JP2014096591A - 発光素子 - Google Patents

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Abstract

【課題】電流広がりが改善された発光素子を提供する。
【解決手段】発光素子は、複数個の発光セル100a、100bと隣接する二つの発光セルを電気的に接続する複数個の導電型連結層170とを含み、複数個の発光セルのそれぞれは、第1導電型半導体層、第2導電型半導体層、及び第1導電型半導体層と第2導電型半導体層との間の活性層を含む発光構造物と、第1導電型半導体層上に配置される第1電極130と、第2導電型半導体層上に配置される第2電極140と、発光構造物の一部がエッチングされて第1導電型半導体層が露出したエッチング領域とを含み、発光構造物は、第2電極と隣接し、第2電極と並んでいる第1側面120a、及び第1側面と対向し、エッチング領域と接する第2側面120bを含み、上部から見た第1側面と第2側面との間の幅がWである時、第2電極は、発光構造物の第1側面からW/5乃至W/2の間の距離に位置する。
【選択図】図2

Description

実施形態は、発光素子に関する。
半導体の3−5族または2−6族化合物半導体物質を用いた発光ダイオード(Light Emitting Diode)やレーザーダイオードのような発光素子は、薄膜成長技術及び素子材料の開発によって赤色、緑色、青色及び紫外線などの様々な色を具現することができ、蛍光物質を用いたり、色を組み合わせることによって効率の良い白色光線も具現可能であり、蛍光灯、白熱灯などの既存の光源に比べて低消費電力、半永久的な寿命、速い応答速度、安全性、環境親和性などの長所を有する。
したがって、光通信手段の送信モジュール、LCD(Liquid Crystal Display)表示装置のバックライトを構成する冷陰極管(CCFL:Cold Cathode Fluorescence Lamp)を代替する発光ダイオードバックライト、蛍光灯や白熱電球を代替することができる白色発光ダイオード照明装置、自動車のヘッドライト及び信号灯にまでその応用が拡大されている。
水平型発光素子の場合、一般に、サファイア基板上にn−GaN層、活性層及びp−GaN層を含む発光構造物が積層されるが、水平型発光素子の特性上、n−電極とp−電極が水平に形成されて、電流広がり抵抗が大きいという問題点が存在する。このような問題点は、複数個の発光セルが直列または並列に接続された発光素子においても発生する。したがって、電流広がりを改善するために、n−電極及びp−電極の位置を最適化する必要がある。
そこで、実施形態により、電流広がりが改善された発光素子を提供する。
実施形態に係る発光素子は、基板と;前記基板上に離隔して配置された複数個の発光セルと;前記複数個の発光セルのうち隣接する二つの発光セルを電気的に接続する複数個の導電型連結層と;を含み、前記複数個の発光セルのそれぞれは、第1導電型半導体層、第2導電型半導体層、及び前記第1導電型半導体層と前記第2導電型半導体層との間の活性層を含む発光構造物と、前記第1導電型半導体層上に配置される第1電極と、前記第2導電型半導体層上に配置される第2電極と、前記発光構造物の一部がエッチングされて前記第1導電型半導体層が露出したエッチング領域と、を含み、前記発光構造物は、前記第2電極と隣接し、前記第2電極と並んでいる第1側面、及び前記第1側面と対向し、前記エッチング領域と接する第2側面を含み、上部から見た前記第1側面と前記第2側面との間の幅がWである時、前記第2電極は、前記発光構造物の第1側面からW/5乃至W/2の間の距離に位置する。
前記第2電極は、前記第1側面と並んでいる第1方向に配置され、前記複数個の導電型連結層のうち少なくとも一つは、前記第1方向に配置されてもよい。
前記第2電極は、前記第1側面と並んでいる第1方向に配置され、前記複数個の導電型連結層のうち少なくとも一つは、前記第1方向と異なる第2方向に配置されてもよい。
前記第2電極は、前記第1側面と並んでいる第1方向に配置された第1部分、及び前記第1方向と異なる第2方向に配置された第2部分を含むことができる。
前記複数個の導電型連結層のうち少なくとも一つは、一端が前記第2部分と重なってもよい。
前記導電型連結層は、前記隣接する二つの発光セルのうち一方の発光セルの第1電極と、前記隣接する二つの発光セルのうち他方の発光セルの第2電極とを連結することができる。
前記導電型連結層は、前記隣接する二つの発光セルの間に複数個存在することができる。
前記複数個の発光セルのそれぞれの側面に位置する絶縁層を含み、前記絶縁層は、隣接する発光セルの間及び/または前記導電型連結層と前記発光セルとの間を電気的に遮断することができる。
前記第2部分は、少なくとも一部が前記W/5乃至W/2の間の距離の範囲を外れて位置することができる。
導電型連結層は、前記複数個の発光セルを直列または並列に接続することができる。
第2側面は、前記エッチング領域と既に設定された角度で配置することができる。
発光セルの上部に位置する前記導電型連結層の幅を、隣接する前記発光セルの間に位置する前記導電型連結層の幅よりも小さくすることができる。
一つの発光セルの第1電極は、前記一つの発光セルのエッジに位置することができる。
一つの発光セルに隣接する他の発光セルの第2電極は、前記一つの発光セルの第1電極と互いに異なる線上に位置することができる。
第1方向に配置された導電型連結層と接する前記発光セルの第1電極は、折曲部を含むことができる。
導電型連結層が位置する領域で、前記隣接する発光セルの配列方向が異なってもよい。
第2電極の第1部分の長さは、前記第2電極の第2部分の長さよりも大きくすることができる。
導電型連結層は、互いに異なる第1方向と第2方向に配置することができる。
他の実施形態は、基板と;前記基板上に離隔して配置された複数個の発光セルと;隣接する二つの発光セルを電気的に接続する複数個の導電型連結層と;を含み、前記複数個の発光セルのそれぞれは、第1導電型半導体層、第2導電型半導体層、及び前記第1導電型半導体層と前記第2導電型半導体層との間の活性層を含む発光構造物と、前記第1導電型半導体層上に配置される第1電極と、前記第2導電型半導体層上に配置される第2電極と、前記発光構造物の一部がエッチングされて前記第1導電型半導体層が露出したエッチング領域と、を含み、前記発光構造物は、前記第2電極と隣接し、前記第2電極と並んでいる第1側面、及び前記第1側面と対向し、前記エッチング領域と接する第2側面を含み、上部から見た前記第1側面と前記第2側面との間の幅がWである時、前記第2電極は、前記第1側面と並んでいる第1方向に配置された第1部分、及び前記第1方向と異なる第2方向に配置された第2部分を含み、前記第2部分は、少なくとも一部が前記発光構造物の第1側面からW/5乃至W/2の間の距離の範囲を外れて位置する発光素子を提供する。
更に他の実施形態は、基板と;前記基板上に離隔して配置された複数個の発光セルと;隣接する二つの発光セルを電気的に接続する複数個の導電型連結層と;を含み、前記複数個の発光セルのそれぞれは、第1導電型半導体層、第2導電型半導体層、及び前記第1導電型半導体層と前記第2導電型半導体層との間の活性層を含む発光構造物と、前記第1導電型半導体層上に配置される第1電極と、前記第2導電型半導体層上に配置される第2電極と、前記発光構造物の一部がエッチングされて前記第1導電型半導体層が露出したエッチング領域と、を含み、前記発光構造物は、前記第2電極と隣接し、前記第2電極と並んでいる第1側面、及び前記第1側面と対向し、前記エッチング領域と接する第2側面を含み、上部から見た前記第1側面と前記第2側面との間の幅がWである時、一つの発光セルの第1電極は、前記一つの発光セルのエッジに位置し、前記一つの発光セルに隣接する他の発光セルの第2電極は、前記一つの発光セルの第1電極と互いに異なる線上に位置することができる。
実施形態によれば、第1電極と第2電極との間の電流広がりが改善されて、発光素子の光度を向上させ、動作電圧を低くすることができる。
第1実施形態に係る発光素子の平面図である。 図1のA部分を拡大して示した図である。 図2をPP方向に切断して正面から見た断面図である。 実施形態によって第2電極を位置させたとき、第2電極の位置による出力パワー(Po.)及び動作電圧Vfを示したグラフである。 図1のB部分を拡大して示した図である。 他の実施形態に係る発光素子の平面図である。 図6のC部分を拡大して示した図である。 他の実施形態に係る発光素子の一部を上部から見た姿を示した図である。 実施形態に係る発光素子を含む発光素子パッケージの一実施形態を示した図である。 実施形態に係る発光素子パッケージが配置された表示装置の一実施形態を示した図である。 実施形態に係る発光素子または発光素子パッケージが配置された照明装置の一実施形態を示す図である。
以下、上記の目的を具体的に実現することができる本発明の好適な実施形態を、添付の図面を参照して説明する。
本発明に係る実施形態の説明において、各構成要素(element)の「上(上部)または下(下部)(on or under)」に形成されると記載される場合において、上(上部)または下(下部)は、二つの構成要素が互いに直接(directly)接触したり、一つ以上の他の構成要素が前記二つの構成要素の間に配置されて(indirectly)形成されることを全て含む。また、「上(上部)」または「下(下部)」と表現される場合、一つの構成要素を基準にして上側方向のみならず、下側方向の意味も含むことができる。
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されたり、省略されたり、又は概略的に図示されている。また、各構成要素の大きさは実際の大きさを必ずしも正確に反映するものではない。
図1は、第1実施形態に係る発光素子の平面図であり、図2は、図1のA部分を拡大して示した図であり、図3は、図2をPP方向に切断して正面から見た断面図である。
図1乃至図3を参照すると、第1実施形態に係る発光素子100Aは、基板110と、基板110上に離隔して配置された複数個の発光セル100と、隣接する二つの発光セル100を電気的に接続する複数個の導電型連結層170と、を含む。
基板110は、半導体物質の成長に適した材料、熱伝導性に優れた物質で形成することができる。基板110は、例えば、サファイア(Al)、SiC、GaAs、GaN、ZnO、Si、GaP、InP、Ge、及びGaのうち少なくとも一つを使用することができる。基板110に対して湿式洗浄を行うことで、表面の不純物を除去することができる。
基板110上に、複数個の発光セル100が互いに離隔して配置される。
発光セル100は、複数の化合物半導体層、例えば、3族−5族元素の半導体層を用いたLED(Light Emitting Diode)を含み、LEDは、青色、緑色または赤色などのような光を放出する有色LEDであるか、または白色LED又はUV LEDであってもよい。LEDの放出光は、様々な半導体を用いて具現することができ、これに限定しない。
図3を参照すると、複数個の発光セル100のそれぞれは、第1導電型半導体層122、活性層124及び第2導電型半導体層126を含む発光構造物120と、前記第1導電型半導体層122上に配置される第1電極130と、前記第2導電型半導体層126上に配置される第2電極140と、を含む。
発光構造物120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、これに限定しない。
第1導電型半導体層122は、半導体化合物で形成することができ、例えば、3族−5族または2族−6族などの化合物半導体で形成することができる。また、第1導電型ドーパントがドープされていてもよい。前記第1導電型半導体層122がn型半導体層である場合、前記第1導電型ドーパントは、n型ドーパントとして、Si、Ge、Sn、Se、Teなどを含むことができるが、これに限定されない。前記第1導電型半導体層122がp型半導体層である場合、前記第1導電型ドーパントは、p型ドーパントとして、Mg、Zn、Ca、Sr、Baなどを含むことができるが、これに限定しない。
第1導電型半導体層122は、AlInGa(1−x−y)N(0≦x≦1、0≦y≦1、0≦x+y≦1)の組成式を有する半導体物質を含むことができる。前記第1導電型半導体層122は、GaN、InN、AlN、InGaN、AlGaN、InAlGaN、AlInN、AlGaAs、InGaAs、AlInGaAs、GaP、AlGaP、InGaP、AlInGaP、InPのいずれか一つ以上で形成することができる。
第2導電型半導体層126は、半導体化合物で形成することができ、例えば、3族−5族または2族−6族などの化合物半導体で形成することができる。また、第2導電型ドーパントがドープされていてもよい。第2導電型半導体層126は、InAlGa1−x−yN(0≦x≦1、0≦y≦1、0≦x+y≦1)の組成式を有する半導体物質を含むことができる。前記第2導電型半導体層126は、GaN、InN、AlN、InGaN、AlGaN、InAlGaN、AlInN、AlGaAs、InGaAs、AlInGaAs、GaP、AlGaP、InGaP、AlInGaP、InPのいずれか一つ以上で形成することができる。前記第2導電型半導体層126がp型半導体層である場合、前記第2導電型ドーパントは、p型ドーパントとして、Mg、Zn、Ca、Sr、Baなどを含むことができるが、これに限定しない。前記第2導電型半導体層126がn型半導体層である場合、前記第2導電型ドーパントは、n型ドーパントとして、Si、Ge、Sn、Se、Teなどを含むことができるが、これに限定されない。
以下、第1導電型半導体層122がn型半導体層、第2導電型半導体層126がp型半導体層である場合を例に挙げて説明する。
前記第2導電型半導体層126上には、前記第2導電型と反対の極性を有する半導体、例えば、前記第2導電型半導体層126がp型半導体層である場合、n型半導体層(図示せず)を形成することができる。これによって、発光構造物は、n−p接合構造、p−n接合構造、n−p−n接合構造、p−n−p接合構造のいずれか一つの構造で具現することができる。
第1導電型半導体層122と第2導電型半導体層126との間に活性層124が位置する。
活性層124は、電子と正孔とが会って、活性層(発光層)物質固有のエネルギーバンドによって決定されるエネルギーを有する光を放出する層である。第1導電型半導体層122がn型半導体層で、第2導電型半導体層126がp型半導体層である場合、前記第1導電型半導体層122から電子が注入され、前記第2導電型半導体層126から正孔が注入される。
活性層124は、単一井戸構造、多重井戸構造、量子線(Quantum−Wire)構造、または量子点(Quantum Dot)構造のうち、少なくともいずれか一つで形成することができる。例えば、前記活性層124は、トリメチルガリウムガス(TMGa)、アンモニアガス(NH)、窒素ガス(N)、及びトリメチルインジウムガス(TMIn)が注入されて多重量子井戸構造が形成されてもよいが、これに限定されるものではない。
活性層124が多重井戸構造で形成される場合、活性層124の井戸層/障壁層は、InGaN/GaN、InGaN/InGaN、GaN/AlGaN、InAlGaN/GaN、GaAs(InGaAs)/AlGaAs、GaP(InGaP)/AlGaPのいずれか一つ以上のペア構造で形成されてもよいが、これに限定されない。前記井戸層は、前記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。
発光構造物120と基板110との間にはバッファー層115が位置することができる。バッファー層115は、発光構造物120と基板110の材料の格子不整合及び熱膨張係数の差を緩和するためのものである。バッファー層115の材料は、3族−5族化合物半導体、例えば、GaN、InN、AlN、InGaN、InAlGaN、AlInNのうち少なくとも一つで形成することができる。
基板110と第1導電型半導体層122との間にアンドープ半導体層(図示せず)が位置してもよい。アンドープ半導体層は、第1導電型半導体層122の結晶性の向上のために形成される層であって、n型ドーパントがドープされないので、第1導電型半導体層に比べて低い電気伝導性を有すること以外は、前記第1導電型半導体層122と同一にすることができる。
発光構造物120は、一部がエッチングされて、第1導電型半導体層122が露出したエッチング領域Sを含む。エッチング領域Sとは、第2導電型半導体層126、活性層124及び第1導電型半導体層122の一部がエッチングされて露出した第1導電型半導体層122の領域を意味する。
第2導電型半導体層126上に第2電極140が配置され、第2電極140は、第2導電型半導体層126と電気的に接続される。
エッチングによって露出した第1導電型半導体層122のエッチング領域Sに第1電極130が配置され、第1電極130は、第1導電型半導体層122と電気的に接続される。
第1電極130及び第2電極140は、モリブデン(Mo)、クロム(Cr)、ニッケル(Ni)、金(Au)、アルミニウム(Al)、チタン(Ti)、白金(Pt)、バナジウム(V)、タングステン(W)、パラジウム(Pd)、銅(Cu)、ロジウム(Rh)またはイリジウム(Ir)のうち少なくとも一つを含み、単層または多層構造で形成することができる。
第2電極140が形成される前に、第2導電型半導体層126上には導電層150を配置することができる。
実施形態によって、第2導電型半導体層126が露出するように導電層150の一部がオープンされて、第2導電型半導体層126と第2電極140とが接することができる。
または、図3に示したように、導電層150を挟んで第2導電型半導体層126と第2電極140とが電気的に接続されてもよい。
導電層150は、第2導電型半導体層126の電気的特性を向上させ、第2電極140との電気的接触を改善するためのもので、層または複数のパターンで形成することができる。導電層150は、透過性を有する透明電極層で形成することができる。
導電層150には透光性導電層と金属が選択的に使用されてもよい。例えば、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−GaZnO)、IGZO(In−GaZnO)、ZnO、IrOx、RuOx、NiO、RuOx/ITO、Ni/IrOx/Au、またはNi/IrOx/Au/ITO、Ag、Ni、Cr、Ti、Al、Rh、Pd、Ir、Sn、In、Ru、Mg、Zn、Pt、Au、Hfのうち少なくとも一つを含んで形成されてもよいが、これらの材料に限定されない。
隣接する二つの発光セル100の間に導電型連結層170が配置される。導電型連結層170は、隣接する二つの発光セル100を電気的に接続する。導電型連結層170は、図1乃至図3に示したように、隣接する二つの発光セル100のいずれか一方の発光セル100の第1電極130と、他方の発光セル100の第2電極140とを連続して接続することによって、複数個の発光セル100を直列接続することができる。直列接続された複数個の発光セル100の簡略な回路図を図1の下段に示した。または、導電型連結層170は、図示していないが、隣接する二つの発光セル100のいずれか一方の発光セル100と他方の発光セル100において、同極性の電極(130と130;140と140)を接続することによって、複数個の発光セル100を並列接続することもできる。
一例として、図3を参照すると、導電型連結層170は、隣接する二つの発光セル100a,100bを電気的に接続する。具体的に、導電型連結層170は、隣接する二つの発光セル100a,100bのいずれか一つの発光セル100aの第2電極140から、発光セル100aの側面及び他方の発光セル100bの側面に沿って発光セル100bの第1電極130まで延びて配置されて、隣接する二つの発光セル100a,100bを直列接続することができる。
図3を参照すると、隣接する二つの発光セル100a,100bは互いに離隔して配置される。そして、発光構造物120のそれぞれの側面及び上面に絶縁層160が位置する。絶縁層160は、発光構造物120の側面及び上面において、第1電極130と第2電極140が配置される領域を除外した残りの領域に配置することができる。絶縁層160は、導電型連結層170が存在する部分では、発光セル100と導電型連結層170との間に位置する。
絶縁層160は、隣接する発光セル100の間、または導電型連結層170と発光セル100との間を電気的に遮断する役割を果たす。
絶縁層160は、非伝導性酸化物または窒化物からなることができ、一例として、シリコン酸化物(SiO)層、酸化窒化物層、酸化アルミニウム層からなることができるが、これに限定しない。
図1乃至図3を参照すると、発光構造物120は、第2電極140と隣接し、前記第2電極140と並んでいる第1側面120a、及び前記第1側面120aと対向し、エッチング領域Sと接する第2側面120bを含む。第2電極140と並んでいるということは、第2電極140の長手方向と並んでいることを意味する。第2電極140の長手方向とは、第2電極140の最も長い辺が配列された方向を意味する。
なお、図3において、第1側面120aと第2側面120bとの間の幅がWにより定められる。このWは、第2導電型半導体層の上面における第1側面120aと第2側面120bとの間の距離である。
第2側面120bは、第1電極130が位置するエッチング領域Sと接し、エッチング領域Sから所定の角度θを有するように配置される。エッチング領域Sと第2側面120bとがなす角度θは、90度以上とすることができる。第2側面120bは、発光構造物120の一部がエッチングされてエッチング領域Sを形成する時に、エッチングにより露出した発光構造物120の一側面に該当する。
上部から見たとき、複数個の発光セル100のそれぞれの第2電極140は、第1側面120aと並んでいる第1方向に配置される。
上部から見た第1側面120aと第2側面120bとの間の幅がWである時、第2電極140は、前記第1側面120aからW/5乃至W/2の間の領域Dに位置する。
発光素子100Aの光度を向上させ、動作電圧を低くするためには、第1電極130及び第2電極140から注入された電流が発光構造物120の全面にわたって均一に広がることが重要である。第2電極140が第1側面120aからW/5以内の領域に位置する場合、第1電極130と第2電極140の離隔間隔が広くなって電流広がりがよくなされず、第2電極140が第1側面120aからW/2を超える領域に位置する場合、第2電極140と第1側面120aとの間の間隔が広くなって電流広がりがよくなされない。
図4は、実施形態によって第2電極を位置させたとき、第2電極の位置による出力パワー(Power)及び動作電圧Vfを示したグラフである。
図4を参照すると、第2電極140が、第1側面120aからW/5の距離だけ離隔した位置から、W/2の距離だけ離隔した位置に移動するほど、出力パワー(Power)が上昇し、動作電圧Vfが減少することを確認することができる。特に、第2電極140が、第1側面120aからW/5の距離だけ離隔した位置から、2W/5の距離だけ離隔した位置に行くほど、出力パワー(Power)及び動作電圧Vfの改善効果が著しい。そして、第2電極140が、第1側面120aから2W/5の距離だけ離隔した位置から、W/2の距離だけ離隔した位置に行くほど、出力パワー(Power)及び動作電圧Vfの改善効果が収束することがわかる。
第2電極140が、第1側面120aからそれぞれW/5、2W/5、及び、W/2の距離だけ離隔した位置での具体的な数値は、下記の表1の通りである。
Figure 2014096591
すなわち、第1電極130と第2電極140との間の間隔が最適化されながら、電流広がりがよくなされ、これによって、出力パワー(Power)が上昇し、動作電圧Vfは減少する効果が現れる。
再び図2を参照すると、複数個の導電型連結層170のうち少なくとも一つは、前記第1方向とは異なる第2方向に配置することができる。実施形態によって、第2方向は、前記第1方向と垂直な方向とすることができる。
導電型連結層170の両端部が、それぞれ、隣接する発光セル100a,100bのいずれか一方の発光セル100aの第2電極140、及び他方の発光セル100bの第1電極130と重なりながら、隣接する発光セル100a,100bを電気的に接続する。
導電型連結層170は、活性層124で生成された光の吸収を最小化するために、発光構造物120の上部に位置する部分の幅を、隣接する発光セル100a,100bの間に位置する部分の幅よりも狭くすることができる。
図5は、図1のB部分を拡大して示した図である。
図5を参照すると、複数個の導電型連結層170のうち少なくとも一つは、前記第1方向に配置することができる。このとき、隣接する二つの発光セル100b、100dのいずれか一方の発光セル100dの第1電極130は、活性層124の損失を最小化するために発光セル100bのエッジ領域に位置し、他方の発光セル100bの第2電極140は、第1側面120aからW/5の距離だけ離隔した位置乃至W/2の距離だけ離隔した位置の間の領域Dに位置することで、前記第1電極130と第2電極140とが同一線上に位置しない。すなわち、互いに異なる線上に位置することができる。したがって、第1方向に配置された導電型連結層170と接する発光セル100dの第1電極130は、折曲部Gを含むことができる。
図1を参照すると、実施形態によって、第1方向に配置された導電型連結層170が位置する部分は、発光素子100Aにおいて発光セル100の配列方向が変わる部分であってもよい。
図1を参照すると、複数個の発光セル100の配列において一端部に存在する発光セル100Z1は、第2電極140に電極パッド140pを含むことで、ワイヤボンディングのための面積を確保することができる。同様に、複数個の発光セル100の配列において他端部に存在する発光セル100Z2は、第1電極130に電極パッド130pを含むことで、ワイヤボンディングのための面積を確保することができる。
図6は、他の実施形態に係る発光素子の平面図で、図7は、図6のC部分を拡大して示した図である。発光素子の側断面図の図示は省略し、図3を参照して説明する。上述した実施形態と重複する内容は再び説明せず、以下では、差異点を中心に説明する。
図6及び図7を参照すると、第2実施形態に係る発光素子100Bは、基板110と、基板110上に離隔して配置された複数個の発光セル100と、隣接する二つの発光セル100を電気的に接続する複数個の導電型連結層170と、を含む。
複数個の発光セル100のそれぞれは、第1導電型半導体層122、活性層124及び第2導電型半導体層126を含む発光構造物120と、前記第1導電型半導体層122上に配置される第1電極130と、前記第2導電型半導体層126上に配置される第2電極140と、を含む。
発光構造物120は、一部がエッチングされて第1導電型半導体層122が露出したエッチング領域Sを含む。エッチング領域Sとは、第2導電型半導体層126、活性層124及び第1導電型半導体層122の一部がエッチングされて露出した第1導電型半導体層122の領域を意味する。
隣接する二つの発光セル100の間に導電型連結層170が配置される。導電型連結層170は、隣接する二つの発光セル100を電気的に接続する。
第2電極140は、第1部分140a、及び前記第1部分140aと連結され、前記第1部分140aと異なる方向に配置された第2部分140bを含む。
発光構造物120は、第2電極140の第1部分140aと隣接し、前記第1部分140aと並んでいる第1側面120a、及び前記第1側面120aと対向し、エッチング領域Sと接する第2側面120bを含む。第2電極140の第1部分140aと並んでいるということは、第1部分140aの長手方向と並んでいることを意味する。第1部分140aの長手方向とは、第1部分140aの最も長い辺が配列された方向を意味する。
第2電極140の第1部分140aは、第1側面120aと並んでいる第1方向に配置され、第2電極140の第2部分140bは、前記第1方向と異なる第2方向に配置される。実施形態によって、第2方向は、前記第1方向と垂直な方向とすることができる。
上部から見た第1側面120aと第2側面120bとの間の幅がWである時、第2電極140の第1部分140aは、前記第1側面120aからW/5の距離だけ離隔した位置乃至W/2の距離だけ離隔した位置の間の領域Dに位置する。このとき、第2電極140の第2部分140bは、前記の領域D内に位置してもよく、少なくとも一部は前記領域Dの範囲を外れて位置してもよい。
発光素子100Aの光度を向上させ、動作電圧を低くするためには、第1電極130及び第2電極140から注入された電流が、発光構造物120の全面にわたって均一に広がることが重要である。第2電極140の第1部分140aが第1側面120aからW/5の距離以内の領域に位置する場合、第1電極130と第2電極140の離隔間隔が広くなって電流広がりがよくなされず、第2電極140の第1部分140aが第1側面120aからW/2の距離を超える領域に位置する場合、第2電極140と第1側面120aとの間の間隔が広くなって電流広がりがよくなされない。
第2電極140を第1部分140a及び第2部分140bを有するように形成することによって、第1部分140aのみでなされた場合に比べて、電流広がりがよくなされ得る。
第2電極140の第1部分140aは、第2部分140bに比べて長く形成することができる。すなわち、発光構造物において、長い方向に対応して形成された第1部分140aの長さを、より短い方向に対応して形成された第2部分140bの長さよりも長くすることができる。
複数個の導電型連結層170のうち少なくとも一つは、前記第1方向とは異なる第2方向に配置することができる。
導電型連結層170の端部が、隣接する発光セル100a,100bのいずれか一方の発光セル100aの第1電極130及び他方の発光セル100bの第2電極140と重なりながら、隣接する発光セル100a,100bを電気的に接続する。または、導電型連結層170の端部は、隣接する発光セル100a,100bのいずれか一方の発光セル100bの第1電極130及び他方の発光セル100aの第2電極140と重なりながら、隣接する発光セル100a,100bを電気的に接続する。
また、複数個の導電型連結層170のうち少なくとも一つは、前記第1方向に配置することができる。このとき、隣接する二つの発光セル100b,100dのいずれか一方の発光セル100dの第1電極130は、活性層124の損失を最小化するために発光セル100dのエッジ領域に位置し、他方の発光セル100bの第2電極140は、第1部分140aが第1側面120aからW/5の距離だけ離隔した位置乃至W/2の距離だけ離隔した位置の間の領域Dに位置することで、前記発光セル100dの第1電極130と発光セル100bの第2電極140の第1部分140aとが同一線上に位置しない。したがって、第1方向に配置された導電型連結層170と接する発光セル100dの第1電極130は、折曲部Gを含むことができる。
導電型連結層170が第1方向に配置される場合、導電型連結層170は、一端が第2電極140の第2部分140bと重なってもよい。
実施形態によって、第1方向に配置された導電型連結層170が位置する部分は、発光素子100bにおいて発光セル100の配列方向が変わる部分であってもよい。
図8は、他の実施形態に係る発光素子の一部を上部から見た姿を示した図である。上述した実施形態と重複する内容は再び説明せず、以下では、差異点を中心に説明する。
導電型連結層170は、隣接する二つの発光セルの間に複数個存在することができる。例えば、図8を参照すると、隣接する二つの発光セル100b,100dの間に二つの導電型連結層170が存在し、隣接する二つの発光セル100a,100bの間に二つの導電型連結層170が存在する。
隣接する二つの発光セル100の間に存在する導電型連結層170の個数は、実施形態によって変更可能であり、複数個が互いに離隔して配置される。
図9は、実施形態に係る発光素子を含む発光素子パッケージの一実施形態を示す図である。
一実施形態に係る発光素子パッケージ300は、ボディー310と、前記ボディー310に配置された第1リードフレーム321及び第2リードフレーム322と、前記ボディー310に配置され、前記第1リードフレーム321及び第2リードフレーム322と電気的に接続される上述した各実施形態に係る発光素子100と、前記キャビティに形成されたモールディング部340と、を含む。前記ボディー310にはキャビティを形成することができる。発光素子100は、上述したように、直列または並列接続された複数個の発光セルが一つのチップとして形成されたものである。
前記ボディー310は、シリコン材質、合成樹脂材質、または金属材質を含んで形成することができる。前記ボディー310が金属材質などの導電性物質からなると、図示していないが、前記ボディー310の表面に絶縁層がコーティングされて、前記第1、2リードフレーム321,322間の電気的短絡を防止することができる。
前記第1リードフレーム321及び第2リードフレーム322は互いに電気的に分離され、前記発光素子100に電流を供給する。また、前記第1リードフレーム321及び第2リードフレーム322は、前記発光素子100から発生した光を反射させて、光効率を増加させることができ、前記発光素子100から発生した熱を外部に排出させることもできる。
前記発光素子100は、前記ボディー310上に配置されたり、前記第1リードフレーム321または第2リードフレーム322上に配置されてもよい。本実施形態では、第1リードフレーム321と発光素子100が直接通電され、第2リードフレーム322と前記発光素子100は、ワイヤ330を介して接続されている。発光素子100は、ワイヤボンディング方式以外にフリップチップ方式またはダイボンディング方式などによってリードフレーム321,322と接続されてもよい。
前記モールディング部340は、前記発光素子100を包囲して保護することができる。また、前記モールディング部340には蛍光体350が含まれて、前記発光素子100から放出される光の波長を変化させることができる。
蛍光体350は、ガーネット(Garnet)系蛍光体、シリケート(Silicate)系蛍光体、ナイトライド(Nitride)系蛍光体、またはオキシナイトライド(Oxynitride)系蛍光体を含むことができる。
例えば、前記ガーネット系蛍光体は、YAG(YAl12:Ce3+)またはTAG(TbAl12:Ce3+)であってもよく、前記シリケート系蛍光体は、(Sr,Ba,Mg,Ca)SiO:Eu2+であってもよく、前記ナイトライド系蛍光体は、SiNを含むCaAlSiN:Eu2+であってもよく、前記オキシナイトライド系蛍光体は、SiONを含むSi6−xAl8−x:Eu2+(0<x<6)であってもよい。
前記発光素子100から放出された第1波長領域の光が、前記蛍光体350によって励起されて第2波長領域の光に変換され、前記第2波長領域の光は、レンズ(図示せず)を通過しながら光経路が変更され得る。
実施形態に係る発光素子パッケージは、複数個が基板上にアレイされ、前記発光素子パッケージの光経路上に光学部材である導光板、プリズムシート、拡散シートなどを配置することができる。このような発光素子パッケージ、基板、光学部材は、ライトユニットとして機能することができる。更に他の実施形態は、上述した各実施形態に記載された半導体発光素子または発光素子パッケージを含む表示装置、指示装置、照明システムとすることができ、例えば、照明システムとしては、ランプ、街灯を含むことができる。
以下では、上述した発光素子または発光素子パッケージが配置された照明システムの一実施形態として、バックライトユニット及び照明装置を説明する。
図10は、実施形態に係る発光素子パッケージが配置された表示装置の一実施形態を示した図である。
図10を参照すると、実施形態に係る表示装置800は、発光モジュール830,835と、ボトムカバー810上の反射板820と、前記反射板820の前方に配置され、前記発光モジュールから放出される光を表示装置の前方にガイドする導光板840と、前記導光板840の前方に配置される第1プリズムシート850及び第2プリズムシート860と、前記第2プリズムシート860の前方に配置されるパネル870と、前記パネル870の前方に配置されるカラーフィルター880と、を含んでなる。
発光モジュールは、回路基板830上の上述した発光素子パッケージ835を含んでなる。ここで、回路基板830としては、PCBなどを使用することができ、発光素子パッケージ835は、図6などで説明した通りである。
前記バータームカバー810は、表示装置800内の構成要素を収納することができる。前記反射板820は、図10のように別途の構成要素として設けてもよく、前記導光板840の後面や、前記ボトムカバー810の前面に反射度の高い物質でコーティングされる形態で設けてもよい。
ここで、反射板820は、反射率が高く、超薄型で使用可能な素材を使用することができ、ポリエチレンテレフタレート(PolyEthyleneTerephtalate;PET)を使用することができる。
導光板840は、発光素子パッケージモジュールから放出される光を散乱させて、その光が液晶表示装置の画面の全領域にわたって均一に分布するようにする。したがって、導光板840は、屈折率及び透過率の良い材料からなり、ポリメチルメタクリレート(PolyMethylMethAcrylate;PMMA)、ポリカーボネート(PolyCarbonate;PC)、またはポリエチレン(PolyEthylene;PE)などで形成することができる。そして、導光板が省略されて、反射シート820上の空間で光が伝達されるエアーガイド方式も可能である。
前記第1プリズムシート850は、支持フィルムの一面に、透光性で且つ弾性を有する重合体材料で形成され、前記重合体は、複数個の立体構造が反復して形成されたプリズム層を有することができる。ここで、前記複数個のパターンは、図示のように、山と谷が反復形成されるストライプ状に備えることができる。
前記第2プリズムシート860において、支持フィルムの一面の山と谷の方向は、前記第1プリズムシート850内の支持フィルムの一面の山と谷の方向と垂直をなすことができる。これは、発光モジュール及び反射シートから伝達された光を前記パネル870の全方向に均一に分散させるためである。
本実施形態において、前記第1プリズムシート850及び第2プリズムシート860が光学シートを構成するが、前記光学シートは、他の組み合わせ、例えば、マイクロレンズアレイからなったり、または拡散シートとマイクロレンズアレイとの組み合わせ、または一つのプリズムシートとマイクロレンズアレイとの組み合わせなどからなることができる。
前記パネル870としては、液晶表示パネル(Liquid crystal display)を配置してもよいが、液晶表示パネルの他に、光源を必要とする他の種類のディスプレイ装置を備えてもよい。
前記パネル870は、ガラスボディー同士間に液晶が位置し、光の偏光性を用いるために偏光板を両ガラスボディーに載せた状態となっている。ここで、液晶は、液体と固体の中間的な特性を有するもので、液体のように流動性を有する有機分子である液晶が、結晶のように規則的に配列された状態を有し、前記分子配列が外部電界によって変化する性質を用いて画像を表示する。
表示装置に使用される液晶表示パネルは、アクティブマトリクス(Active Matrix)方式であって、各画素に供給される電圧を調節するスイッチとしてトランジスタを使用する。
前記パネル870の前面にはカラーフィルター880が備えられ、前記パネル870から投射された光を、それぞれの画素ごとに赤色、緑色及び青色の光のみを透過することで画像を表現することができる。
図11は、発光素子または発光素子パッケージが配置された照明装置の一実施形態を示した図である。
本実施形態に係る照明装置は、カバー1100、光源モジュール1200、放熱体1400、電源提供部1600、内部ケース1700、及びソケット1800を含むことができる。また、実施形態に係る照明装置は、部材1300とホルダー1500のうち、いずれか一つ以上をさらに含むことができ、光源モジュール1200としては、上述した実施形態に係る発光素子パッケージを含むことができる。
カバー1100は、バルブ(bulb)または半球の形状を有し、中が空いており、一部分が開口した形状に提供することができる。前記カバー1100は、前記光源モジュール1200と光学的に結合可能である。例えば、前記カバー1100は、前記光源モジュール1200から提供される光を拡散、散乱または励起させることができる。前記カバー1100は、一種の光学部材であり得る。前記カバー1100は、前記放熱体1400と結合可能である。前記カバー1100は、前記放熱体1400と結合する結合部を有することができる。
カバー1100の内面には乳白色塗料をコーティングすることができる。乳白色の塗料は、光を拡散させる拡散材を含むことができる。前記カバー1100の内面の表面粗さは、前記カバー1100の外面の表面粗さよりも大きく形成することができる。これは、前記光源モジュール1200からの光を十分に散乱及び拡散させて外部に放出させるためである。
カバー1100の材質は、ガラス(glass)、プラスチック、ポリプロピレン(PP)、ポリエチレン(PE)、ポリカーボネート(PC)などとすることができる。ここで、ポリカーボネートは、優れた耐光性、耐熱性、及び強度を有する。前記カバー1100は、外部から前記光源モジュール1200が見えるように透明であってもよく、または不透明であってもよい。前記カバー1100は、ブロー(blow)成形を通じて形成することができる。
光源モジュール1200は、前記放熱体1400の一面に配置することができる。したがって、光源モジュール1200からの熱は前記放熱体1400に伝導される。前記光源モジュール1200は、発光素子パッケージ1210、連結プレート1230、及びコネクタ1250を含むことができる。
部材1300は、前記放熱体1400の上面の上に配置され、複数の発光素子パッケージ1210とコネクタ1250が挿入されるガイド溝1310を有する。ガイド溝1310は、前記発光素子パッケージ1210の基板及びコネクタ1250と対応する。
部材1300の表面は、光反射物質で塗布またはコーティングされたものであってもよい。例えば、部材1300の表面は、白色の塗料で塗布またはコーティングされたものであってもよい。このような前記部材1300は、前記カバー1100の内面に反射されて前記光源モジュール1200側方向に戻ってくる光を再び前記カバー1100の方向に反射する。したがって、実施形態に係る照明装置の光効率を向上させることができる。
部材1300は、一例として、絶縁物質からなってもよい。前記光源モジュール1200の連結プレート1230は電気伝導性の物質を含むことができる。したがって、前記放熱体1400と前記連結プレート1230との間に電気的な接触がなされ得る。前記部材1300は、絶縁物質で構成されて、前記連結プレート1230と前記放熱体1400との電気的短絡を遮断することができる。前記放熱体1400は、前記光源モジュール1200からの熱及び前記電源提供部1600からの熱の伝達を受けて放熱する。
ホルダー1500は、内部ケース1700の絶縁部1710の収納溝1719を塞ぐ。したがって、前記内部ケース1700の前記絶縁部1710に収納される前記電源提供部1600は密閉される。ホルダー1500はガイド突出部1510を有する。ガイド突出部1510は、前記電源提供部1600の突出部1610が貫通するホールを有する。
電源提供部1600は、外部から提供された電気的信号を処理または変換して前記光源モジュール1200に提供する。電源提供部1600は、前記内部ケース1700の収納溝1719に収納され、前記ホルダー1500によって前記内部ケース1700の内部に密閉される。前記電源提供部1600は、突出部1610、ガイド部1630、ベース1650、及び延長部1670を含むことができる。
前記ガイド部1630は、前記ベース1650の一側から外部に突出した形状を有する。前記ガイド部1630は、前記ホルダー1500に挿入することができる。前記ベース1650の一面上に多数の部品を配置することができる。多数の部品は、例えば、外部電源から提供される交流電源を直流電源に変換する直流変換装置、前記光源モジュール1200の駆動を制御する駆動チップ、前記光源モジュール1200を保護するためのESD(Electro Static discharge)保護素子などを含むことができるが、これに限定しない。
前記延長部1670は、前記ベース1650の他側から外部に突出した形状を有する。前記延長部1670は、前記内部ケース1700の連結部1750の内部に挿入され、外部からの電気的信号を受ける。例えば、前記延長部1670の幅は、前記内部ケース1700の連結部1750の幅と同一または小さくすることができる。前記延長部1670には、“+電線”と“−電線”の各一端が電気的に接続され、“+電線”と“−電線”の他端はソケット1800に電気的に接続可能である。
内部ケース1700は、内部に前記電源提供部1600と共にモールディング部を含むことができる。モールディング部は、モールディング液体が固まった部分であって、前記電源提供部1600を前記内部ケース1700の内部に固定できるようにする。
以上のように、本発明は、限定された実施形態及び図面によって説明されたが、本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者であれば、このような記載から様々な変形及び修正が可能である。
したがって、本発明の範囲は、説明された実施形態に限定されて決められてはならず、後述する特許請求の範囲だけでなく、この特許請求の範囲と均等なものなどによって定められなければならない。

Claims (12)

  1. 基板と、
    前記基板上に離隔して配置された複数個の発光セルと、
    前記複数個の発光セルのうち隣接する二つの発光セルを電気的に接続する複数個の導電型連結層と、を含み、
    前記複数個の発光セルのそれぞれは、
    第1導電型半導体層、第2導電型半導体層、及び前記第1導電型半導体層と前記第2導電型半導体層との間の活性層を含む発光構造物と、
    前記第1導電型半導体層上に配置される第1電極と、
    前記第2導電型半導体層上に配置される第2電極と、
    前記発光構造物の一部がエッチングされて前記第1導電型半導体層が露出したエッチング領域と、を含み、
    前記発光構造物は、前記第2電極と隣接し、前記第2電極と並んでいる第1側面、及び前記第1側面と対向し、前記エッチング領域と接する第2側面を含み、
    上部から見た前記第1側面と前記第2側面との間の幅がWであるとき、前記第2電極は、前記発光構造物の第1側面からW/5乃至W/2の間の距離に位置する、発光素子。
  2. 前記第2電極は、前記第1側面と並んでいる第1方向に配置され、前記複数個の導電型連結層のうち少なくとも一つは、前記第1方向に配置された、請求項1に記載の発光素子。
  3. 前記第2電極は、前記第1側面と並んでいる第1方向に配置され、前記複数個の導電型連結層のうち少なくとも一つは、前記第1方向と異なる第2方向に配置された、請求項1に記載の発光素子。
  4. 前記第2電極は、前記第1側面と並んでいる第1方向に配置された第1部分、及び前記第1方向と異なる第2方向に配置された第2部分を含み、前記複数個の導電型連結層のうち少なくとも一つは、一端が前記第2部分と重なる、請求項1に記載の発光素子。
  5. 前記導電型連結層は、前記隣接する二つの発光セルのうち一方の発光セルの第1電極と、前記隣接する二つの発光セルのうち他方の発光セルの第2電極とを連結する、請求項1に記載の発光素子。
  6. 前記導電型連結層は、前記隣接する二つの発光セルの間に複数個存在する、請求項5に記載の発光素子。
  7. 前記複数個の発光セルのそれぞれの側面に位置する絶縁層を含み、前記絶縁層は、隣接する発光セルの間及び/または前記導電型連結層と前記発光セルとの間を電気的に遮断する、請求項1に記載の発光素子。
  8. 前記第2部分は、少なくとも一部が前記W/5乃至W/2の間の距離の範囲を外れて位置する、請求項4に記載の発光素子。
  9. 前記発光セルの上部に位置する前記導電型連結層の幅が、隣接する前記発光セルの間に位置する前記導電型連結層の幅よりも小さい、請求項1に記載の発光素子。
  10. 一つの発光セルの第1電極は、前記一つの発光セルのエッジに位置し、前記一つの発光セルに隣接する他の発光セルの第2電極は、前記一つの発光セルの第1電極と互いに異なる線上に位置する、請求項1に記載の発光素子。
  11. 前記第1方向に配置された導電型連結層と接する前記発光セルの第1電極は、折曲部を含む、請求項2に記載の発光素子。
  12. 前記第1電極は前記エッチング領域に配置される、請求項1乃至11のいずれかに記載の発光素子。
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