KR100993112B1 - 발광 디바이스 - Google Patents

Abstract

실시 예에 따른 발광 디바이스는, 제1 파장 대역의 빛을 발광하는 발광부; 상기 발광부 위에 배치되며, 상기 제1 파장 대역의 빛은 투과시키고, 상기 제1 파장 대역에 비하여 파장이 더 긴 제2 파장 대역의 빛을 반사시키는 DBR 층(Distributed Bragg Reflector Layer); 상기 DBR 층 위에 배치되며, 상기 발광부에서 발광되는 상기 제1 파장 대역의 빛을 입사 받고 상기 제2 파장 대역의 빛을 발광하는 형광체를 포함하는 몰딩부; 를 포함한다.

Description

발광 디바이스 {Light emitting device}

실시 예는 발광 디바이스에 관한 것이다.

다양한 분야에서 발광 디바이스가 이용되고 있다. 발광 디바이스는 하나의 예로서 발광다이오드와 형광체를 포함하여 구현될 수 있다. 이때 발광다이오드에서 제공되는 제1 파장의 빛과 형광체에서 제공되는 제2 파장의 빛에 의하여 백색광을 제공하는 발광 디바이스가 구현될 수 있게 된다. 그런데, 형광체에서 제공되는 빛이 발광다이오드로 흡수됨에 따라 광효율이 감소되는 단점이 있다.

실시 예는 광효율을 향상시킬 수 있는 발광 디바이스를 제공한다.

실시 예에 따른 발광 디바이스는, 제1 파장 대역의 빛을 발광하는 발광부; 상기 발광부 위에 배치되며, 상기 제1 파장 대역의 빛은 투과시키고, 상기 제1 파장 대역에 비하여 파장이 더 긴 제2 파장 대역의 빛을 반사시키는 DBR 층(Distributed Bragg Reflector Layer); 상기 DBR 층 위에 배치되며, 상기 발광부 에서 발광되는 상기 제1 파장 대역의 빛을 입사 받고 상기 제2 파장 대역의 빛을 발광하는 형광체를 포함하는 몰딩부; 를 포함한다.

실시 예에 따른 발광 디바이스는, 제1 파장 대역의 빛을 발광하는 발광부; 상기 발광부 위에 배치되며, 상기 제1 파장 대역의 빛은 투과시키고, 상기 제1 파장 대역에 비하여 파장이 더 긴 제2 파장 대역의 빛을 반사시키는 DBR 층(Distributed Bragg Reflector Layer); 상기 DBR 층 위에 배치되며, 상기 발광부에서 발광되는 상기 제1 파장 대역의 빛을 입사 받고 상기 제2 파장 대역의 빛을 발광하는 형광체 박막; 을 포함한다.

실시 예에 따른 발광 디바이스는 광효율을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시 예를 설명한다.

도 1은 제1 실시 예에 따른 발광 디바이스를 개념적으로 나타낸 도면이다.

제1 실시 예에 따른 발광 디바이스는, 도 1에 나타낸 바와 같이, 발광부(11), DBR 층(Distributed Bragg Reflector Layer)(13), 몰딩부(15)를 포함한다.

상기 발광부(11)는 제1 파장 대역의 빛을 발광한다. 상기 몰딩부(15)는 상기 DBR 층(13) 위에 배치된다. 상기 몰딩부(15)는 상기 발광부(11)에서 발광되는 상기 제1 파장 대역의 빛을 입사 받고 제2 파장 대역의 빛을 발광하는 형광체를 포함한다. 상기 제2 파장 대역은 상기 제1 파장 대역에 비하여 더 긴 파장 대역을 갖는다.

상기 DBR 층(13)은 상기 발광부(11)와 상기 몰딩부(15) 사이에 배치된다. 상기 DBR 층(13)은 상기 발광부(11)에서 제공되는 상기 제1 파장 대역의 빛을 투과시킨다. 또한 상기 DBR 층(13)은 상기 몰딩부(15)에서 제공되는 상기 제2 파장 대역의 빛을 반사시킨다. 이에 따라 상기 몰딩부(15)에서 발광된 빛이 상기 발광부(11)에 흡수되는 것을 방지할 수 있게 되며, 외부로 제공되는 광효율을 향상시킬 수 있게 된다.

예로서, 상기 발광부(11)는 청색광을 제공하는 발광다이오드(LED:Light Emitting Diode)를 포함할 수 있다. 상기 몰딩부(15)는 상기 발광부(11)에서 발광되는 청색광을 입사 받고, 황색광을 제공하는 형광체를 포함할 수 있다. 이에 따라 실시 예에 따른 발광 디바이스는 상기 발광부(11)에서 제공되는 청색광과 상기 몰딩부(15)에서 제공되는 황색광에 의하여 백색광을 제공할 수 있게 된다.

상기 몰딩부(15)는 실리콘 젤 또는 에폭시 복합 수지에 형광체가 혼합되어 형성될 수 있다. 한편, 상기 몰딩부(15)를 경화시키기 위하여 열 공정을 진행하는 경우, 시간 지체가 발생하여 형광체가 아래로 가라않게 되는 현상이 발생될 수 있다. 이러한 경우, 실리콘 젤 또는 에폭시 수지 내에 형광체의 분포가 불균일하게 될 수 있으며, 색좌표가 변화될 수 있는 단점이 있다.

또한 상기 몰딩부(15)를 형성함에 있어, 주입기(syringe)를 이용하여 형광체와 수지의 혼합물을 상기 DBR 층(13) 위에 형성한다. 이때, 주입기 내에 있는 형광체가 시간이 경과되면서 아래 부분으로 침전하게 될 수 있다. 이러한 경우, 시간 경과에 따라 주입기로부터 토출되는 혼합물의 분포가 변화될 수 있으며, 제조 순서 에 따라 발광 디바이스의 색좌표가 변화될 수 있는 단점이 있다.

한편, 도 2는 제2 실시 예에 따른 발광 디바이스를 개념적으로 나타낸 도면으로서, 제1 실시 예에서 발생될 수 있는 단점을 보완할 수 있다.

제2 실시 예에 따른 발광 디바이스는, 도 2에 나타낸 바와 같이, 발광부(21), DBR 층(23), 형광체 박막(25), 몰딩부(27)를 포함한다.

상기 발광부(21)는 제1 파장 대역의 빛을 발광한다. 상기 형광체 박막(25)은 상기 발광부(21)에서 발광되는 상기 제1 파장 대역의 빛을 입사 받고 제2 파장 대역의 빛을 발광하는 형광체를 포함한다. 상기 제2 파장 대역은 상기 제1 파장 대역에 비하여 더 긴 파장 대역을 갖는다.

상기 DBR 층(23)은 상기 발광부(21)와 상기 형광체 박막(25) 사이에 배치된다. 상기 DBR 층(23)은 상기 발광부(21)에서 제공되는 상기 제1 파장 대역의 빛을 투과시킨다. 또한 상기 DBR 층(23)은 상기 형광체 박막(25)에서 제공되는 상기 제2 파장 대역의 빛을 반사시킨다. 이에 따라 상기 형광체 박막(25)에서 발광된 빛이 상기 발광부(21)에 흡수되는 것을 방지할 수 있게 되며, 외부로 제공되는 광효율을 향상시킬 수 있게 된다.

예로서, 상기 발광부(21)는 청색광을 제공하는 발광다이오드(LED:Light Emitting Diode)를 포함할 수 있다. 상기 형광체 박막(25)은 상기 발광부(21)에서 발광되는 청색광을 입사 받고, 황색광을 제공하는 형광체를 포함할 수 있다. 이에 따라 실시 예에 따른 발광 디바이스는 상기 발광부(21)에서 제공되는 청색광과 상기 형광체 박막(25)에서 제공되는 황색광에 의하여 백색광을 제공할 수 있게 된다.

상기 몰딩부(27)는 투명 수지층으로 형성될 수 있으며, 하부에 배치된 상기형광체 박막(25), 상기 DBR 층(23), 상기 발광부(21)를 보호하는 기능을 수행한다. 이와 같이 제2 실시 예에 의하면, 제2 파장 대역의 빛을 발광하는 형광체가 상기 형광체 박막(25)으로 제공된다. 이에 따라, 형광체의 분포가 균일하게 제공될 수 있게 되므로 색좌표에 변화가 발생되는 것을 방지할 수 있게 된다.

상기 제1 실시 예 및 제2 실시 예에서 설명된 바와 같이, 상기 DBR 층(13, 23)은 제1 파장 대역의 빛은 투과시키고, 제2 파장 대역의 빛은 반사시키도록 구현될 수 있다. 상기 DBR 층(13, 23)은 상기 발광부(11, 21)의 누설전류를 억제하여 주는 기능도 수행할 수 있다.

도 3은 실시 예에 따른 DBR 층의 특성을 나타낸 도면이다. 도 3에 나타낸 바와 같이, 상기 DBR 층(13, 23)은 상기 발광부(11, 21)에서 발광된 청색광의 반사도는 0%에 가깝고, 형광체에서 발광된 황색광의 반사도는 100%에 가깝도록 구현될 수 있다. 도 3에서 점선으로 도시된 청색광과 황색광은 파장 대역에 따른 반사율을 표시하기 위하여 나타낸 것이다.

상기 DBR 층(13, 23)은 굴절율이 서로 다른 유전체가 적층되어 형성될 수 있다. 굴절율이 큰 유전체의 굴절율을 n_h로 표기하고 굴절율이 작은 물질의 굴절율을 h_l로 표기하는 경우 반사도(R_DBR)는 다음과 같이 표기될 수 있다. m은 적층 수를 나타낸다.

하나의 예로서 상기 DBR 층(13, 23)은 상대적으로 굴절율이 큰 TiO₂층과 상대적으로 굴절율이 작은 SiO₂층으로 구현될 수 있다. 또한 상기 DBR 층(13, 23)에서 반사되거나 투과되는 파장 대역은 적층 물질, 적층 두께 등의 변화를 통하여 적절하게 선택될 수 있다.

실시 예에 따른 발광부(11, 21)는 하나의 예로서 발광다이오드(LED)로 구현될 수 있으며, 발광다이오드는 도 4에 도시된 수평형 발광다이오드 또는 도 5에 도시된 수직형 발광다이오드로 구현될 수 있다.

도 4는 실시 예에 따른 수평형 LED의 예를 나타낸 도면이다. 도 4를 참조하여 실시 예에 따른 수평형 LED의 제조공정을 간략하게 설명한다.

사파이어, n-GaAs, GaN 등의 기판(101) 위에 버퍼층(102), 제1도전층으로서의 n-콘택층(103), 활성층(104), 제2도전층으로서의 p-콘택층(105)을 CVD 기법에 의하여 연속적으로 증착한다. 그리고, 사진 식각 공정 및 습식/건식 식각 방법에 의하여 상기 n-콘택층(103)이 노출되도록 메사(MESA)패터닝 한 후, 광 투과가 용이한 투명전극으로 전류확산층(106)을 상기 p-콘택층(105) 위에 형성한다. 이어서 외부회로와의 전기적인 연결을 위하여 상기 p-콘택층(105)과 상기 n-콘택층(103) 위 에 제2전극으로서의 p-전극(108)과 제1전극으로서의 n-전극(107)을 형성한다.

다음 공정으로 DBR 층(110)를 형성한다. 상기 DBR 층(110)은 전자빔 증발(E-beam evaporation) 방법 또는 스퍼터링(Sputtering) 방법을 통하여 증착할 수 있으며, 원하는 반사도-파장의 곡선을 얻기 위하여 적절한 굴절율을 갖는 두 종류의 유전체를 교번하여 증착한다. 예로서 높은 굴절율을 갖는 유전체로는 TiO₂를 사용하고, 낮은 굴절율을 갖는 유전체로는 SiO₂ 유전체를 사용할 수 있으며, 두 층을 서로 교번하여 한 층 이상의 주기로 형성하여 구할 수 있다.

사진 식각 공정을 이용하여 발광다이오드와 외부 회로와의 전기적 연결이 필요한 통로를 만들어 주기 위하여, 상기 DBR 층(110)을 건식 또는 습식 식각 공정을 이용하여 패터닝할 수 있다. 또한 상기 DBR 층(110)의 패터닝 공정은 상기 DBR 층(110)을 증착하기 전에 사진 식각 공정을 이용하여 패터닝하고 상기 DBR 층(110)을 증착한 후 감광막 위의 DBR 층을 제거하는 리프트 오프(Lift-off) 공정을 이용할 수도 있다.

다음 공정으로 상기 DBR 층(110) 위에 형광체 박막(111)을 형성한다. 상기 형광체 박막(111)은 스퍼터링, 전자빔 증발(E-beam evaporation), CVD 또는 ALD 등의 반도체 공정의 박막 증착 공정 기법을 이용하여 증착할 수 있다.

한편, 도 5는 실시 예에 따른 수직형 LED의 예를 나타낸 도면이다. 도 5를 참조하여 실시 예에 따른 수직형 LED의 제조공정을 간략하게 설명한다.

SiC 또는 GaAs 등의 도전성이 우수한 기판(201) 위에 버퍼층(202), 제1도전 층으로서의 n-콘택층(203), 활성층(204), 제2도전층으로서의 p-콘택층(205)을 CVD 기법에 의하여 연속적으로 증착한다. 그리고, 광 투과가 용이한 투명전극으로 전류확산층(206)을 상기 p-콘택층(205) 위에 형성한다. 이어서 외부회로와의 전기적인 연결을 위하여 제2전극으로서의 p-전극(208)과 제1전극으로서의 n-전극(207)을 형성한다. 다음 공정으로는 DBR 층(210)과 형광체 박막(211)을 형성하며, 이 공정은 위의 수평형 구조와 유사한 방식으로 형성할 수 있다.

한편, 실시 예에 따른 수직형 LED는 도 6에 도시된 구조로 형성될 수도 있다.

사파이어, n-GaAs, GaN 등의 기판 위에 버퍼층, 제1도전층으로서의 n-콘택층(303), 활성층(304), 제2도전층으로서의 p-콘택층(305)을 CVD 기법에 의하여 연속적으로 증착한다. 이어서 상기 p-콘택층(305) 위에 반사층(306), 접착층(307), 도전성 기판(308)을 형성하고 상기 기판, 버퍼층을 제거한다. 이때 LLO 방법이 이용될 수 있다. 그리고 상기 n-콘택층(303)에 제1전극으로서의 n 전극(309)을 형성한다. 상기 도전성 기판(308)이 제2전극으로서의 p 전극으로 이용될 수도 있으며, 별도의 p 전극을 상기 도전성 기판(308)에 형성할 수도 있다. 그리고 상기 결과물에 DBR 층과 형광체 박막이 형성된다. 이와 같이 실시 예에 따른 LED는 n-탑(top)층의 수직형 LED로 구현될 수도 있다.

또한 p-탑(top)층의 수직형 LED로 구현될 수도 있다. 이는 수평형 구조의 LED에서 기판, 버퍼층을 제거한 후에 n-콘택층에 반사층, 접착층, 도전성 기판을 형성함으로써 구현될 수 있다. 상기 결과물에 DBR 층과 형광체 박막이 형성된다.

이상에서 실시 예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 기술적 사상을 한정하는 것이 아니며, 실시 예가 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시 예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시 예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

도 1은 제1 실시 예에 따른 발광 디바이스를 개념적으로 나타낸 도면이다.

도 2는 제2 실시 예에 따른 발광 디바이스를 개념적으로 나타낸 도면이다.

도 3은 실시 예에 따른 DBR 층의 특성을 나타낸 도면이다.

도 4는 실시 예에 따른 수평형 LED의 예를 나타낸 도면이다.

도 5는 실시 예에 따른 수직형 LED의 예를 나타낸 도면이다.

도 6은 실시 예에 따른 수직형 LED의 다른 구조를 나타낸 도면이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

11, 21... 발광부

13, 23... DBR 층

15... 몰딩부

25... 형광체 박막

27... 몰딩부

Claims (10)

1. 제1 파장 대역의 빛을 발광하는 발광부;

   상기 발광부에 접촉되어 상기 발광부의 상부면 및 측면을 덮도록 배치되며, 상기 제1 파장 대역의 빛은 투과시키고, 상기 제1 파장 대역에 비하여 파장이 더 긴 제2 파장 대역의 빛을 반사시키는 DBR 층(Distributed Bragg Reflector Layer);

   상기 DBR 층에 접촉되어 상기 DBR 층의 상부면 및 측면을 덮도록 박막으로 배치되며, 상기 발광부에서 발광되는 상기 제1 파장 대역의 빛을 입사 받고 상기 제2 파장 대역의 빛을 발광하는 형광체를 포함하는 몰딩부;

   를 포함하고,

   상기 DBR 층은 TiO₂층과 SiO₂층을 포함하며, 상기 제1 파장 대역은 청색광의 파장 대역이고, 상기 제2 파장 대역은 황색광의 파장 대역이며, 상기 제1 파장 대역의 빛과 상기 제2 파장 대역의 빛에 의하여 백색광이 발광되는 발광 디바이스.
2. 제1 파장 대역의 빛을 발광하는 발광부;

   상기 발광부에 접촉되어 상기 발광부의 상부면 및 측면을 덮도록 배치되며, 상기 제1 파장 대역의 빛은 투과시키고, 상기 제1 파장 대역에 비하여 파장이 더 긴 제2 파장 대역의 빛을 반사시키는 DBR 층(Distributed Bragg Reflector Layer);

   상기 DBR 층에 접촉되어 상기 DBR 층의 상부면 및 측면을 덮도록 박막으로 배치되며, 상기 발광부에서 발광되는 상기 제1 파장 대역의 빛을 입사 받고 상기 제2 파장 대역의 빛을 발광하는 형광체 박막;

   상기 형광체 박막 위에 형성된 몰딩부;

   를 포함하고,

   상기 DBR 층은 TiO2층과 SiO2층을 포함하며, 상기 제1 파장 대역은 청색광의 파장 대역이고, 상기 제2 파장 대역은 황색광의 파장 대역이며, 상기 제1 파장 대역의 빛과 상기 제2 파장 대역의 빛에 의하여 백색광이 발광되는 발광 디바이스.
3. 삭제
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 발광부는 LED(Light Emitting Diode)인 발광 디바이스.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 발광부는 수평형 LED 또는 수직형 LED인 발광 디바이스.
6. 삭제
7. 삭제
8. 삭제
9. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 발광부는,

   기판;

   상기 기판 위에 배치된 버퍼층;

   상기 버퍼층 위에 배치된 제1도전층;

   상기 제1도전층 위에 배치된 활성층;

   상기 활성층 위에 배치된 제2도전층;

   상기 제1도전층 위에 배치된 제1전극;

   상기 제2도전층 위에 배치된 제2전극;

   을 포함하는 발광 디바이스.
10. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 발광부는,

    도전성 기판;

    상기 도전성 기판 위에 배치된 제1도전층;

    상기 제1도전층 위에 배치된 활성층;

    상기 활성층 위에 배치된 제2도전층;

    상기 제2도전층 위에 배치된 전극;

    을 포함하는 발광 디바이스.

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