JP4903902B2 - 発光素子、発光素子の製造方法、及び発光素子パッケージ - Google Patents

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Description

本発明は、発光素子、発光素子の製造方法、及び発光素子パッケージに関するものである。
発光素子（Light Emitting Device）は、電気エネルギーが光エネルギーに変換される特性のｐ−ｎ接合ダイオードを周期律表上でIII族とV族の元素が化合して生成できる。ＬＥＤは、化合物半導体の組成比を調節することによって、多様なカラー具現が可能である。
発光素子は、順方向電圧印加時、ｎ層の電子とｐ層の正孔（hole）とが結合して伝導帯（Conduction band）と価電子帯（Valance band）のエネルギーギャップに該当するだけのエネルギーを発散するが、このエネルギーは主に熱や光の形態で放出され、光の形態で発散されれば発光素子になる。
例えば、窒化物半導体は高い熱的安定性と幅広いバンドギャップエネルギーにより光素子及び高出力電子素子開発分野で大いなる関心を受けている。特に、窒化物半導体を用いた青色（Blue）発光素子、緑色（Green）発光素子、紫外線（ＵＶ）発光素子などは常用化されて広く使われている。
一方、白色（White）発光素子パッケージを具現するためには、光の三原色である赤色、緑色、青色の発光素子を組み合わせるか、青色発光素子に黄色蛍光体（ＹＡＧ、ＴＡＧなどの蛍光体を使用）を加えるか、ＵＶ発光素子に赤／緑／青の三色蛍光体を使用することができる。
ところが、従来技術によれば、蛍光体を用いた白色発光素子パッケージにおいて、発光素子チップの回りに蛍光体が一定に分布しないことによって、色温度分布が広く形成される問題がある。
また、従来技術によれば、蛍光体の分布面積が発光素子の面積に比べて相対的に大きいので、蛍光体が発光素子の回りに均等に分布しないことがあり、やはり色温度分布が広く形成される問題がある。
また、従来技術によれば、蛍光体で変換された光が背景物質との境界面で全反射した後、ＬＥＤチップ（chip）の内部に再進入する場合が発生するが、このような光の再進入は白色ＬＥＤ効率低下の原因となる。
本発明の目的は、蛍光体による変換された光の抽出効率の向上及び放射角による色温度減少効果が発生できる発光素子、発光素子の製造方法、及び発光素子パッケージを提供することにある。
本発明に係る発光素子は、第１導電型半導体層、第２導電型半導体層、及び上記第１導電型半導体層と上記第２導電型半導体層との間に活性層を含む発光構造物と、上記発光構造物の上の蛍光体層と、上記蛍光体層の上に形成される光抽出構造と、を含み、上記光抽出構造は、上記発光構造物の内部で生成されて上記蛍光体層と上記光抽出構造の界面に入射する光を上記発光構造物の外部に抽出することができる。
また、本発明に係る発光素子の製造方法は、第１導電型半導体層、活性層、及び第２導電型半導体層を含む発光構造物を形成するステップと、上記発光構造物の上に蛍光体層を形成するステップと、上記蛍光体層の上に光抽出構造を形成するステップと、を含む。
また、本発明に係る発光素子パッケージは、発光構造物の上に蛍光体層、上記蛍光体層の上に形成される光抽出構造を含み、上記光抽出構造は、上記発光構造物の内部で生成されて上記蛍光体層と上記光抽出構造の界面に入射する光を上記発光構造物の外部に抽出できる発光素子と、上記発光素子が配置されるパッケージ胴体と、含むことができる。
本発明の発光素子、発光素子の製造方法、及び発光素子パッケージによれば、蛍光体による変換された光の抽出効率の向上及び放射角による色温度減少効果が得られる。
本発明に係る発光素子の断面図である。 従来技術に係る発光素子の発光パターン例示図である。 本発明に係る発光素子の発光パターン例示図である。 本発明に係る発光素子の製造方法の工程断面図である。 本発明に係る発光素子の製造方法の工程断面図である。 本発明に係る発光素子の製造方法の工程断面図である。 本発明に係る発光素子の製造方法の工程断面図である。 本発明の異なる実施形態に係る発光素子の異なる断面図である。 本発明に係る発光素子パッケージの断面図である。 本発明に係る照明ユニットの斜視図である。 本発明に係るバックライトユニットの分解斜視図である。
以下、本発明に係る発光素子、発光素子の製造方法、及び発光素子パッケージを添付の図面を参照しつつ説明する。
（実施形態）
図１は、本発明に係る発光素子１００の断面図である。
本発明に係る発光素子１００は、第１導電型半導体層１１２、活性層１１４、及び第２導電型半導体層１１６を含む発光構造物１１０と、上記発光構造物の上に形成された蛍光体層１３０、及び上記蛍光体層１３０の上に形成された光抽出構造１４０を含むことができる。
より詳しくは、上記光抽出構造１４０はパターンを含むことができる。上記パターンは、一定の周期を有して反復される周期的なパターンの場合もあり、また非周期的に形成されるパターンの場合もある。また、上記パターンは同一の形状が反復されることもでき、同一でない形状が周期的または非周期的に反復されることもできる。
上記パターンは、蛍光体層１３０と光抽出構造１４０の界面に入射する光を回折、分散、または散乱させて発光構造物１００の外部に抽出するためのものであって、その具体的な形状自体を限定するのではない。
上記蛍光体層１３０は、均一な厚さを有する蛍光体層でありうる。
上記光抽出構造１４０は、酸化物、窒化物、または塩化物のうち、少なくともいずれか１つを含む誘電体で形成できるが、これに限定されるのではない。
上記光抽出構造１４０は、上記蛍光体層１３０と屈折率の異なる物質で形成できる。例えば、上記光抽出構造１４０の屈折率は、上記蛍光体層１３０の屈折率より大きいことも、小さいこともある。
本発明は、上記光抽出構造１４０の上に追加的な背景物質（図示せず）を含むことができ、上記背景物質と上記パターンとは屈折率が異なることがある。
上記光抽出構造１４０は、５０ｎｍ乃至３，０００ｎｍの周期を有することができるが、これに限定されるのではない。
本発明に係る発光素子は、光抽出構造１４０を含む蛍光体層１３０により蛍光体における光抽出効率の向上を通じて白色ＬＥＤの効率の増加だけでなく、蛍光体での光の発光分布調節を通じて白色ＬＥＤの放射角度による色温度偏差を減らすことができる。以下、このような実施形態に係る発光素子１００を説明する。
白色ＬＥＤは、モジュール光源、例えば青色ＬＥＤと蛍光体との組合せにより具現される。この際、主要懸案の１つは、放射角による色温度偏差を減らすものである。これを解決するために、チップ（Chip）上層部に均一な厚さの蛍光体薄膜をコーティングする方式（conformal coating）を導入することができ、これは蛍光体を青色ＬＥＤと同一位置、同一面積の光源に作って、パッケージ内で色収差を除いた光の経路による色温度差を減らす役目をすることができる。
これによって、蛍光体で変換された長波長の光と蛍光体に吸収されていない青色光の移動経路がほぼ同一であるので、経路による色温度偏差は無視できるようになる。
図２は、従来技術に係る発光素子の発光パターン例示図である。
一方、均一な厚さの蛍光体層コーティング（conformal coating）を導入しても図２のような放射角による色温度偏差は相変わらず存在する。
その理由は、根本的に発光構造物１０での青色光の放射分布（Ａ）と蛍光体３０により変換された光の放射分布（Ｂ）が相異するためである。
即ち、青色光はＧａＮと背景物質（空気またはシリコーンゲル）の界面及び光抽出構造により放射分布（Ａ）が決定され、垂直方向に多少集中された分布をなす。
一方、蛍光体により変換された長波長の光は自発放出過程により生成されたものであるので、全体放射角度（Ｂ）に対し、同一の確率（均等な分布）を有する。したがって、この２つの光を合わせて白色ＬＥＤを具現すれば、放射角度が垂直方向に近づくほど青色光の強さが増加して、相対的に高い色温度を表れるようになる。
特に、垂直型ＧａＮ ＬＥＤは、側面型構造に比べてより垂直方向に集中された放射分布を有するので、蛍光体の光と類似な放射分布を有するチップ（Chip）設計開発がより一層必要である。
また、従来技術によれば、蛍光体の光が背景物質の境界面で全反射した後、ＧａＮ ＬＥＤの内部に光が再進入すれば、白色ＬＥＤ効率低下の原因となる。
図３は、本発明の実施形態に係る発光素子の発光パターン例示図である。
本実施形態に係る発光素子は、発光構造物１１０の上に均一な厚さを有する（conformal coating）蛍光体層１３０の上に背景物質（図示せず）及び蛍光体層１３０の屈折率と相異する光抽出構造１４０を導入できる。上記光抽出構造１４０が導入される層の物質は、ＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４、ＴｉＯ２などが酸化物、窒化物、または塩化物などが可能であり、背景物質の種類（空気、またはシリコーンゲル）によって導入される抽出効率が最大になる物質の屈折率、周期、パターン高さなどが決定できる。
このような光抽出構造１４０は、周期性を有する従来の光抽出パターン（square lattice pattern）と同一の抽出効率を表しながら、蛍光体層での発光分布は光が水平よりは垂直方向（Ｃ）に向かうようにする役目をする。
このような光抽出構造１４０により光が垂直方向に集中される理由は、パターン格子の周期性による回折現象のためであり、このようなパターンが導入された垂直型チップ（Chip）の上部に均一な厚さ（conformal coating）蛍光体層を形成すれば、色温度偏差減少効果が生じる。
本発明に係る発光素子によれば、パターンを含む蛍光体層により蛍光体での光抽出効率の向上を通じて白色ＬＥＤの効率増加だけでなく、蛍光体での光の発光分布調節を通じて白色ＬＥＤの放射角度による色温度偏差を減らすことができる。
以下、図４乃至図７aを参照して本発明に係る発光素子の製造方法を説明する。
まず、図４のように、第１基板１０５を用意する。上記第１基板１０５は、伝導性基板または絶縁性基板を含み、例えば上記第１基板１０５は、サファイア（Ａｌ２Ｏ３）、ＳｉＣ、Ｓｉ、ＧａＡｓ、ＧａＮ、ＺｎＯ、Ｓｉ、ＧａＰ、ＩｎＰ、Ｇｅ、及びＧａ２Ｏ３のうち、少なくとも１つを使用できる。上記第１基板１０５の上には凹凸構造が形成されることができるが、これに対して限定するのではない。
上記第１基板１０５に対して湿式洗浄を行って、表面のドーパントを除去できる。
以後、上記第１基板１０５の上に第１導電型半導体層１１２、活性層１１４、及び第２導電型半導体層１１６を含む発光構造物１１０を形成できる。
上記第１基板１０５の上にはバッファ層（図示せず）が形成できる。上記バッファ層（図示せず）は、上記発光構造物１１０の材料と第１基板１０５の格子不整合を緩和することができ、バッファ層（図示せず）の材料は３族−５族化合物半導体、例えば、ＧａＮ、ＩｎＮ、ＡｌＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＡｌＧａｎ、ＡｌＩｎＮのうち、少なくとも１つで形成できる。上記バッファ層（図示せず）の上にはアンドープド（undoped）半導体層が形成されることができるが、これに対して限定するのではない。
上記第１導電型半導体層１１２は、第１導電型ドーパントがドーピングされた３族−５族化合物半導体で具現されることができ、上記第１導電型半導体層１１２がＮ型半導体層の場合、上記第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を含むことができるが、これに限定されるのではない。
上記第１導電型半導体層１１２は、ＩｎｘＡｌｙＧａ１−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。
上記第１導電型半導体層１１２は、ＧａＮ、ＩｎＮ、ＡｌＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＡｌＧａｎ、ＡｌＩｎＮ、ＡｌＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓ、ＡｌＩｎＧａＡｓ、ＧａＰ、ＡｌＧａＰ、ＩｎＧａＰ、ＡｌＩｎＧａＰ、ＩｎＰのうち、いずれか１つ以上で形成できる。
上記第１導電型半導体層１１２は、化学蒸着方法（ＣＶＤ）、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）、スパッタリング、あるいは水酸化物蒸気相エピタキシー（ＨＶＰＥ）などの方法を使用してＮ型ＧａＮ層を形成できる。また、上記第１導電型半導体層１１２は、チャンバーにトリメチルガリウムガス（ＴＭＧａ）、アンモニアガス（ＮＨ３）、窒素ガス（Ｎ２）、及びシリコン（Ｓｉ）のようなｎ型ドーパントを含むシランガス（ＳｉＨ４）が注入されて形成できる。
上記活性層１１４は、第１導電型半導体層１１２を通じて注入される電子と以後に形成される第２導電型半導体層１１６を通じて注入される正孔とが互いに合って活性層（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。
上記活性層１１４は、単一量子井戸構造、多重量子井戸構造（ＭＱＷ：Multi Quantum Well）、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１つで形成できる。例えば、上記活性層１１４は、トリメチルガリウムガス（ＴＭＧａ）、アンモニアガス（ＮＨ３）、窒素ガス（Ｎ２）、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できるが、これに限定されるのではない。
上記活性層１１４の井戸層／障壁層は、ＩｎＧａＮ／ＧａＮ、ＩｎＧａＮ／ＩｎＧａＮ、ＧａＮ／ＡｌＧａＮ、ＩｎＡｌＧａｎ／ＧａＮ、ＧａＡｓ（ＩｎＧａＡｓ）、／ＡｌＧａＡｓ、ＧａＰ（ＩｎＧａＰ）／ＡｌＧａＰのうち、いずれか１つ以上のペア構造で形成できるが、これに限定されるのではない。上記井戸層は、上記障壁層のバンドギャップより低いバンドギャップを有する物質で形成できる。
上記活性層１１４の上または／及び下には、導電型クラッド層が形成できる。上記導電型クラッド層はＡｌＧａＮ系の半導体で形成されることができ、上記活性層１１４のバンドギャップより高いバンドギャップを有することができる。
上記第２導電型半導体層１１６は、第２導電型ドーパントがドーピングされた３族−５族元素の化合物半導体、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物質を含むことができる。上記第２導電型半導体層１１６は、例えば、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＩｎＮ、ＩｎＡｌＧａｎ、ＡｌＩｎＮ、ＡｌＧａＡｓ、ＧａＰ、ＧａＡｓ、ＧａＡｓＰ、ＡｌＧａＩｎＰなどから選択できる。上記第２導電型半導体層１１６がＰ型半導体層の場合、上記第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。上記第２導電型半導体層１１６は、単層または多層で形成されることができるが、これに対して限定するのではない。
上記第２導電型半導体層１１６は、チャンバーにトリメチルガリウムガス（ＴＭＧａ）、アンモニアガス（ＮＨ３）、窒素ガス（Ｎ２）、及びマグネシウム（Ｍｇ）のようなＰ型ドーパントを含むビセチルサイクロペンタジエニルマグネシウム（ＥｔＣｐ２Ｍｇ）{Ｍｇ（Ｃ２Ｈ５Ｃ５Ｈ４）２}が注入されてＰ型ＧａＮ層が形成できるが、これに限定されるのではない。
本実施形態において、上記第１導電型半導体層１１２はＮ型半導体層、上記第２導電型半導体層１１６はＰ型半導体層で、それぞれ具現できるが、これに限定されるのではない。また、上記第２導電型半導体層１１６の上には上記第２導電型と反対の極性を有する半導体、例えばＮ型半導体層（図示せず）を形成できる。これによって、発光構造物１１０はＮ−Ｐ接合構造、Ｐ−Ｎ接合構造、Ｎ−Ｐ−Ｎ接合構造、Ｐ−Ｎ−Ｐ接合構造のうち、いずれか１つの構造で具現できる。
以後、上記第２導電型半導体層１１６の上に第２電極層１２０を形成する。
上記第２電極層１２０は、オーミック層（図示せず）、反射層１２2、接合層（図示せず）、支持基板１２4などを含むことができる。
例えば、上記第２電極層１２０は、オーミック層（図示せず）を含むことができ、上記オーミック層（図示せず）は、上記発光構造物１１０にオーミック接触されて発光構造物に電源が円滑に供給されるようにすることができ、単一金属あるいは金属合金、金属酸化物などを多重に積層して形成できる。
例えば、上記オーミック層（図示せず）は、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、ＲｕＯｘ／ＩＴＯ、Ｎｉ／ＩｒＯｘ／Ａｕ、及びＮｉ／ＩｒＯｘ／Ａｕ／ＩＴＯ、Ａｇ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｈｆのうち、少なくとも１つを含んで形成されることができるが、このような材料に限定されるのではない。
また、上記第２電極層１２０は、反射層１２2を含んで上記発光構造物１１０から入射される光を反射するため、光抽出効率を改善させることができる。
例えば、上記反射層１２2は、Ａｇ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｈｆのうち、少なくとも１つを含む金属または合金で形成できる。また、上記反射層１２2は、上記金属または合金とＩＺＯ、ＩＺＴＯ、ＩＡＺＯ、ＩＧＺＯ、ＩＧＴＯ、ＡＺＯ、ＡＴＯなどの透光性伝導性物質を用いて多層で形成することができ、例えば、ＩＺＯ／Ｎｉ、ＡＺＯ／Ａｇ、ＩＺＯ／Ａｇ／Ｎｉ、ＡＺＯ／Ａｇ／Ｎｉなどで積層できる。
また、上記第２電極層１２０は、接合層を含む場合、上記反射層１２2が接合層の機能をしたり、バリアー金属またはボンディング金属などを含むことができる。例えば、上記接合層（図示せず）は、Ｔｉ、Ａｕ、Ｓｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｂｉ、Ｃｕ、Ａｇ、またはＴａのうち、少なくとも１つを含むことができる。
また、第２電極層１２０は支持基板１２4を含むことができる。上記支持基板は上記発光構造物１１０を支持し、上記発光構造物１１０に電源を提供できる。上記支持基板１２4は電気伝導性の優れる金属、金属合金、あるいは伝導性半導体物質からなることができる。
例えば、上記支持基板１２4は、銅（Ｃｕ）、銅合金（Ｃｕ Ａｌｌｏｙ）、金（Ａｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、銅−タングステン（Ｃｕ−Ｗ）、キャリアウエハ（例えば、Ｓｉ、Ｇｅ、ＧａＡｓ、ＧａＮ、ＺｎＯ、ＳｉＧｅ、ＳｉＣ等）のうち、少なくとも１つを含むことができる。
上記支持基板１２４の厚さは、上記発光素子の設計によって変わることができるが、例えば、３０μｍ乃至５００μｍの厚さを有することができる。
上記支持基板を形成させる方法は、電気化学的な金属蒸着方法、メッキ方法やユテクティックメタルを用いたボンディング方法などを使用することができる。
次に、図５のように、上記第１導電型半導体層１１２が露出するように上記第１基板１０５を除去する。上記第１基板１０５を除去する方法は、レーザリフトオフ（Laser Lift Off）方法、または化学的リフトオフ（Chemical Lift Off）方法を利用できる。また、上記第１基板１０５は、物理的に研磨することによって除去することもできる。
例えば、レーザリフトオフ方法は、常温で所定のエネルギーを加えると、上記第１基板１００と発光構造物の界面でエネルギーが吸収されて発光構造物の接合表面が熱分解されて第１基板１００と発光構造物とを分離できる。
次に、図６のように、上記発光構造物１１０の上に蛍光体層１３０を形成する。上記蛍光体層１３０は均一な厚さを有する蛍光体層でありうる。
上記蛍光体層１３０は、青色ＬＥＤに黄色蛍光体（ＹＡＧ、ＴＡＧなどの蛍光体を使用）を加えたものであるとか、ＵＶ ＬＥＤに赤／緑／青の三色蛍光体を使用したものでありうるが、これに限定されるのではない。
上記蛍光体はホスト物質と活性物質を含むことができ、例えば、イットリウムアルミニウムガーネット（ＹＡＧ）のホスト物質にセリウム（Ｃｅ）活性物質が、シリゲート系列のホスト物質にユロピウム（Ｅｒ）活性物質を採用できるが、これに限定されるのではない。
上記蛍光体層１３０は、コンフォーマルコーティング（conformal coating）により上面が平面で形成できるが、これに限定されるのではない。上記蛍光体層１３０は、均一な厚さを有することができる。上記蛍光体層１３０が平面で発光構造物１１０の上に均一に形成されることによって、発光素子チップの周囲の蛍光体分布を均一にすることができ、面発光を通じて光学設計を容易にすることができる。
次に、図７aのように、上記蛍光体層１３０の上に形成された光抽出構造１４０を形成できる。
上記光抽出構造１４０は、ＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４、ＴｉＯ２などの酸化物、窒化物、または塩化物のうち、少なくともいずれか１つを含む誘電体で形成できるが、これに限定されるのではない。
例えば、上記光抽出構造１４０を形成するステップは、上記蛍光体層１３０の上に誘電体層（図示せず）を形成し、上記誘電体層をパターニングして光抽出構造１４０を形成できる。
また、上記光抽出構造１４０は、マスクを用いたパターニングにより形成されるパターンのみを限定するのではなく、光抽出効率の向上に寄与する複数の突起を含む光抽出構造を含むこともできる。例えば、上記誘電体層を湿式エッチングして形成されたラフネス（凹凸形状）を含むこともできる。
上記光抽出構造１４０は、上記蛍光体層１３０と屈折率の異なる物質で形成できる。例えば、上記光抽出構造１４０の屈折率は、上記蛍光体層１３０の屈折率より大きいことも、小さいこともある。
上記光抽出構造１４０は周期性を有することができ、例えば、約５０ｎｍ乃至約３，０００ｎｍの周期を有することができるが、これに限定されるのではない。
本発明は、上記光抽出構造１４０の上に追加的な背景物質（空気、またはシリコーンゲル等）を含むことができ、上記背景物質と上記光抽出構造１４０は屈折率が異なることがある。
このような光抽出構造１４０は、周期性を有することによって光抽出効率機能を行い、これによって蛍光体層での発光分布は光が水平よりはむしろ垂直方向に向かうようにする役目をして色温度偏差減少効果をもたらすことができる。
本発明の実施形態に係る発光素子及びその製造方法によれば、パターンを含む蛍光体層により蛍光体での光抽出効率向上を通じて白色ＬＥＤの効率増加だけでなく、蛍光体での光の発光分布調節を通じて白色ＬＥＤの放射角度による色温度偏差を減らすことができる。
図７ｂは、本発明に異なる実施形態に係る発光素子の断面図である。
異なる実施形態に係る発光素子１０２は、第１導電型半導体層１１２と活性層１１４と第２導電型半導体層１１６とを含んで形成された発光構造物１１０、上記発光構造物１１０の上面の一部に形成された第１誘電体層１５１、及び上記第１誘電体層１５１の上に形成されたパッド電極１６０を含むことができる。
実施形態で、誘電体層１５０は、上記第１誘電体層１５１と上記発光構造物１１０の側面に形成された第２誘電体層１５２を含むことができ、上記第１誘電体層１５１と上記第２誘電体層１５２とは連結された形態でありうる。
実施形態は、上記発光構造物１１０の上に第１電極１６１を含むことができ、上記パッド電極１６０と上記第１電極１６１とは電気的に連結された状態でありうる。
上記発光構造物１１０の上面には凹凸１４０が形成されて光抽出効率を上げることができる。
上記発光構造物１１０の下側には第２電極層１２０が形成され、上記第２電極層１２０は、オーミック層１２１、反射層１２２、結合層１２３、及び支持基板１２４などを含むことができる。
上記発光構造物１１０の下側の外郭には保護部材１９０が形成されることができ、上記発光構造物１１０と上記オーミック層１２１との間には電流遮断層（current blocking layer：ＣＢＬ）１３9が形成できる。
上記保護部材１９０は、上記発光構造物１１０と結合層１２３との間の周り領域に形成されることができ、これによって、リング形状、ループ形状、四角フレーム形状などで形成できる。上記保護部材１９０は、一部分が上記発光構造物１１０と垂直方向で重畳できる。
上記保護部材１９０は、上記結合層１２３と活性層１１４との間の側面での距離を増加させて、上記結合層１２３と活性層１１４との間の電気的短絡の発生可能性を減らすことができる。
また、上記保護部材１９０は、チップ分離工程で電気的短絡が発生することを防止することができる。
上記保護部材１9０は、電気絶縁性を有する物質、反射層１２２または結合層１２３より電気伝導性の低い物質、または第２導電型の半導体層１１６とショットキー接触を形成する物質を用いて形成できる。例えば、保護部材１４０は、ＩＴＯ、ＩＺＯ、ＩＺＴＯ、ＩＡＺＯ、ＩＧＺＯ、ＩＧＴＯ、ＡＺＯ、ＡＴＯ、ＺｎＯ、ＳｉＯ２、ＳｉＯｘ、ＳｉＯｘＮｙ、Ｓｉ３Ｎ４、Ａｌ２Ｏ３、ＴｉＯｘ、ＴｉＯ２、Ｔｉ、Ａｌ、またはＣｒのうち、少なくとも１つを含むことができる。
図８は、本発明の実施形態に係る発光素子が設置された発光素子パッケージを説明する図である。
本実施形態に係る発光素子パッケージ２００は、パッケージ胴体部２０５と、上記パッケージ胴体部２０５に設置された第３電極層２１３及び第４電極層２１４と、上記パッケージ胴体部２０５に設置されて上記第３電極層２１３及び第４電極層２１４と電気的に連結される発光素子１００と、上記発光素子１００を覆いかぶせえるモールディング部材２４０とが含まれる。
上記パッケージ胴体部２０５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されることができ、上記発光素子１００の回りに傾斜面が形成できる。
上記第３電極層２１３及び第４電極層２１４は互いに電気的に分離され、上記発光素子１００に電源を提供する役目をする。また、上記第３電極層２１３及び第４電極層２１４は、上記発光素子１００で発生した光を反射させて光効率を増加させる役目をすることができ、上記発光素子１００で発生した熱を外部に排出させる役目をすることもできる。
上記発光素子１００は、図１に例示された垂直型タイプの発光素子が適用できるが、これに限定されるのではなく、水平型発光素子も適用できる。
上記発光素子１００は、上記パッケージ胴体部２０５の上に設置されるか、上記第３電極層２１３または第４電極層２１４の上に設置できる。
上記発光素子１００は、上記第３電極層２１３及び／または第４電極層２１４とワイヤー方式、フリップチップ方式、またはダイボンディング方式のうち、いずれか１つにより電気的に連結されることもできる。本実施形態では、上記発光素子１００が上記第４電極層２１４とワイヤー２３０を通じて電気的に連結され、上記第３電極層２１３と直接接触して電気的に連結されたことが例示されている。
上記モールディング部材２４０は、上記発光素子１００を覆いかぶせて上記発光素子１００を保護することができる。また、上記モールディング部材２４０には蛍光体が含まれて、上記発光素子１００から放出された光の波長を変化させることができる。
本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、上記発光素子パッケージから放出される光の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、蛍光シートなどが配置できる。このような発光素子パッケージ、基板、及び光学部材は、バックライトユニットとして機能するか、照明ユニットとして機能することができ、例えば、照明システムは、バックライトユニット、照明ユニット、指示装置、ランプ、及び街灯を含むことができる。
図９は、本発明の実施形態に係る照明ユニットの斜視図である。但し、図９の照明ユニット１１００は照明システムの一例であり、これに対して限定するのではない。
図９を参照すれば、上記照明ユニット１１００は、ケース胴体１１１０と、上記ケース胴体１１１０に設置された発光モジュール部１１３０と、上記ケース胴体１１１０に設置され、外部電源から電源の提供を受ける連結端子１１２０とを含むことができる。
上記ケース胴体１１１０は、放熱特性が良好な材質で形成されることが好ましくて、例えば金属材質または樹脂材質で形成できる。
上記発光モジュール部１１３０は、基板１１３２と、上記基板１１３２に載置される少なくとも１つの発光素子パッケージ２００を含むことができる。
上記基板１１３２は、絶縁体に回路パターンが印刷されたものであることができ、例えば、一般の印刷回路基板（ＰＣＢ：Printed Circuit Board）、メタルコア（Metal Core）ＰＣＢ、軟性（Flexible）ＰＣＢ、セラミックＰＣＢなどを含むことができる。
また、上記基板１１３２は、光を効率的に反射する材質で形成されるか、表面が光が効率的に反射されるカラー、例えば白色、銀色などで形成できる。
上記基板１１３２の上には、上記少なくとも１つの発光素子パッケージ２００が載置できる。上記発光素子パッケージ２００の各々は少なくとも１つの発光素子１００を含むことができる。上記発光素子１００は、赤色、緑色、青色、または白色の有色光を各々発光する有色発光ダイオード及び紫外線（ＵＶ；UltraViolet）を発光するＵＶ発光ダイオードを含むことができる。
上記発光モジュール部１１３０は、色感及び輝度を得るために多様な発光素子パッケージ２００の組合せを有するように配置できる。例えば、高演色性（ＣＲＩ）を確保するために白色発光ダイオード、赤色発光ダイオード、及び緑色発光ダイオードを組み合せて配置することができる。
上記連結端子１１２０は、上記発光モジュール部１１３０と電気的に連結されて電源を供給できる。上記連結端子１２２０はソケット方式により外部電源に螺合して結合されるが、これに対して限定するのではない。例えば、上記連結端子１１２０はピン（pin）形態で形成されて外部電源に挿入されるか、配線により外部電源に連結されることもできる。
図１０は、本発明の実施形態に係るバックライトユニットの分解斜視図である。但し、図１０のバックライトユニット１２００は照明システムの一例であり、これに対して限定するのではない。
本実施形態に係るバックライトユニット１２００は、導光板１２１０と、上記導光板１２１０に光を提供する発光モジュール部１２４０と、上記導光板１２１０の下に反射部材１２２０と、上記導光板１２１０、発光モジュール部１２４０、及び反射部材１２２０を収納するボトムカバー１２３０を含むことができるが、これに限定されるのではない。
上記導光板１２１０は、光を拡散させて面光源化させる役目をする。上記導光板１２１０は透明な材質からなり、例えば、ＰＭＭＡ（polymethyl metaacrylate）のようなアクリル樹脂系列、ＰＥＴ（polyethylene terephthlate）、ＰＣ（polycarbonate）、ＣＯＣ（cycloolefin copolymer）、及びＰＥＮ（polyethylene naphthalate）樹脂のうちの１つを含むことができる。
上記発光モジュール部１２４０は、上記導光板１２１０の少なくとも一側面に光を提供し、窮極的には上記バックライトユニットが設置されるディスプレイ装置の光源として作用するようになる。
上記発光モジュール部１２４０は、上記導光板１２１０と接することができるが、これに限定されるのではない。より詳しくは、上記発光モジュール部１２４０は、基板１２４２と、上記基板１２４２に載置された多数の発光素子パッケージ２００を含むが、上記基板１２４２が上記導光板１２１０と接することができるが、これに限定されるのではない。
上記基板１２４２は、回路パターン（図示せず）を含む印刷回路基板（ＰＣＢ；Printed Circuit Board）でありうる。但し、上記基板１２４２は一般ＰＣＢだけでなく、メタルコアＰＣＢ（ＭＣＰＣＢ；Metal Core PCB）、軟性ＰＣＢ（ＦＰＣＢ；Flexible PCB）などを含むこともでき、これに対して限定するのではない。
そして、上記多数の発光素子パッケージ２００は、上記基板１２４２の上に光が放出される発光面が上記導光板１２１０と所定距離離隔するように載置できる。
上記導光板１２１０の下には上記反射部材１２２０が形成できる。上記反射部材１２２０は、上記導光板１２１０の下面に入射された光を反射させて上に向かうようにすることによって、上記バックライトユニットの輝度を向上させることができる。上記反射部材１２２０は、例えば、ＰＥＴ、ＰＣ、ＰＶＣレジンなどで形成できるが、これに対して限定するのではない。
上記ボトムカバー１２３０は、上記導光板１２１０、発光モジュール部１２４０、及び反射部材１２２０などを収納できる。このために、上記ボトムカバー１２３０は上面が開口されたボックス（box）形状で形成できるが、これに対して限定するのではない。
上記ボトムカバー１２３０は、金属材質または樹脂材質で形成されることができ、プレス成形または押出成形などの工程を用いて製造できる。
以上、説明したように、本実施形態に係る照明システムは、実施形態に係る発光素子パッケージを含むことによって、信頼性を向上させることができる。

Claims (13)

  1. 第１導電型半導体層、第２導電型半導体層、及び上記第１導電型半導体層と上記第２導電型半導体層との間に活性層を含む発光構造物と、
    前記発光構造物の上の蛍光体層と、
    前記蛍光体層の上に形成される光抽出パターンと、を含み、
    前記光抽出パターンは、前記発光構造物の内部で生成されて前記蛍光体層と前記光抽出パターンの界面に入射する光を前記発光構造物の外部に抽出し、
    前記光抽出パターンは部分的に前記蛍光体層を露出させており、前記光抽出パターンによって光が抽出されている間、水平方向よりも垂直方向に前記蛍光体層内の光放射分布が指向していることを特徴とする発光素子。
  2. 前記光抽出パターンは、周期的または非周期的なパターンを含むことを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
  3. 前記光抽出パターンは、酸化物、窒化物、または塩化物のうち、少なくともいずれか１つを含む誘電体で形成されることを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
  4. 前記光抽出パターンは、前記蛍光体層と屈折率の異なる物質で形成されることを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
  5. 前記光抽出パターンの上に背景物質を含み、
    前記背景物質と前記光抽出パターンとは互いに屈折率が異なることを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
  6. 前記パターンは、５０ｎｍ乃至３，０００ｎｍの周期を有することを特徴とする請求項２に記載の発光素子。
  7. 第１導電型半導体層、活性層、及び第２導電型半導体層を含む発光構造物を形成するステップと、
    前記発光構造物の上に蛍光体層を形成するステップと、
    前記蛍光体層の上に光抽出パターンを形成するステップと、
    を含み、
    前記光抽出パターンは部分的に前記蛍光体層を露出させ、かつ、前記蛍光体層上に配置されており、前記光抽出パターンによって光が抽出されている間、水平方向よりも垂直方向に前記蛍光体層内の光放射分布が指向していることを特徴とする発光素子の製造方法。
  8. 前記蛍光体層は、均一な厚さを有する蛍光体層を形成することを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
  9. 前記光抽出パターンを形成するステップは、
    前記蛍光体層の上に誘電体層を形成するステップと、
    前記誘電体層をパターニングしてパターンを形成するステップと、
    を含むことを特徴とする請求項７に記載の発光素子の製造方法。
  10. 前記誘電体層は、酸化物、窒化物、または塩化物のうち、いずれか１つを含むことを特徴とする請求項９に記載の発光素子の製造方法。
  11. 前記光抽出パターンを形成するステップは、
    前記蛍光体層と屈折率の異なる物質で形成されることを特徴とする請求項７に記載の発光素子の製造方法。
  12. 前記光抽出パターンは、前記蛍光体層上に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
  13. 請求項１乃至６のうち、いずれか１項に記載の発光素子と、
    前記発光素子が配置されるパッケージ胴体と、
    を含むことを特徴とする発光素子パッケージ。
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