に係る発光素子を含む照明装置を示す斜視図であり、図１２は、図１１に示す照明装置のＡ−Ａ線に沿った断面図である。
以下では、本発明の一実施例に係る照明装置３００の形状をより詳細に説明するために、照明装置３００の長さ方向Ｚ、長さ方向Ｚと垂直である水平方向Ｙ、及び長さ方向Ｚ及び水平方向Ｙと垂直である高さ方向Ｘを用いて説明する。
すなわち、図１２は、図１１の照明装置３００を長さ方向Ｚと高さ方向Ｘの面に沿って切断し、水平方向Ｙから見た断面図である。
図１１及び図１２を参照すると、照明装置３００は、ボディー３１０、ボディー３１０と締結されるカバー３３０、及びボディー３１０の両端に位置するエンドキャップ３５０を含むことができる。
ボディー３１０の下部面には発光素子アレイ３４０が取り付けられ、ボディー３１０は、発光素子パッケージ３４４から発生した熱がボディー３１０の上部面から外部に放出されるように、伝導性及び熱発散効果に優れた金属材質で形成することができる。
発光素子アレイ３４０は、発光素子（図示せず）及び発光素子が配置されたボディーを含む発光素子パッケージ３４４と、基板３４２とを含むことができる。
発光素子パッケージ３４４は、基板３４２上に多色、多列で実装されてアレイをなすことができ、等間隔で実装されたり、または必要に応じて様々な間隔で実装することで、明るさなどを調節することができる。この基板３４２には、ＭＣＰＣＢ（Ｍｅｔａｌ Ｃｏｒｅ ＰＣＢ）またはＦＲ４材質のＰＣＢなどを用いることができる。
カバー３３０は、ボディー３１０の下部面を取り囲むように円形に形成することができるが、これに限定されない。
ここで、カバー３３０は、内部の発光素子アレイ３４０を外部の異物などから保護することができる。
また、カバー３３０は、発光素子パッケージ３４４から発生した光のまぶしさを防止し、カバー３３０の内面及び外面の少なくとも一面には、プリズムパターンなどを形成することができる。また、カバー３３０の内面及び外面の少なくとも一面には蛍光体を塗布することができる。
一方、発光素子パッケージ３４４から発生した光は、カバー３３０を通って外部に放出されるので、カバー３３０は光透過率に優れたものとしなければならず、かつ、発光素子パッケージ３４４から発生した熱に耐えうる充分の耐熱性を有していなければならない。そのため、カバー３３０は、ポリエチレンテレフタルレート（Ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎ Ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ；ＰＥＴ）、ポリカーボネート（Ｐｏｌｙｃａｒｂｏｎａｔｅ；ＰＣ）またはポリメチルメタクリレート（Ｐｏｌｙｍｅｔｈｙｌ Ｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ；ＰＭＭＡ）などを含む材質で形成すると好ましい。
エンドギャップ３５０は、ボディー３１０の両端に配置され、電源装置（図示せず）を密閉する機能を担うことができる。また、エンドギャップ３５０には電源ピン３５２が設けられているため、実施例に係る照明装置３００は、既存の蛍光灯を除去した端子に別途の装置無しで直接使用することが可能である。
図１３は、第１実施例に係る、発光素子を備える表示装置の分解斜視図である。
図１３は、エッジ−ライト方式の表示装置４００であり、この表示装置４００は、液晶表示パネル４１０と、液晶表示パネル４１０に光を提供するためのバックライトユニット４７０と、を含むことができる。
液晶表示パネル４１０は、バックライトユニット４７０から提供される光を用いて画像を表示することができる。液晶表示パネル４１０は、液晶を挟んで相対するカラーフィルタ基板４１２及び薄膜トランジスタ基板４１４を含むことができる。
カラーフィルタ基板４１２は、液晶表示パネル４１０を介してディスプレイされる画像の色を具現することができる。
薄膜トランジスタ基板４１４は、駆動フィルム４１７を介して、多数の回路部品が実装される印刷回路基板４１８と電気的に接続している。薄膜トランジスタ基板４１４は、印刷回路基板４１８から提供される駆動信号に応答して、印刷回路基板４１８から提供される駆動電圧を液晶に印加することができる。
薄膜トランジスタ基板４１４は、ガラスやプラスチックなどのような透明な材質の基板上に薄膜で形成された薄膜トランジスタ及び画素電極を含むことができる。
バックライトユニット４７０は、光を出力する発光素子アレイ４２０、発光素子アレイ４２０から提供される光を面光源の形態に変えて液晶表示パネル４１０に提供する導光板４３０、導光板４３０から提供された光の輝度分布を均一にし、垂直入射性を向上させる複数のフィルム４５０，４６６，４６４、及び導光板４３０の後方に放出される光を導光板４３０へと反射させる反射シート４４０から構成される。
発光素子アレイ４２０は、複数の発光素子パッケージ４２４と、複数の発光素子パッケージ４２４が実装されてアレイをなすためのＰＣＢ基板４２２と、を含むことができる。
発光素子アレイ４２０は、発光素子（図示せず）及び発光素子が配置されたボディーを含む発光素子パッケージ４２４と、基板４２２とを含むことができる。
実施例で、発光素子は、図１に示す発光素子１００でよく、これに限定されない。
一方、バックライトユニット４７０は、導光板４３０から入射する光を液晶表示パネル４１０の方向に拡散させる拡散フィルム４６６、及び拡散された光を集光して垂直入射性を向上させるプリズムフィルム４５０を含むことができ、プリズムフィルム４５０を保護するための保護フィルム４６４を含むことができる。
図１４は、第２実施例に係る、発光素子を備える表示装置の分解斜視図である。
ただし、図１３で説明した部分についての重複説明は省略する。
図１４は、直下方式の表示装置５００であり、この表示装置５００は、液晶表示パネル５１０と、液晶表示パネル５１０に光を提供するためのバックライトユニット５７０と、を備えることができる。
液晶表示パネル５１０は、図１３で説明したとおりである。
バックライトユニット５７０は、複数の発光素子アレイ５２３と、反射シート５２４と、発光素子アレイ５２３及び反射シート５２４が収納される下部シャーシー５３０と、発光素子アレイ５２３の上部に配置される拡散板５４０と、複数の光学フィルム５６０と、を備えることができる。
発光素子モジュール５２３は、複数の発光素子パッケージ５２２と、複数の発光素子パッケージ５２２が実装されてアレイをなすためのＰＣＢ基板５２１と、を有することができる。
特に、発光素子パッケージ５２２は、伝導性物質で形成され、多数のホールを含むフィルムを発光面に備えることによって、レンズを省略することができ、発光素子パッケージのスリム化が得られ、かつ光取り出し効率を向上させることができる。その結果、より薄型化したバックライトユニット５７０を得ることが可能になる。
反射シート５２４は、発光素子パッケージ５２２から発生した光を、液晶表示パネル５１０の方向に反射させ、光の利用効率を向上させる。
一方、発光素子アレイ５２３から発生した光は拡散板５４０に入射し、拡散板５４０の上部には光学フィルム５６０が配置される。光学フィルム５６０は、拡散フィルム５６６、プリズムフィルム５５０及び保護フィルム５６４を含むことができる
ここで、照明装置３００及び表示装置４００，５００は照明システムに含まれることが可能であり、その他にも、発光素子パッケージを含み、照明を目的とする装置なども、照明システムに含まれることが可能である。
本実施例に係る発光素子は、支持部材に入射した発光構造物からの光を異なる波長の光に変換できるようにメタルイオンを含むことによって、発光素子パッケージに配置される場合に、蛍光体を使用しない、または、わずかな含量を使用することによって、製造コストを下げることができる。
以上各実施例に説明された特徴、構造、効果などは、本発明の少なくとも一つの実施例に含まれ、必ずしも一つの実施例にのみ限定されるわけではない。さらに、各実施例で例示された特徴、構造、効果などは、実施例の属する分野における通常の知識を有する者により、他の実施例に対して組み合わせまたは変形して実施することも可能である。したがって、これら組み合わせと変形に関する内容は、本発明の範囲に含まれるものと解釈すべきである。
また、以上では実施例を中心に説明してきたが、これは単なる例示に過ぎず、本発明を限定するものではない。したがって、本発明の属する分野における通常の知識を有する者には、実施例の本質的な特性から逸脱しない範囲で、以上に例示していない様々な変形及び応用が可能であるということがわかるだろう。例えば、実施例に具体的に示した各構成要素は変形して実施することができる。そして、このような変形と応用に関する差異点は、添付した特許請求の範囲で規定する本発明の技術的範囲に含まれるものと解釈すべきである。

Claims (15)

  1. 支持部材と、
    前記支持部材上に配置され、第１及び第２領域を有する第１半導体層、前記第２領域上に配置された第２半導体層、及び前記第１及び第２半導体層の間に配置された活性層を有する発光構造物と
    を備え、
    前記支持部材は、前記活性層から放出された光を、異なる波長の光に変換（励起）するメタルイオンを含む、発光素子。
  2. 前記支持部材は、
    前記発光構造物と隣接している第１面と、
    前記第１面に対向する第２面と
    を有し、
    前記メタルイオンは、
    前記第１及び第２面のいずれか一面の表面に配置されたり、または前記第１及び第２面の間に注入されている、請求項１に記載の発光素子。
  3. 前記メタルイオンは、
    前記活性層から放出された光を第１波長の光に変換する第１メタルイオンと、
    前記活性層から放出された光及び前記第１波長の光の少なくとも一方を第２波長の光に変換する第２メタルイオンと
    を含む、請求項１に記載の発光素子。
  4. 前記第１及び第２メタルイオンは、互いに混合されて一つの層を形成したり、または互いに異なる層を形成して積層されている、請求項３に記載の発光素子。
  5. 前記メタルイオンは、バナジウム、クロム、チタン及びアイロンの少なくとも一つを含む、請求項１または２に記載の発光素子。
  6. 前記支持部材は、アルミニウム（Ａｌ）を含み、
    前記メタルイオンの含量は、前記アルミニウムの含量対比０．０１％〜０．１％である、請求項１に記載の発光素子。
  7. 前記第１半導体層上に第１電極、前記第２半導体層上に第２電極を有する、請求項１に記載の発光素子。
  8. 前記第１及び第２電極の少なくとも一方は、単一層または複数層で形成されている、請求項７に記載の発光素子。
  9. 前記第２半導体層上に透光性電極層を有し、
    前記透光性電極層は、
    ＩＴＯ、ＩＺＯ（Ｉｎ−ＺｎＯ）、ＧＺＯ（Ｇａ−ＺｎＯ）、ＡＺＯ（Ａｌ−ＺｎＯ）、ＡＧＺＯ（Ａｌ−ＧａＺｎＯ）、ＩＧＺＯ（Ｉｎ−ＧａＺｎＯ）、ＩｒＯｘ、ＲｕＯｘ、ＲｕＯｘ／ＩＴＯ、Ｎｉ／ＩｒＯｘ／Ａｕ、及びＮｉ／ＩｒＯｘ／Ａｕ／ＩＴＯの少なくとも一つを含む、請求項１に記載の発光素子。
  10. 前記第２半導体層上に反射電極層を有し、
    前記反射電極層は、
    アルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）、及び銅（Ｃｕ）の少なくとも一つを含む、請求項１に記載の発光素子。
  11. 前記第２電極は、
    前記第２半導体層、前記透光性電極層または前記反射電極層に接している、請求項７、９または１０に記載の発光素子。
  12. 前記第２半導体層または前記透光性電極層上に、若しくは前記第２半導体層と前記反射電極層との間に光変換層を有する、請求項９または１０に記載の発光素子。
  13. 前記光変換層は、蛍光体を含んでいる、請求項１２に記載の発光素子。
  14. 前記活性層は、
    互いに異なるエネルギーバンドギャップを有する少なくとも一つの井戸層及び障壁層を有し、
    前記第２半導体層に隣接した井戸層または障壁層のエネルギーバンドギャップは、前記第１半導体層に隣接した井戸層または障壁層のエネルギーバンドギャップよりも大きい、請求項１に記載の発光素子。
  15. 請求項１乃至１４のいずれかに記載の発光素子を備える照明システム。
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