KR100799859B1 - 백색 발광 소자 - Google Patents

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Abstract

소형화에 적합한 고품질의 백색 발광 소자를 제공한다. 본 발명에 따른 백색 발광 소자는, 기판과; 상기 기판 상에 순차로 형성된 n형 반도체층, 활성층 및 p형 반도체층을 가지며 제1 방출광을 내는 발광 구조물과; 상기 제1 방출광의 경로 상에 배치되며, 상기 제1 방출광을 흡수하여 상기 제1 방출광의 파장과 다른 파장을 갖는 하나 이상의 제2 방출광을 내는 파장 변환용 박막을 포함하고, 상기 파장 변환용 박막은 유로퓸-실리케이트로 이루어진다.
백색 발광 소자, 유리퓸-실리케이트(Eu-Silicate), LED, 발광(Photoluminescence, PL) 스펙트럼

Description

백색 발광 소자{WHITE LIGHT EMITTING DEVICE}
도 1은 종래의 백색 발광 소자를 도시한 도면이다.
도 2는 유로퓸-실리케이트의 여러가지 발광(Photoluminescence; PL) 스펙트럼을 나타내는 그래프이다.
도 3은 본 발명의 일 실시형태에서 사용되는 유로퓸-실리케이트의 발광 스펙트럼을 나타내는 그래프이다
도 4는 본 발명의 다른 실시형태에서 사용되는 유로퓸-실리케이트의 발광 스펙트럼을 나타내는 그래프이다.
도 5 내지 도 18은 본 발명의 여러 실시형태에 따른 백색 발광 소자를 개략적으로 나타내는 단면도들이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호설명>
101: 기판 102: n형 반도체층
103,203,303: 활성층 104: p형 반도체층
105: n측 전극 106: p측 전극
107, 207, 307: 파장 변환용 박막 150, 250, 350: 발광 구조물
본 발명은 백색 발광 소자에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 유로퓸-실리케이트로 된 파장 변환용 박막을 사용하여 고품질의 백색광을 내는 백색 발광 소자에 관한 것이다.
최근 LED의 응용분야가 확대되고 있다. 액정 표시장치의 백라이트 유닛(backlight unit), 신호등에서 일반조명에 이르기까지 고휘도의 백색 발광 소자 개발이 계속되고 있다. 특히, 일반조명을 위해서는 고휘도뿐만 아니라 가격 또한 저렴하지 않으면 안되므로 기술개발과 더불어 대량으로 생산할 수 있는 기술이 뒷받침되어야 한다.
종래의 대표적인 백색 발광 장치는, GaN 청색 LED와 YAG계 황색 형광체를 조합함으로써 구현될 수 있다. 청색 LED에서 방출된 청색광은 상기 황색 형광체를 여기시킴으로써 황색광을 방출시킨다. 청색광과 황색광의 혼색은 관찰자에게는 백색광으로 인식된다. 이는 가장 널리 사용되는 구조로서 황색 형광체의 효율이 90%에 가까울 정도로 높고 청색 LED의 효율 또한 높아서 고휘도 제품을 제작하는 데 유리하며 공정이 용이하다. 하지만 각각의 제품으로부터 동일한 색을 얻기가 어렵고 주변온도에 따라 색 변환이 발생한다는 단점이 있다.
도 1은 종래의 백색 발광 장치(50)를 도시한 도면이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 질화갈륨계 반도체로 형성된 청색 LED(4)는 반사컵(10)을 형성하는 금속 스템(metal stem)(3) 상의 마운트(5) 위에 탑재되어 있다. 청색 LED(4)의 한 전극은 본딩 와이어(7)에 의해 리드 프레임(2)와 연결되어 있고, 또 다른 전극은 본딩 와이어(6)에 의해 리드 프레임(1)에 연결되어 있다. 반사컵(10) 내부는 내부 수지(8)로 채워져 있다. 리드 프레임(1,2)은 외부 수지(9)로 봉지 되어 있다. 내부 수지(8)에 포함된 형광체(11)는 청색 LED(4)에서 발생한 청색광을 흡수하여 청색광과 다른 파장의 빛을 낸다. 예를 들어 YAG계의 황색 형광체는 청색광을 흡수하여 황색광을 방출한다. 이 경우 청색광과 황색광의 혼색은 관찰자에게 백색으로 인식된다.
이러한 백색 발광 장치(50)에서는 형광체를 내부 수지에 포함시켜야 하므로 그 사이즈가 커지며, 형광체가 내부 수지 내에 균일하게 분포되지 않을 경우 동일한 색을 얻기 어렵다. 또한 청색 LED(4)와 황색 TAG계 형광체의 조합은 낮은 색 재현성을 나타내는 단점을 가진다.
또한, 백색 LED 장치는 청색 LED, 녹색 LED 및 적색 LED를 조합함으로써 구현될 수 있다. 이는 형광체의 변환 손실을 줄일 수 있고 높은 색 재현성을 얻을 수 있지만, 고비용이며 소자 제작이 어렵고 한 개의 칩 파손에 의해 백색 구현이 어렵다는 단점이 있다.
그 밖에도 자외선(UV) LED와 적색/녹색/청색 형광체를 조합하여 백색 발광 장치를 구현할 수 있다. 이러한 백색 발광 장치는 제작이 용이하나, 적색 형광체의 효율이 현재 40%를 넘지 못하고 있어 색 재현성이 떨어지며 고휘도를 얻는데 한계가 있다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 동일한 색을 얻기가 용이하고 색 재현성이 비교적 우수하며 소형화에 적합한 고품질의 백색 발광 장치를 제공하는데 있다.
상술한 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 백색 발광 소자는, 기판과; 상기 기판 상에 순차로 형성된 n형 반도체층, 활성층 및 p형 반도체층을 가지며 제1 방출광을 내는 발광 구조물과; 상기 제1 방출광의 경로 상에 배치되며, 상기 제1 방출광을 흡수하여 상기 제1 방출광의 파장과 다른 파장을 갖는 하나 이상의 제2 방출광을 내는 파장 변환용 박막을 포함하며, 상기 파장 변환용 박막은 유로퓸-실리케이트로 이루어진다. 상기 제1 방출광의 일부와 제2 방출광이 결합하여 백색광을 낼 수 있다. 상기 p형 반도체, 활성층 및 n형 반도체는 질화물 반도체로 이루어질 수 있다.
상기 유로퓸-실리케이트는 EuxSiyOz 조성식(여기서 0<x<30, 0<y<30, 0<z<30임)을 갖는 물질로 이루어질 수 있으며, 바람직하게는 상기 유로퓸-실리케이트는 EuxSiyOz 조성식(여기서 0<x<10, 0<y<10, 0<z<10임)을 갖는 물질로 이루어질 수 있다. 더 바람직하게는 상기 유로퓸-실리케이트는 EuxSiyOz 조성식(여기서 0<x<6, 0<y<6, 0<z<6임)을 갖는 물질로 이루어질 수 있다.
상기 파장 변환용 박막은 상기 기판 하면 또는 상기 p형 반도체층 상면 또는 상기 기판과 n형 반도체층 사이 중 적어도 어느 한 곳에 형성될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시형태에 따르면, 상기 제1 방출광은 청색광이고, 상기 제2 방출광은 녹색에서 적색에 이르는 파장대의 빛, 또는 황색광이다.
또한, 본 발명의 바람직한 실시형태에 따르면, 상기 제1 방출광은 청색에서 녹색에 이르는 파장대의 빛이고, 상기 제2 방출광은 적색광이다.
또한, 본 발명의 바람직한 실시형태에 따르면, 상기 제1 방출광은 자외선이고, 상기 제2 방출광은 청색에서 적색에 이르는 파장대의 빛이다.
본 발명의 바람직한 실시형태에 따르면, 상기 기판 반대편의 상기 발광 구조물 상면 방향으로 백색광이 방출될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시형태에 따르면, 상기 발광 구조물 반대편의 상기 기판 하면 방향으로 백색광이 방출될 수 있다.
본 명세서에서, '질화물 반도체'란, AlxGayIn(1-x-y)N(0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)로 표현되는 2성분계(bianary), 3성분계(ternary) 또는 4성분계(quaternary) 화합물 반도체를 의미한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 설명한다. 그러나, 본발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시형태는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면 상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다.
도 2는 유로퓸-실리케이트의 발광 스펙트럼을 나타내는 그래프이다. 특히 도 2는 소스용 타겟으로 Eu2O3와 Si을 사용하여 스퍼터링법으로 형성된 유로퓸-실리케이트의 발광 스펙트럼을 나타낸 것으로서, 그 증착된 유로퓸-실리케이트에 대한 여러가지 열처리 온도에 따른 발광 스펙트럼을 보여주고 있다. 도 2를 참조하면, 1000℃로 열처리한 유로퓸-실리케이트는 자외선 또는 청색광에 의해 여기되어 녹색 내지 적색 파장대의 빛을 내며, 약 570nm 인 황색 파장에서 최대 강도를 나타낸다. 따라서, 상기 유로퓸-실리케이트와 청색LED를 조합하여 백색광을 구현할 수 있다. 또한 1100℃로 열처리한 유로퓸-실리케이트는 청색 내지 적색에 이르는 넓은 파장범위의 빛을 상당한 강도로 낸다. 따라서 상기 유로퓸-실리케이트와 자외선LED를 조합하여 백색광을 구현할 수 있다.
이와 같이, 소스(또는 조성)나 열처리를 달리함으로써 유로퓸-실리케이트의 발광 스펙트럼을 변화시킬 수 있다. 따라서, 조성이나 상에 따라 다양한 발광 스펙트럼을 갖는 유로퓸-실리케이트를 다양한 파장의 빛을 내는 LED와의 조합하여 백색 발광 소자를 제작할 수 있다.
유로퓸-실리케이트는 X-ray분석을 통해 그 조성을 알 수 있다. 파장 변환용으로 사용될 수 있는 유로퓸-실리케이트는 EuxSiyOz 조성식(여기서 0<x<30, 0<y<30, 0<z<30임)을 갖는 물질로 이루어질 수 있다. 바람직하게는 EuxSiyOz 는 0<x<10, 0<y<10, 0<z<10의 범위에 있을 수 있다. 더 바람직하게는 EuxSiyOz 는 0<x<6, 0<y<6, 0<z<6의 범위에 있을 수 있다.
도 3은 Eu2O3 및 Si 타켓을 사용하여 증착한 후 N2 분위기에서 1000℃로 열처리한 유로퓸-실리케이트의 발광 스펙트럼을 나타내는 그래프이다. 이 발광 스펙트 럼은 청색 내지 자외선을 여기광으로 사용하여 얻은 발광 스펙트럼이다. 도 3에서 보는 바와 같이, 녹색 내지 적색 파장대의 빛을 내며 약 570㎚인 황색 파장에서 최대 강도를 나타낸다. 따라서, 이 유로퓸-실리케이트는 청색광을 흡수하여 녹색 내지 적색 파장대의 빛을 내거나 황색광을 내는 형광체(또는 파장 변환 물질)로 용이하게 사용될 수 있다. 도 3의 유로퓸-실리케이트를 이용한 백색 발광 소자는 도 5와 도 6, 도 10과 도 11, 도 15와 도 16에 도시되어 있다.
도 4는 Eu2O3 및 Si 타켓을 사용하여 증착한 후 N2 분위기에서 1100℃로 열처리한 유로퓸-실리케이트를 자외선(325nm)으로 여기시킨 경우의 발광 스펙트럼을 나타내는 그래프이다. 도 3에서 보는 바와 같이, 이 발광 스펙트럼은 청색 내지 적색에 이르는 넓은 파장범위에서 상당한 강도를 나타낸다. 이 발광 스펙트럼은 백색광의 스펙트럼으로서 유용하게 사용될 수 있다. 도 4의 유로퓸-실리케이트를 사용한 백색 발광 소자는 도 9와 도 14에 도시되어 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시형태에 따른 백색 발광 소자(100)를 개략적으로 나타내는 단면도이다. 도 5를 참조하면, 백색 발광 소자(100)는 기판(101)상에 형성된 발광 구조물(150)을 포함한다. 발광 구조물(150)은 n형 반도체층(102), 활성층(103), p형 반도체층(104)을 구비한다. 상기 발광 구조물(150)은 n형 반도체층(102) 일부 영역이 노출된 메사 구조를 가진다. 또한, n형 반도체(102)의 일부 노 출된 영역 상에는 n측 전극(105)이 형성되고, p형 반도체층(104) 상에는 p측 전극(106)이 형성되어 있다. 파장 변환용 박막(107)은 상기 기판(101) 하면에 형성된다. 발광 구조물(150)은 GaN등의 질화물 반도체로 되어 있으며 청색광(B)을 방출한다. 이 소자(100)의 백색광은 기판(101) 반대편의 발광 구조물(150) 상면 방향으로 출력된다. 즉 상기 p형 반도층(104)의 상면이 광출사면이 된다.
상기 기판(101)은 투명성이 있는 사파이어기판, 실리콘 카바이드(SiC), GaN기판 등이 사용될 수 있다. 사파이어 기판는 비교적 저렴하고, 고온에서 안정하기 때문에 청색 또는 녹색 발광 소자용 기판으로 많이 사용된다.
상기 발광 구조물(150)은 질화물 반도체 물질로 이루어질 수 있다. 질화물 반도체의 발광 구조물(150)은, 예를 들어 유기 금속 기상증착법(MOCVD, Metal Organic Chemical Vapor Deposition), 분자빔 성장법(MBE, Molecular Beam Epitaxy) 또는 하이드리드 기상증착법(HVPE, Hydride Vapor Phase Epitaxy)과 같은 증착공정을 사용하여 형성될 수 있다.
상기 활성층(103)은 전자-정공의 재결합에 의해 빛을 발광하는 층으로서, 단일 또는 다중 양자우물구조를 갖는 것이 바람직하다. 예를 들어, 활성층(103)은 InGaN 또는 GaN 등의 질화물 반도체층으로 구성된다. 상기 활성층(103)에서는 제1 방출광인 청색광(B)이 발생한다. 청색광(B)의 일부는 p형 반도체층(104) 상면으로 방출되고, 일부는 기판(101)을 통하여 파장 변환용 박막(107)에 의해 흡수된다. 흡수된 청색광(B)은 파장 변환용 박막(107)에 의해 황색광(Y) 또는 녹색 내지 적색 파장대의 빛(R+G)으로 변환된다.
상기 파장 변환용 박막(107)은 유로퓸-실리케이트로 이루어진다. 이 유로퓸-실리케이트는 실리케이트내에 유로퓸이 도핑된 물질로서, EuxSiyOz 조성식(여기서 0<x<30, 0<y<30, 0<z<30임)을 가질 수 있다. 바람직하게는 상기 유로퓸-실리케이트는 EuxSiyOz (0<x<10, 0<y<10, 0<z<10)의 조성식을, 더 바람직하게는 EuxSiyOz ( 0<x<6, 0<y<6, 0<z<6)의 조성식을 갖는다. 일반적으로, 유로퓸-실리케이트는 그 조성광 상에 따라 다양한 발광 스펙트럼을 가질 수 있다(도 2 내지 도 4 참조). 또한 열처리 분위기 (산소, 질소, 수소 등)에 따라 그 발광 스펙트럼의 모양, 광감도, 선폭 등을 제어할 수 있다
유로퓸-실리케이트로 된 파장 변환용 박막(107)은 스퍼터링, 화학 기상 증착(Chemical Vapor Deposition, CVD), 플라즈마 화학 기상 증착(Plasma Enhanced CVD), 금속 유기 화학 기상 증착(Metal Organic CVD)등 기존의 증착 또는 성장 장비를 이용하여 제작될 수 있다.
도 5를 참조하면, 발광 구조물(150) 내의 활성층(103)에서 발생하는 제1 방 출광은 청색광(B)이다. 상기 제1 방출광(B) 중 일부는 기판(101)을 통과하여 파장 변환용 박막(107)에 흡수된다. 파장 변환용 박막(107)은 흡수된 제1 방출광(B)을 청색광(B)과 다른 파장의 제2 방출광으로 변환시킨다. 상기 제2 방출광은 녹색에서 적색에 이르는 빛(R+G), 또는 황색광(Y)이다. 이러한 파장 변환용 박막(107)으로는 도 3의 스펙트럼을 갖는 유로퓸-실리케이트를 사용할 수 있다. 이 경우 파장 박막용 박막(107) 하면에 반사층을 형성시키면 광출사면인 p형 반도체층(104) 상면으로 빛의 방출이 용이하게 된다. 발광 구조물(150)에서 발생한 청색광(B)과 파장 변환용 박막(107)에서 변환되어 방출된 녹색에서 적색에 이르는 빛(R+G), 또는 황색광(Y)의 혼색을 관찰자는 백색광으로 인식하게 된다.
이와 같이 유로퓸-실리케이트의 파장 변환용 박막을 사용함으로써, 형광체를 담는 패키지 없이도 백색광을 얻을 수 있어 백색 발광 소자를 소형화할 수 있다. 또한 유로퓸-실리케이트는 증착에 의해 형성되는바, 박막의 두께를 일정하게 형성할 수 있어 각각의 제품으로부터 동일한 색을 얻기가 용이하며 백색 출력광의 색 재현성이 비교적 우수하다. 더불어 유로퓸-실리케이트는 공정조건(또는 조성이나 상)에 따라 발광 스펙트럼을 용이하게 변화시킬 수 있다. 따라서 본 발명은 색조합을 맞추는데 유리하다. 또한 제조공정이 비교적 단순하고 제조 비용이 절감되는 장점이 있다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 백색 발광 소자(100')를 개략적 으로 나타내는 단면도이다. 도 6에 도시된 실시형태는 도 5의 실시형태의 변형예로서, '광출사면이 서로 반대방향이라는 점'에서 차이가 있다. 즉 도 6에 도시된 바와 같이, 기판(101)의 반대쪽의 파장 변환용 박막(107) 면이 광출사면이 된다. 방출광의 방출을 용이하게 하기 위해, p형 반도체층 하면에 반사층을 형성할 수 있다. 발광 구조물(150) 내의 활성층(103)에서 발생하는 제1 방출광(청색광(B))과 파장 변환용 박막(107)에 의해 얻어진 제2 방출광(녹색에서 적색에 이르는 빛(R+G) 또는 황색광(Y))은 도 5에 도시된 실시형태와 동일하다. 상기 제1 방출광(B) 중 일부는 파장 변화없이 상기 파장 변환용 박막(107) 상면으로 방출하게 되며, 일부는 파장 변환용 박막(107)에 흡수되어 녹색에서 적색에 이르는 빛(R+G) 또는 황색광(Y)으로 변환된 후 방출된다. 백색 발광 소자(100')는 발광 구조물(150)에서 발생한 제1 방출광(B)과 제2 방출광(R+G 또는 Y)의 혼색으로 백색광을 구현한다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 백색 발광 소자(200)를 개략적으로 나타내는 단면도이다. 도 7에 도시된 실시형태는, '발광 구조물(250)에서 발생되는 제1 방출광이 청색에서 녹색에 이르는 파장대의 빛(B+G)이라는 점'과 '파장 변환용 박막(207)이 제1 방출광(B+G)을 제2 방출광인 적색광(R)으로 변환시킨다는 점'에서 도 5의 실시형태와 차이가 있다. 상기 발광 구조물(250) 내의 활성층(203)에서 발생한 제1 방출광(B+G) 중 일부는 p형 반도체층(104) 상면으로 방출된다. 제1 방출광(B+G) 중 일부는 파장 변환용 박막(207)에 흡수되어 제2 방출광(R)을 내고, 이 제2 방출광(R)도 p형 반도체층(104) 상면으로 방출된다. 상기 백색 발광 소 자(200)는 상기 제1 방출광(B+G)과 상기 제2 방출광(R)의 혼색에 의해 백색이 구현된다.
도 8은 도 7에 도시된 본 발명의 실시형태의 변형예를 도시한 도면이다. 도 8의 발광 소자(200')는 광출사면이 서로 반대방향이라는 점에서 도 7의 발광 소자(200)와 차이가 있다. 즉 도 8에 도시된 바와 같이 기판(101)의 반대쪽의 파장 변환용 박막(207) 면이 광출사면이 된다. 상기 파장 변환용 박막(207)의 상면으로 빛의 방출을 용이하게 하기 위해 p형 반도체층(104) 하면에 반사층을 형성할 수 있다. 발광 구조물(250)내의 활성층(203)에서 발생하는 제1 방출광(청색에서 녹색에 이르는 파장대의 빛(B+G))과 파장 변환용 박막(107)에 의해 얻어진 제2 방출광(적색광(R))은 도 7에 도시된 실시형태와 동일하다. 상기 제1 방출광(B+G) 중 일부는 파장 변화없이 상기 파장 변환용 박막(207) 상면으로 방출하게 되며, 일부는 파장 변환용 박막(207)에 흡수되어 제2 방출광(R)으로 변환된 후 방출된다. 백색 발광 소자(200')는 발광 구조물(250)에서 발생한 제1 방출광(B+G)과 파장 변환에 의해 얻어진 방출된 제2 방출광(R)의 혼색으로 백색을 구현한다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 백색 발광 소자(300)를 개략적으로 나타내는 단면도이다. 도 9를 참조하면, 발광 구조물(350) 내의 활성층(303)에 서 방출되는 제1 방출광은 자외선(UV)이다. 또한 파장 변환용 박막(307)은 제1 방출광(UV)을, 제2 방출광인 청색에서 적색에 이르는 파장대의 빛(RGB) 즉, 백색광으 로 변환시킨다. 상기 파장 변환용 박막으로부터 방출된 제2 방출광(RGB)을 관찰자는 백색광으로 인식하게 된다. 도 4에서 도시된 바와 같이, 자외선을 흡수한 유로퓸-실리케이트는 420~620nm에서 거의 일정한 강도를 나타내는 백색광을 방출할 수 있다. 이러한 유로퓸-실리케이트를 파장 변환용 박막(307)으로 사용함으로써 우수한 색 재현성의 백색광을 얻을 수 있다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 백색 발광 소자(400)를 개략적으로 나타내는 단면도이다. 도 10에 도시된 실시형태는 도 5에 도시된 실시형태의 변형예로서, 파장 변환용 박막(107)이 p형 반도체층(104) 상에 형성된다는 점에서 차이가 있다. 광출사면은 상기 파장 변환용 박막(107)의 상면이다. 도 10를 참조하면, 발광 구조물(150) 내의 활성층(103)에서 발생하는 제1 방출광은 청색광(B)이다. 제1 방출광(B) 중 일부는 파장 변화없이 파장 변환용 박막(107)을 통과하여 방출된다. 제1 방출광(B) 중 일부는 파장 변환용 박막(107)에 흡수된다. 파장 변환용 박막(107)은 흡수된 제1 방출광(B)을 제1 방출광(B)과 다른 파장의 제2 방출광으로 변환시킨다. 상기 제2 방출광은 녹색에서 적색에 이르는 빛(R+G), 또는 황색광(Y)이다. 이러한 파장 변환용 박막(107)으로는 도 3의 스펙트럼을 갖는 유로퓸-실리케이트를 사용할 수 있다. 이 경우 기판(101) 하면에 반사층을 형성시키면 광출사면인 파장 변환용 박막(107) 상면으로 빛의 방출이 용이하게 된다. 발광 구조물(150) 내의 활성층(103)에서 발생한 제1 방출광(B)과 파장 변환용 박막(107)에 의해 얻어진 제2 방출광(R+G 또는 Y)의 혼색을 관찰자는 백색광으로 인식하게 된다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 백색 발광 소자(400')를 개략적으로 나타내는 단면도이다. 도 11에 도시된 실시형태는 도 10의 실시형태의 변형예로서, 광출사면이 서로 반대방향이라는 점에서 차이가 있다. 즉 이 실시형태에서는 발광 구조물(150) 반대쪽의 기판(105) 면을 광출사면으로 한다. 도 11을 참조하면, 발광 구조물(150) 내의 활성층(103)에서 발생한 제1 방출광(B) 중 일부는 파장 변화없이 기판(101) 상면으로 방출된다. 제1 방출광(B) 중 일부는 파장 변환용 박막(107)에 흡수된다. 이 파장 변환용 박막(107)은 흡수된 제1 방출광(B)을 파장이 다른 제2 방출광(R+G 또는 Y)로 변환시킨다. 제2 광출광(R+G 또는 Y)은 기판(101) 상면으로 방출된다. 백색 발광 장치(400')는 제1 방출광(B)과 제2 방출광(R+G 또는 Y)의 혼색으로 백색광을 구현한다.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 백색 발광 소자(500)를 개략적으로 나타내는 단면도이다. 도 12에 도시된 실시형태는 파장 변환용 박막(207)이 p형 반도체층(104) 상에 형성된다는 점에서 도 7의 백색 발광 소자(200)와 차이가 있다. 광출사면은 상기 파장 변환용 박막(207)의 상면이다. 발광 구조물(250) 내의 활성층(203)에서 발생한 제1 방출광(B+G) 중 일부는 파장 변화없이 파장 변환용 박막(207) 상면으로 방출된다. 제1 방출광(B+G) 중 일부는 파장 변환용 박막(207)에 흡수되어 제2 방출광(R)을 내고, 이 제2 방출광(R)도 파장 변환용 박막(207) 상면으로 방출된다. 상기 백색 발광 소자(500)는 상기 제1 방출광(B+G)과 상기 제2 방출광(R)의 혼색에 의해 백색이 구현된다.
도 13은 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 백색 발광 소자(500')를 개략적으로 나타내는 단면도이다. 도 13에 도시된 실시형태는 도 12에 도시된 실시형태의 변형예로서 광출사면이 서로 반대방향이라는 점에서 차이가 있다. 즉 도 13에 도시된 실시형태는 발광 구조물(250)의 반대쪽의 기판(101) 면을 광출사면으로 한다. 기판(101)의 상면으로 빛의 방출을 용이하게 하기 위해 파장 변환용 박막(207) 하면에 반사층을 형성할 수 있다. 발광 구조물(250)내의 활성층(203)에서 발생하는 제1 방출광(B+G) 중 일부는 파장 변화없이 기판(101) 상면으로 방출하게 되며, 일부는 파장 변환용 박막(207)에 흡수되어 제2 방출광(R)으로 변환된 후 기판(101) 상면으로 방출된다. 백색 발광 소자(200')는 제1 방출광(B+G)과 제2 방출광(R)의 혼색으로 백색을 구현한다.
도 14는 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 백색 발광 소자(600)를 개략적으로 나타내는 단면도이다. 도 14에 도시된 실시형태는 도 10에 도시된 실시형태의 변형예로서, 발광 구조물(350)에서 방출되는 제1 방출광이 자외선(UV)이고 파장 변환용 박막(307)이 자외선(UV)을 흡수하여 청색에서 적색에 이르는 파장대의 빛(RGB)으로 변환시킨다는 점에서 차이가 있다. 상기 파장 변환용 박막(307)의 발광 스펙트럼은 도 4에 도시되어 있다. 도 14를 참조하면, 광출사면은 파장 변환용 박막(307)의 상면이다. 파장 변환용 박막(307)의 상면으로 방출시키기 위해 기판(101) 하면에 반사층을 형성할 수도 있다. 발광 구조물(350) 내의 활성층(303)에 서 방출되는 제1 방출광(UV)은 파장 변환용 박막(307)에 흡수되어 제2 방출광(RGB) 즉, 백색광으로 변환시킨다. 상기 파장 변환용 박막(307)으로부터 방출된 제2 방출광(RGB)을 관찰자는 백색광으로 인식하게 된다.
도 15는 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 백색 발광 소자(700)를 개략적으로 나타내는 단면도이다. 도 15에 도시된 실시형태는 도 5에 도시된 실시형태의 변형예로서, 발광 구조물(150) 내 활성층(103)에서 방출되는 제1 방출광(B), 파장 변환용 박막(107)에서 방출되는 제2 방출광(R+G 또는 Y), 광출사면(p형 반도체층 상면)이 동일하나, 파장 변환용 박막(107)이 기판(101)과 n형 반도체층(102)의 사이에 형성된다는 점에서 차이가 있다.
도 16은 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 백색 발광 소자(700')를 개략적으로 나타내는 단면도이다. 도 16에 도시된 실시형태는 도 15의 실시형태의 변형예로서, 광출사면이 서로 반대방향이라는 점에서 차이가 있다. 즉 도 16에 도시된 바와 같이, 기판(101) 상면이 광출사면이다. 상기 기판(101) 상면으로 빛이 용이하게 방출되게 하기 위해 p형 반도체층 하면에 반사층을 형성할 수 있다. 도 16을 참조하면, 발광 구조물(150) 내의 활성층(103)에서 발생한 제1 방출광(B) 중 일부는 파장 변화없이 파장 변환용 박막(107)을 통과하여 기판(101) 상면으로 방출된다. 제1 방출광(B) 중 일부는 파장 변환용 박막(107)에 흡수된다. 이 파장 변환용 박막(107)은 흡수된 제1 방출광(B)을 파장이 다른 제2 방출광(R+G 또는 Y)로 변환시킨다. 제2 광출광(R+G 또는 Y)은 기판(101) 상면으로 방출된다. 백색 발광 장치 (700')는 제1 방출광(B)과 제2 방출광(R+G 또는 Y)의 혼색으로 백색광을 구현한다.
도 17은 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 백색 발광 소자(800)를 개략적으로 나타내는 단면도이다. 도 17에 도시된 실시형태는, '발광 구조물(250)에서 발생되는 제1 방출광이 청색에서 녹색에 이르는 파장대의 빛(B+G)이라는 점'과 '파장 변환용 박막(207)이 제1 방출광(B+G)을 제2 방출광인 적색광(R)으로 변환시킨다는 점'에서 도 15의 실시형태와 차이가 있다. 도 17을 참조하면, 상기 발광 구조물(250)내의 활성층(203)에서 발생한 제1 방출광(B+G) 중 일부는 p형 반도체층(104) 상면으로 방출된다. 제1 방출광(B+G) 중 일부는 파장 변환용 박막(207)에 흡수되어 제2 방출광(R)을 내고, 이 제2 방출광(R)도 p형 반도체층(104) 상면으로 방출된다. 상기 백색 발광 소자(800)는 상기 제1 방출광(B+G)과 상기 제2 방출광(R)의 혼색에 의해 백색이 구현된다.
도 18은 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 백색 발광 소자(800')를 개략적으로 나타내는 단면도이다. 도 18에 도시된 실시형태는 도 17의 실시형태의 변형예로서, 광출사면이 서로 반대방향이라는 점에서 차이가 있다. 즉 도 18에 도시된 바와 같이, 기판(101) 상면이 광출사면이다. 상기 기판(101) 상면으로 빛이 용이하게 방출되게 하기 위해 p형 반도체층 하면에 반사층을 형성할 수 있다. 도 18을 참조하면, 상기 발광 구조물(250)내의 활성층(203)에서 발생한 제1 방출광(B+G) 중 일부는 파장 변화없이 파장 변환용 박막(207)을 통과하여 p형 반도체층(104) 상면으 로 방출된다. 제1 방출광(B+G) 중 일부는 파장 변환용 박막(207)에 흡수되어 제2 방출광(R)을 내고, 이 제2 방출광(R)도 p형 반도체층(104) 상면으로 방출된다. 상기 백색 발광 소자(800')는 상기 제1 방출광(B+G)과 상기 제2 방출광(R)의 혼색에 의해 백색이 구현된다.
이와 같이 유로퓸-실리케이트의 파장 변환용 박막을 사용함으로써, 형광체를 담는 패키지 없이도 백색광을 얻을 수 있어 백색 발광 소자를 소형화할 수 있다. 또한 유로퓸-실리케이트는 증착에 의해 형성되는바, 박막의 두께를 일정하게 형성할 수 있어 각각의 제품으로부터 동일한 색을 얻기가 용이하며 백색 출력광의 색 재현성이 비교적 우수하다. 더불어 유로퓸-실리케이트는 공정조건(또는 조성이나 상)에 따라 발광 스펙트럼을 용이하게 변화시킬 수 있다. 따라서 본 발명의 색조합을 맞추는데 유리하다. 또한 제조 공정이 비교적 단순하고 제조 비용이 절감되는 장점이 있다.
본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 하며, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 파장 변환용 박막으로 유로퓸-실리케이트를 사용함으로써, 색 조합을 맞추는데 유리하고 색 재현성을 높일 수 있다. 또한 패키지 없이 단일 칩만으로 백색광을 만들 수 있어 기존 발광 소자에 비해 크기를 작게 할 수 있으며 제작 공정이 단순하고 제조비용이 적게 든다. 유로퓸-실리케이트의 두께를 조절할 수 있으므로 동일한 색을 발하는 고품질의 백색 발광을 얻을 수 있다.

Claims (12)

  1. 기판;
    상기 기판 상에 순차로 형성된 n형 반도체층, 활성층 및 p형 반도체층을 가지며 제1 방출광을 내는 발광 구조물; 및
    상기 제1 방출광의 경로 상에 배치되며, 상기 제1 방출광을 흡수하여 상기 제1 방출광의 파장과 다른 파장을 갖는 하나 이상의 제2 방출광을 내는 파장 변환용 박막;을 포함하며,
    상기 파장 변환용 박막은 유로퓸-실리케이트로 이루어지고,
    상기 제1 방출광의 일부와 상기 제2 방출광이 결합하여 백색광을 내는 것을 특징으로 하는 백색 발광 소자.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 p형 반도체층, 활성층 및 n형 반도체층은 질화물 반도체로 이루어진 것을 특징으로 하는 백색 발광 소자.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 유로퓸-실리케이트는 EuxSiyOz 조성식(여기서 0<x<30, 0<y<30, 0<z<30임)을 갖는 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 백색 발광 소자.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 유로퓸-실리케이트는 EuxSiyOz 조성식(여기서 0<x<10, 0<y<10, 0<z<10임)을 갖는 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 백색 발광 소자.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 유로퓸-실리케이트는 EuxSiyOz 조성식(여기서 0<x<6, 0<y<6, 0<z<6임)을 갖는 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 백색 발광 소자.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 파장 변환용 박막은 상기 기판 하면 또는 상기 p형 반도체층 상면 또는 상기 기판과 상기 n형 반도체층 사이 중 적어도 어느 한 곳에 형성되는 것을 특징으로 하는 백색 발광 소자.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 제1 방출광은 청색광이고,
    상기 제2 방출광은 녹색에서 적색에 이르는 파장대의 빛, 또는 황색광인 것 을 특징으로 하는 백색 발광 소자.
  9. 제 7항에 있어서,
    상기 제1 방출광은 청색에서 녹색에 이르는 파장대의 빛이고,
    상기 제2 방출광은 적색광인 것을 특징으로 하는 백색 발광 소자.
  10. 제 7항에 있어서,
    상기 제1 방출광은 자외선이고,
    상기 제2 방출광은 청색에서 적색에 이르는 파장대의 빛인 것을 특징으로 하는 백색 발광 소자.
  11. 제 7항에 있어서,
    상기 기판 반대편의 상기 발광 구조물 상면 방향으로 백색광이 방출되는 것을 특징으로 하는 백색 발광 소자.
  12. 제 7항에 있어서,
    상기 발광 구조물 반대편의 상기 기판 하면 방향으로 백색광이 방출되는 것을 특징으로 하는 백색 발광 소자.
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