KR101609767B1

KR101609767B1 - 반도체 발광소자 및 이를 사용한 혼색광을 만드는 방법

Info

Publication number: KR101609767B1
Application number: KR1020140115582A
Authority: KR
Inventors: 전수근
Original assignee: 주식회사 세미콘라이트
Priority date: 2014-09-01
Filing date: 2014-09-01
Publication date: 2016-04-07
Also published as: KR20160027591A

Abstract

본 개시는 반도체 발광소자에 있어서, 제1 도전성을 가지는 제1 반도체층, 전자와 정공의 재결합을 통해 빛을 생성하는 활성층 및 제1 도전성과 다른 제2 도전성을 가지는 제2 반도체층이 순차로 적층된 복수의 반도체층과, 복수의 반도체층을 덮으며 활성층으로부터의 빛을 반사하는 반사층과, 제1 반도체층과 전기적으로 연통하는 제1 전극과, 제2 반도체층과 전기적으로 연통하는 제2 전극을 포함하는 제1 발광부; 그리고 복수의 반도체층, 반사층, 제1 전극, 및 제2 전극을 포함하는 제2 발광부;로서, 제1 발광부와 직렬연결되어 있고, 제1 발광부와 다른 색의 빛을 내며, 제1 발광부와 다른 사이즈를 가지는 제2 발광부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자 및 이를 사용한 혼색광을 만드는 방법에 관한 것이다.

Description

반도체 발광소자 및 이를 사용한 혼색광을 만드는 방법{SEMICONDUCTOR LIGHT EMITTING DEVICE AND METHOD OF MAKING MIXED LIGHT USING THE SAME}

본 개시(Disclosure)는 전체적으로 반도체 발광소자 및 이를 사용한 혼색광을 만드는 방법에 관한 것으로, 특히 색좌표의 변동을 억제하는 반도체 발광소자 및 이를 사용한 혼색광을 만드는 방법에 관한 것이다.

여기서, 반도체 발광소자는 전자와 정공의 재결합을 통해 빛을 생성하는 반도체 광소자를 의미하며, 3족 질화물 반도체 발광소자를 예로 들 수 있다. 3족 질화물 반도체는 Al(x)Ga(y)In(1-x-y)N (0=x=1, 0=y=1, 0=x+y=1)로 된 화합물로 이루어진다. 이외에도 적색 발광에 사용되는 GaAs계 반도체 발광소자 등을 예로 들 수 있다.

여기서는, 본 개시에 관한 배경기술이 제공되며, 이들이 반드시 공지기술을 의미하는 것은 아니다(This section provides background information related to the present disclosure which is not necessarily prior art).

발광다이오드(LED; light emitting diode)를 기반으로 한 백색 LED는 LCD-TV용 백라이트, 자동차 헤드램프, 일반조명 등으로 실용화되고 있으며 그 수요가 급격하게 확대될 전망이다. 일반적으로 디스플레이 광원으로 사용하기 위한 백색 광원은 색좌표와 색온도 및 연색지수에 있어서 일정한 요구 조건 이상의 특성을 갖도록 요구된다.

현재 GaN 또는 InGaN을 이용하는 백색 LED의 제작 방법은 모두 네 가지 방식으로 분류할 수 있다. 단일 칩을 사용하는 방법으로서 청색 LED 칩이나 혹은 NUV(근자외선) LED 칩 위에 형광 소재를 도포하여 백색을 얻는 두 가지 방법과, 멀티 칩을 사용하는 형태로서 두 개나 혹은 세 개의 각기 다른 색의 빛을 내는 LED 칩들을 조합하여 백색을 얻는 두 가지 방법으로 나눌 수 있다.

단일 칩을 사용하는 방법으로써 청색 LED 칩(예: GaN 칩 또는 InGaN 칩)이나 혹은 NUV(근자외선) LED 칩 위에 형광 소재를 도포하여 백색을 얻는 방법들은 패키지 공정이 단순하고 전력 소모를 줄일 수 있어서 가장 많이 이용하고 있다. 이 방법은 하나의 칩에 형광 소재를 접목시키는 방법으로 일 예로, 청색 LED로부터 발산하는 청색광과 그 빛의 일부를 이용해서 Y₃Al₅O₁₂:Ce³⁺(YAG:Ce) 형광 소재를 여기시켜 얻어지는 황색광을 사용함으로써 백색을 발산하는 백색 LED가 만들어진다. 다른 예로, 근자외선 LED와 이 근자외선을 청색, 녹색 그리고 적색으로 전환하는 형광 소재를 조합하여 태양광의 광 분포와 유사한 광을 방사하도록 구성된다.

도 1은 청색 LED와 황색 형광체를 이용한 종래의 백색광 발광소자의 일 예를 나타내는 회로도이고, 도 2는 도 1의 소자의 발광스펙트럼의 일 예를 나타내는 도면으로서, 이렇게 병렬로 연결된 청색 LED 칩(예: 450 nm)은 예를 들어, 패키지의 기판위에 위치하며, 본딩 와이어에 의해서 칩 상의 전극 패드가 기판 상의 금속 패드에 전기적으로 연결 된다. 청색 LED 칩에서 방출된 빛은 봉지재에 함유된 형광체(예: YAG)를 여기시켜 황색의 빛을 발생시키고 일부의 빛은 직접 밖으로 방출된다. 이때 YAG 형광체의 성분을 조절하여 황색 파장을 튜닝하여 색온도를 조절할 수 있고, 형광층의 두께를 조절하여 두 빛의 광량의 비율을 조절하여 백색을 얻게 된다. 그러나 종래의 이러한 방식은 비교적 간단하나, 형광물질의 신뢰성이 반도체 소자만큼 안정하지 않아서 사용 시간에 따라 색이 변화하거나 효율이 저하되는 치명적 단점

이 존재한다. 또한 사용되는 형광체의 효율이 낮아서 백색 광원의 효율을 저하시키게 된다. 또한, 연색 지수가 낮은 단점을 가진다.

이러한 청색 LED 칩과 형광 소재(예:YAG:Ce)를 사용한 백색광은 고휘도이지만 청색과 황색의 파장 간격이 넓어서 색 분리로 색좌표가 동일한 백색 LED의 양산이 어려우며, 표시 장치용 광원에서 중요 요소인 색온도와 연색지수(Color Rendering Index: CRI)의 조절도 어렵다. 이에 따라 적색을 내는 형광 소재를 첨가하여 발광 스펙트럼을 넓혀서 이러한 단점을 보완하고자 하는 시도가 진행되고 있다.

최근 NUV LED 칩을 사용할 수 있게 됨에 따라 단일 칩 방법으로 백색 LED를 구현하는데 있어서 새로운 대안으로 연구되고 있다. NUV LED 칩 위에 청, 녹, 적색의 형광물질을 도포하는 방법은, 백색광이 백열전구와 같은 아주 넓은 파장 스펙트럼을 갖게 됨으로써 우수한 색 안정성을 확보할 수 있고 색온도와 연색지수를 조절할 수 있기 때문에 백색 광원 LED 구현을 위한 매우 우수한 방법인 것으로 여겨지고 있다. 그러나 NUV LED 효율을 높이는 것이 문제로 지적되고 있다.

멀티 칩으로 백색발광을 위한 LED를 구현하는 방법으로 처음 시도된 것은 적, 녹, 청색(RGB)의 세 가지 칩을 조합하여 제작하는 것이다. 이 방식은 각각 칩마다 동작 전압의 불균일성, 주변 온도에 따라 각 칩의 출력이 변하여 색 좌표가 달라지는 현상 등의 문제점이 있다. 그러므로 백색 LED의 구현보다는 회로 구성을 통해 각각의 LED 밝기를 조절하여 다양한 색상의 연출을 필요로 하는 특수 조명 목적에 적합하다.

도 3은 미국 특허공개공보 제2011/0012533호에 개시된 발광 소자의 구동회로의 일 예를 나타내는 도면이다. 고휘도 발광 소자를 위해 도 1에 도시된 것과 같이, 서브마운트에 실장된 복수의 LED 패키지를 직렬 연결하여 사용할 수 있다. 그러나 발광 소자 어레이(410, 420, 430)가 각각 다른 색의 광을 방출하는 경우, 각 발광 소자 어레이가 정격 전류로 구동되기 위한 구동 전압이 다를 수 있고, 구동 전압 제어 및/또는 구동전류 제어를 위해 발광 소자 어레이 별로 추가적인 회로 소자(310, 320)가 들어갈 수 있으며, 이러한 DC 정전류원을 제공하기 위한 비교적 고가인 회로 구성이 필요하다는 문제가 있다. 특히, 적색 LED의 구동 전압이 청색이나 녹색 LED에 비교하여 현저히 낮은 구동 전압을 가지므로 각각의 LED에 독립적인 전압 구동이 되어야 하므로 복잡한 구동 회로가 요구된다.

LED 칩에 인가되는 주입 전류의 수준에 따라 색온도, 특히 상관 색온도(correlated colortemperature) 및 광량이 변화하므로 색온도를 일정하게 유지하기 위해서는 전류 수준일 일정하게 맞추기 위해 별도의 회로가 필요하며, 사용 시간이 길어짐에 따라 색온도나 광특성이 변화되기 쉽다.

도 4는 미국 등록특허공보 제7,262,436호에 개시된 반도체 발광소자의 일 예를 나타내는 도면으로서, 반도체 발광소자는 기판(100), 기판(100) 위에 성장되는 위에 성장되는 n형 반도체층(300), n형 반도체층(300) 위에 성장되는 활성층(400), 활성층(400) 위에 성장되는 p형 반도체층(500), p형 반도체층(500) 위에 형성되는 반사막으로 기능하는 전극(901,902,903) 그리고 식각되어 노출된 n형 반도체층(300) 위에 형성되는 n측 본딩 패드(800)를 포함한다.

이러한 구조의 칩, 즉 기판(100)의 일측에 전극(901,902,903) 및 전극(800) 모두가 형성되어 있고, 전극(901,902,903)이 반사막으로 기능하는 형태의 칩을 플립 칩(filp chip)이라 한다. 전극(901,902,903)은 반사율이 높은 전극(901; 예: Ag), 본딩을 위한 전극(903; 예: Au) 그리고 전극(901) 물질과 전극(903) 물질 사이의 확산을 방지하는 전극(902; 예: Ni)으로 이루어진다. 이러한 금속 반사막 구조는 반사율이 높고, 전류 확산에 이점을 가지지만, 금속에 의한 빛 흡수라는 단점을 가진다. 또한, 금속 반사막이 전극이면서 방열통로가 될 수 있지만, 금속 반사막이 전극이면서 동시에 좋은 방열 구조를 가지는 데에는 한계가 많다.

도 5는 일본 공개특허공보 제2006-20913호에 개시된 반도체 발광소자의 일 예를 나타내는 도면으로서, 반도체 발광소자는 기판(100), 기판(100) 위에 성장되는 버퍼층(200), 버퍼층(200) 위에 성장되는 n형 반도체층(300), n형 반도체층(300) 위에 성장되는 활성층(400), 활성층(400) 위에 성장되는 p형 반도체층(500), p형 반도체층(500) 위에 형성되며, 전류 확산 기능을 하는 투광성 도전막(600), 투광성 도전막(600) 위에 형성되는 p측 본딩 패드(700) 그리고 식각되어 노출된 n형 반도체층(300) 위에 형성되는 n측 본딩 패드(800)를 포함한다. 그리고 투광성 도전막(600) 위에는 분포 브래그 리플렉터(900; DBR: Distributed Bragg Reflector)와 금속 반사막(904)이 구비되어 있다. 이러한 구성에 의하면, 금속 반사막(904)에 의한 빛 흡수를 감소하지만, 전극(901,902,903)을 이용하는 것보다 상대적으로 전류 확산이 원활치 못한 단점이 있다.

도 6은 미국 등록특허공보 제6,650,044호에 도시된 반도체 발광소자의 일 예를 나타내는 도면으로서, 반도체 발광소자는 플립 칩의 형태로, 기판(100), 기판(100) 위에, 제1 도전성을 가지는 제1 반도체층(300), 전자와 정공의 재결합을 통해 빛을 생성하는 활성층(400), 제1 도전성과 다른 제2 도전성을 가지는 제2 반도체층(500)이 순차로 증착되어 있으며, 그 위에 기판(100) 측으로 빛을 반사시키기 위한 반사막(950)이 형성되어 있고, 식각되어 노출된 제1 반도체층(300) 위에 본딩 패드로 기능하는 전극(800)이 형성되어 있으며, 기판(100) 및 반도체층(300,400,500)을 둘러싸도록 봉지재(1000)가 형성되어 있다. 반사막(950)은 도 ₄에서와 같이 금속층으로 이루어질 수 있지만, 도 5에 도시된 바와 같이, SiO₂/TiO₂로 된 DBR(Distributed Bragg Reflector)과 같은 절연체 반사막으로 이루어질 수 있다. 반도체 발광소자는 전기 배선(820,960)이 구비된 PCB(1200; Printed Circuit Board)에 도전 접착제(830,970)를 통해 장착된다. 봉지재(1000)에는 주로 형광체가 함유된다. 여기서 반도체 발광소자는 봉지재(1000)를 포함하므로, 구분을 위해, 봉지재(1000)를 제외한 반도체 발광소자 부분을 반도체 발광칩이라 부를 수 있다. 이러한 방법으로 도 6에 도시된 바와 같이 반도체 발광칩에 봉지재(1000)가 도포될 수 있다.

도 7는 미국 공개특허공보 제2012/0171789에 개시된 반도체 발광소자의 일 예를 나타내는 도면으로서, 회로 기판(3)에 형성된 단자(3)에 범프(5)가 접합되어 실장된 발광소자가 제시되어 있다. 발광소자 전극들 사이에는 절연체(7)가 개재되어 있다. 방열의 측면에서 전극과 회로 기판의 단자를 통한 방열통로는 매우 제한적이고, 방열 면적이 작다.

이에 대하여 '발명의 실시를 위한 구체적인 내용'의 후단에 기술한다.

여기서는, 본 개시의 전체적인 요약(Summary)이 제공되며, 이것이 본 개시의 외연을 제한하는 것으로 이해되어서는 아니된다(This section provides a general summary of the disclosure and is not a comprehensive disclosure of its full scope or all of its features).

본 개시에 따른 일 태양에 의하면(According to one aspect of the present disclosure), 반도체 발광소자에 있어서, 제1 도전성을 가지는 제1 반도체층, 전자와 정공의 재결합을 통해 빛을 생성하는 활성층 및 제1 도전성과 다른 제2 도전성을 가지는 제2 반도체층이 순차로 적층된 복수의 반도체층과, 복수의 반도체층을 덮으며 활성층으로부터의 빛을 반사하는 반사층과, 제1 반도체층과 전기적으로 연통하는 제1 전극과, 제2 반도체층과 전기적으로 연통하는 제2 전극을 포함하는 제1 발광부; 그리고 복수의 반도체층, 반사층, 제1 전극, 및 제2 전극을 포함하는 제2 발광부;로서, 제1 발광부와 직렬연결되어 있고, 제1 발광부와 다른 색의 빛을 내며, 제1 발광부와 다른 사이즈를 가지는 제2 발광부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자가 제공된다.

본 개시에 따른 다른 일 태양에 의하면(According to another aspect of the present disclosure), 반도체 발광소자를 사용한 혼색광을 만드는 방법으로서, 제1 발광부를 발광시켜 제1 광을 내는 단계; 제1 발광부와 직렬연결되어 있고, 제1 발광부와 다른 발광면적을 가지는 제2 발광부를 발광시켜 제1 광과 다른 색의 제2 광을 내는 단계; 그리고 제1 광 및 제2 광 중 적어도 하나에 의해 형광체를 여기시켜 제3 광을 냄으로써, 제1 광, 제2 광, 및 제3 광이 혼색된 광을 내는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자를 사용한 혼색광을 만드는 방법이 제공된다.

도 1은 청색 LED와 황색 형광체를 이용한 종래의 백색광 발광소자의 일 예를 나타내는 회로도,
도 2는 도 1의 소자의 발광스펙트럼의 일 예를 나타내는 도면,
도 3은 미국 특허공개공보 제2011/0012533호에 개시된 발광 소자의 구동회로의 일 예를 나타내는 도면,
도 4는 미국 등록특허공보 제7,262,436호에 개시된 반도체 발광소자의 일 예를 나타내는 도면,
도 5는 일본 공개특허공보 제2006-20913호에 개시된 반도체 발광소자의 일 예를 나타내는 도면,
도 6은 미국 등록특허공보 제6,650,044호에 도시된 반도체 발광소자의 일 예를 나타내는 도면,
도 7는 미국 공개특허공보 제2012/0171789에 개시된 반도체 발광소자의 일 예를 나타내는 도면,
도 8은 본 개시에 따른 반도체 발광소자 및 이를 사용한 혼색광을 만드는 방법의 일 예를 설명하기 위한 도면,
도 9는 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 발광스펙트럼의 일 예를 설명하기 위한 도면,
도 10은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 다른 예를 설명하기 위한 도면,
도 11은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 예를 설명하기 위한 도면,
도 12는 플레이트를 제조하는 방법의 일 예를 설명하는 도면,
도 13은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 예를 설명하기 위한 도면,
도 14는 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 예를 설명하기 위한 도면,
도 15는 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 예를 설명하기 위한 도면,
도 16은 본 개시에 따른 반도체 발광소자가 포함하는 발광부의 일 예를 설명하기 위한 도면,
도 17은 도 16의 A-A 선을 따라 취한 단면의 일 예를 나타내는 도면,
도 18은 비교예의 발광부를 설명하기 위한 도면,
도 19는 본 개시에 따른 발광부의 다른 예를 설명하기 위한 도면,
도 20은 도 19의 B-B 선을 따라 취한 단면의 일 예를 나타내는 도면,
도 21은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 예를 설명하기 위한 도면.

이하, 본 개시를 첨부된 도면을 참고로 하여 자세하게 설명한다(The present disclosure will now be described in detail with reference to the accompanying drawing(s)).

도 8은 본 개시에 따른 반도체 발광소자 및 이를 사용한 혼색광을 만드는 방법의 일 예를 설명하기 위한 도면으로서, 반도체 발광소자 직렬연결되며, 서로 다른 색의 빛을 내는 제1 발광부(101) 및 제2 발광부(102)를 포함한다. 각 발광부는 제1 도전성을 가지는 제1 반도체층, 전자와 정공의 재결합을 통해 빛을 생성하는 활성층 및 제1 도전성과 다른 제2 도전성을 가지는 제2 반도체층이 순차로 적층된 복수의 반도체층과, 복수의 반도체층을 덮으며 활성층으로부터의 빛을 반사하는 반사층과, 제1 반도체층과 전기적으로 연통하는 제1 전극과, 제2 반도체층과 전기적으로 연통하는 제2 전극을 포함한다. 제1 발광부(101) 및 제2 발광부(102)는 다른 사이즈를 가지며, 본 예에서 제2 발광부(102)가 제1 발광부(101)보다 큰 발광면적을 가진다.

반도체 발광소자는 제1 발광부(101) 및 제2 발광부(102)를 덮는 봉지재(210)를 포함한다. 봉지재(210)는 제1 발광부(101)가 내는 제1 빛과, 제2 발광부(102)가 내는 제2 빛 중 적어도 하나에 의해 여기되어 제1 빛 및 제2 빛과 다른 제3 빛을 낸다. 발광부는 필요에 따라 발광의 색상이 선택될 수 있지만, 일반적으로 조명용 및 백라이트용 광원으로는 백색광을 내는 광원으로 사용된다. 예를 들어, 제1 발광부(101)는 청색광을 내고, 제2 발광부(102)는 녹색광을 내며, 봉지재(210)는 적색 형광체를 함유하며, 제2 발광부(102)는 제1 발광부(101)보다 큰 면적을 가진다.

각 발광부는 서로 다른 색상의 빛을 내는 서로 다른 반도체 물질로 이루어지거나 성분비가 다를 수 있다. 예를 들어, 청색광을 내는 제1 발광부 및 녹색광을 내는 제2 발광부는 Al(x)Ga(y)In(1-x-y)N (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)로 된 화합물로 이루어진다. 일 예로, 사파이어 성장 기판 위에 차례로 형성된 n형 질화물 반도체층(예: n-GaN), 활성층, p형 질화물 반도체층(예: p-GaN)을 포함한다. 예를 들어, 청색광을 내는 제1 발광부는 InGaN 활성층을 가지며, 녹색광을 내는 제2 발광부는 InGaN 활성층을 가진다. 형광체는 여러 가지 선택할 수 있지만, 적색광을 내는 적색 형광물질이 바람직하다. 청색광의 일부 및/또는 녹색광의 일부에 의해 적색 형광 물질(215)이 여기된 후 적색광을 방출한다. 이 적색광과 나머지 청색광 및 나머지 녹색광이 수지의 외부로 나온다. 따라서 사람의 눈에는 청색광, 녹색광 및 적색광이 혼색되어 백색광으로 인식된다. 적색 형광 물질(215)이 수지(27)에 분산될 수도 있지만, 제1 발광부 및 제2 발광부의 표면에 코팅될 수도 있다.

도 9는 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 발광스펙트럼의 일 예를 설명하기 위한 도면으로서, 표시 장치가 우수한 색재현율을 가지기 위해서는 액정 패널의 컬러필터를 구성하는 안료의 조성 등도 중요하지만, 백라이트의 발광 스펙트럼 특성이 중요하다. 동일한 백색광이라도 백색광을 이루는 청색광, 녹색광 및 적색광의 피크 파장의 범위와 서로 중첩되는 정도는 다를 수 있다. 일반적으로 청색광, 녹색광 및 적색광의 피크 파장의 폭이 좁아서 구분이 명확한 것이 색재현율 향상에 유리하다. 본 예의 반도체 발광소자는 청색광, 녹색광을 반도체 소자로부터 얻어서 청색광, 녹색광의 반치폭이 좁은 광을 얻을 수 있다. 또한, 적색 형광체를 사용하여 스펙트럼이 넓은 백색광의 구현이 가능하다. 도 9에서 비교예 A의 경우 청색 LED 또는 NUV LED에 형광체를 사용하여 백색광을 구현하는 경우의 발광스펙트럼의 일 예이고, 실험예 B는 청색 LED, 녹색 LED, 및 적색 형광체를 사용하여 백색광을 구현한 발광스펙트럼의 일 예이다. 녹색 LED, 및 적색 형광체를 선택하는 것에 따라 실험예 C와 같은 발광스펙트럼도 가능하다.

LED 칩을 기계적으로 보호하고, 색 선택, 광 포커싱 등을 제공하도록 패키지 내에 LED 칩을 넣는 것이 알려져 있다. LED 패키지는 또한 LED 패키지를 외부 회로에 전기접속시키기 위한 리드 전극을 포함할 수 있다. 또는, 패키지가 아닌 LED 칩 상태로 인쇄 회로 기판(PCB) 또는 서브마운트(200; submount)와 같은 캐리어 상에 하나 이상이 실장되어 사용될 수 있다.

본 예에 따른 반도체 발광소자에 의하면, 발광의 색좌표 등이 전류에 의해 영향을 받는다는 관점에서, 제1 발광부(101) 및 제2 발광부(102)는 동일한 전류로 발광하므로 제1 발광부(101)와 제2 발광부(102)가 동일한 영향을 받게 되고 백색광의 색좌표, 색온도, 연색지수 등의 변동이 병렬연결의 경우보다 현저히 억제된다.

본 예에 따른 발광소자에 의하면, 제1 발광부(101), 제2 발광부(102), 및 적색 형광체에 의해 백색광을 내며, 제1 발광부(101) 및 제2 발광부(102)가 직렬연결되어 동일한 전류로 동작하므로, 병렬연결시 개별적으로 전류제어를 위한 복잡한 회로 구성이 필요 없다.

백색광을 만들기 위한 제1 발광부(101)의 청색광과 제2 발광부(102)의 녹색광의 광량을 조절은 발광부의 면적을 조절하여 매우 미세한 조절이 가능하다. 즉 청색광을 내는 제1 발광부(101)보다 녹색광을 내는 제2 발광부(102)의 효율이 좋지 못한데, 예를 들어, 동일 입력에 대해 동일 발광면적인 경우 청색광을 100으로 할때 녹색광은 약 60정도의 광량을 낼 수 있다고 보는 경우, 만약 백색광을 내기 위해 청색광 100에 대해 녹색광 100이 요구되는 경우, 제2 발광부(102)의 면적을 증가시켜 이를 달성할 수 있다. 이 경우에도 제1 발광부(101)와 제2 발광부(102)가 직렬연결되어 동일 전류로 동작하므로 입력전류에 대한 면적당 발광량 등을 체크하면 제2 발광부(102)의 면적이 제1 발광부(101)의 면적보다 얼마나 커야 하는지 정확히 계산할 수 있다. 또한, 성능의 저하 등을 고려하더라도 제1 발광부(101) 및 제2 발광부(102)가 동일 전류로 작동하므로 동일한 방향으로 함께 영향을 받으므로 청색광과 녹색광의 비율의 변동이 병렬연결의 경우보다 작아서 색좌표 등 특성 변화가 병렬연결의 경우보다 작게 된다. 반면, 제1 발광부(101)와 제2 발광부(102)가 병렬연결된 경우, 동작 전류가 각각 다를 수 있고, 이에 따라 시간 경과에 따른 특성의 변화도 서로 더 예측하기 어려우며, 결국 색좌표 등 특성이 본 예에서보다 크게 변동할 수 있다. 또는, 병렬연결의 경우 색좌표 변동 등 광 특성 변동을 억제하기 위해 전류제어 회로 등 복잡한 구성을 가짐에 비하여 본 예는 더 단순한 구성으로 색좌표 등 광특성의 변동을 억제할 수 있다.

한편, 녹색광을 내는 제2 발광부(102)의 면적을 조절하는 방법 대신 개수를 증가시켜 발광량을 맞춘다면, 녹색광의 발광면적이 제2 발광부(102)의 정수 배만큼씩 증가하므로 제1 발광부(101)에 대해 요구되는 제2 발광부(102)의 면적의 미세한 조절은 하기 어려워진다. 반면, 본 예에서는 요구되는 면적 자체가 계산된 제2 발광부(102)를 구비하므로 훨씬 백색광을 생성하기 위한 정밀한 조절이 가능하다.

또한, 청색 LED, 녹색 LED, 적색 LED를 병렬로 구동하는 것보다 본 예와 같이 다른 색의 LED를 직결연결하면 더 High voltage로 구동할 수 있어서, 구동회로를 단순화 하거나 효율 측면에서 더 유리할 수 있다.

물론, 청색 LED, 녹색 LED, 적색 LED를 직렬연결하여 백색광을 얻는 것도 가능하며, 이때, 적색 LED도 필요한 광량을 맞추기 위해 면적이 청색 LED, 녹색 LED와 다르게 구비될 수 있으며, 적색광을 내는 활성층(예: GaAsP)을 포함할 수 있다. LED의 구동 전압 레벨은 LED에 사용된 특정 재료 및 접합 전압(junction voltage)에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 일부 Ⅲ족 질화물 기반의 LED는 2.5 내지 3.5 볼트 범위의 구동 전압을 가질 수 있다. 청색 LED, 녹색 LED는 대략 3.3V의 턴온 전압을 가지며, 적색 LED는 대략 2.5V의 턴온 전압을 가진다.

이하 설명에서는 제1 전극 및 제2 전극 중 적어도 하나는 절연성 반사층을 기준으로 복수의 반도체층의 반대 측에 구비되며, 반사층을 관통하는 전기적 연결(an electrical connection)에 의해 복수의 반도체층과 전기적으로 연통되는 플립칩(flip chip)을 중심으로 설명된다. 본 예는 플립칩 뿐만 아니라 수직형 소자, 레터럴 칩 등에도 물론 적용될 수 있다.

도 10은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 다른 예를 설명하기 위한 도면으로서, 반도체 발광소자는 제1 발광부(101) 및 제2 발광부(102)가 실장되는 플레이트(200)를 포함한다. 플레이트(200)는 제1 도전부(201), 제2 도전부(202), 제3 도전부(204), 및 절연부(203)를 포함한다. 제1 도전부(201)에는 제1 발광부(101)의 제1 전극(80)과 제2 발광부(102)의 제2 전극(70)이 접합된다. 또는 제1 발광부(101)의 제2 전극과 제1 발광부(101)의 제1 전극이 접합된다. 제2 도전부(202)에는 제1 발광부(101)의 나머지 하나의 전극(70)이 접합되고, 제3 도전부(204)에는 제2 발광부(102)의 나머지 하나의 전극(80)이 접합된다. 도전부들 사이에 절연부(203)가 개재되며, 제1 전극(80)과 제2 전극(70)의 사이에 대응한다. 도전부들을 상하측으로 노출되며, 전기 공급 통로 및 히트싱크 기능을 할 수 있다. 제2 발광부(102)는 직렬연결 방향으로 길이가 제1 발광부(101)보다 길고 면적이 더 넓어서 백색광을 위한 광량을 제공한다. 본 예와 같은 플레이트(200)를 사용하면 면적이 다른 발광부들을 직렬연결하기에 편리하다. 즉, 도전부 및 절연부의 폭을 증가 또는 감소하면 발광부의 면적이 다른 발광부 간의 간격을 적절히 유지하기에 편리하다. 또한, 각 발광부는 장변과 단변을 가지며 장변측이 서로 마주하도록 배치되면 전체적으로 가로 및 세로가 비슷한 소자를 만들기에 유리하다.

한편, 다른 색의 광을 내는 제1 발광부 및 제2 발광부의 직렬연결 어레이를 플레이트에 복수의 열로 구비하면 어레이들끼리는 병렬연결을 이룰 수 있다.

도 11은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 예를 설명하기 위한 도면으로서, 형광체(215)를 함유한 봉지재(210)가 플레이트(200)에 실장된 제1 발광부 및 제2 발광부를 덮고 있다. 예를 들어, 봉지재(210)는 스크린 프린팅 방법으로 프린팅되거나, 컨포멀 코팅되거나, 액상의 수지를 제공하고, 경화시켜 형성될 수 있다. 봉지재(210)는 실리콘 등과 같은 액상의 투명한 수지 재료와 형광체를 포함할 수 있다. 도 18에 제시된 바와 같이, 평면상에서 발광부의 예정된 경계(점선들로 표시됨)를 따라 경화된 봉지재 및 플레이트(110)를 함께 절단하여 도 11에 제시된 바와 같은 패키지가 제조될 수 있다.

제1 발광부(101)로부터 청색광, 제2 발광부(102)로부터 녹색광, 및 형광체(215)로부터 적색광이 혼색되어 백색광이 제공될 수 있다. 제1 발광부(101) 및 제2 발광부(102)는 직렬연결되어 동일한 전류로 동작하므로 색좌표 변동이 억제되며, 개별 발광부별로 전류 제어를 위한 복잡한 회로가 삭제될 수 있다.

도 12는 플레이트를 제조하는 방법의 일 예를 설명하는 도면으로서, 복수의 도전판(201,202; 예: Al/Cu/Al)을 절연접착제(203; 예: 에폭시) 등과 같은 절연재료를 사용하여 접착하는 방식으로 반복 적층하여 적층체를 준비한다. 이와 같은 적층체를 절단하여(예: 와이어 커팅 방법), 도 10 및 도 11에 제시된 것과 같이, 플레이트(200)가 형성된다. 절단하는 방법에 따라 플레이트는 띠 모양으로 길게 형성되거나, 바둑판처럼 넓게 형성될 수 있다. 도전부(201,202)의 폭, 절연부(203)의 폭은 상기 도전판 및 절연접착제의 두께를 변경하여 조절될 수 있다.

도 13은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 예를 설명하기 위한 도면으로서, 제2 발광부(102)의 면적이 제1 발광부(101)의 면적보다 크므로, 제1 전극과 제2 전극 간의 간격도 더 크게 할 수 있다. 이 경우, 방열 또는 지지를 위해 제1 전극(80) 및 제2 전극(70)과 떨어져 절연성 반사층 위에 형성된 보조 패드(92)를 구비할 수 있다.

도 14는 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 예를 설명하기 위한 도면으로서, 제1 발광부 및 제2 발광부 둘레에 댐(250)을 형성하고, 댐(250)에 봉지재(210)를 채워 사용될 수 있다. 예를 들어, 댐(250)은 화이트 수지를 플레이트(200)에 프린팅하거나, 디스펜싱하고 경화시켜 형성될 수 있다. 댐(250)은 플레이트(200)의 상면에 필요한 만큼만 형성되며, 플레이트(200)의 하면으로 불필요한 연장이 없다. 따라서 플레이트(200)는 전원전달과 함께 좋은 히트싱크가 된다.

도 15는 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 예를 설명하기 위한 도면으로서, 제1 발광부(101) 및 제2 발광부(102)의 단변의 길이는 비슷하지만, 제2 발광부(102)의 장변이 제1 발광부(101)의 장변보다 길어서 제2 발광부(102)의 면적이 더 크고, 백색광을 위한 광량을 제공한다. 플레이트와 본 예의 제1 발광부(101) 및 제2 발광부(102)를 결합하면, 제2 발광부(102)의 면적 증가를 위해 장변측으로 늘리면 다른 부분의 변경 없이 간편하게 제2 발광부(102)의 필요한 면적을 확보할 수 있다.

도 16은 본 개시에 따른 반도체 발광소자가 포함하는 발광부의 일 예를 설명하기 위한 도면이고, 도 17은 도 16의 A-A 선을 따라 취한 단면의 일 예를 나타내는 도면으로서, 제1 발광부(101) 및 제2 발광부(102) 중 적어도 하나는 도 16 및 도 17에 제시된 발광부가 채택될 수 있다.

발광부는 복수의 반도체층(30,40,50), 제1 가지 전극(85) 및 제2 가지 전극(75) 중 적어도 하나, 절연성 반사층(R), 제1 전극(80), 및 제2 전극(70)을 포함한다. 복수의 반도체층은 순차로 적층된 제1 도전성을 가지는 제1 반도체층(30), 전자와 정공의 재결합을 통해 빛을 생성하는 활성층(40), 및 제1 도전성과 다른 제2 도전성을 가지는 제2 반도체층(50)을 포함한다. 복수의 반도체층은 서로 대향하는 긴 에지들(long edges)과 서로 대향하는 2개의 짧은 에지들(short edges)을 가진다. 제1 가지 전극(85)은 제2 반도체층(50) 및 활성층(40)이 제거되어 노출된 제1 반도체층(30) 위에서 일 측 긴 에지로부터 타 측 긴 에지를 향하여 뻗는다. 제2 가지 전극(75)은 제2 반도체층(50) 위에서 타 측 긴 에지로부터 일 측 긴 에지를 향하여 뻗는다. 절연성 반사층(R)은 복수의 반도체층과 제1 가지 전극(85) 및 제2 가지 전극(75)을 덮도록 형성되며, 활성층(40)으로부터의 빛을 반사한다. 본 예에서, 발광부는 제1 전극(80) 및 제2 전극(70) 중 적어도 하나는 절연성 반사층(R)을 기준으로 복수의 반도체층의 반대 측에 구비되며, 절연성 반사층(R)을 관통하는 전기적 연결(an electrical connection)에 의해 복수의 반도체층과 전기적으로 연통되는 플립칩(flip chip)이다. 도 16 및 도 17에서, 제1 전극(80)은 제1 반도체층(30)과 전기적으로 연통하도록 일 측 긴 에지 측 절연성 반사층(R) 위에 구비되며, 전자와 정공 중 하나를 공급한다. 제2 전극(70)은 제2 반도체층(50)과 전기적으로 연통하도록 타 측 긴 에지 측 절연성 반사층(R) 위에 구비되며, 전자와 정공 중 나머지 하나를 공급한다.

도 16 및 도 17에 제시된 발광부의 구조는 도 10 또는 도 15에 제시된 바와 같이, 제1 발광부(101)와 제2 발광부(102)의 면적을 서로 다르게 하는 데에 좋은 구조가 된다. 예를 들어, 도 10에 제시된 바와 같이, 단변 방향(직렬연결 방향)으로 제1 발광부(101)보다 제2 발광부(102)의 길이를 증가시켜도 제1 가지 전극, 제2 가지 전극의 배열 패턴은 그대로이므로 간편하며, 도 15에 제시된 바와 같이, 장변 방향으로 제1 발광부(101)보다 제2 발광부(102)의 길이를 증가시켜도 제1 가지 전극, 제2 가지 전극의 배열 패턴은 그대로이고 개수만 증가할 수 있으므로 간편하다. 또한, 반도체 발광소자 전체적으로 가로 및 세로의 길이가 큰 차이가 없도록 사각 형상으로 제조하는 데에도 유리하다. 따라서, 이와 같은 면적이나 사각 형상의 장점을 가지면서, 도 16 및 도 17에 제시된 발광부가 가지는 다른 장점들(이에 대해서는 후술된다)을 함께 가질 수 있다.

이하, 3족 질화물 발광부를 예로 하여 설명한다.

기판(10)으로 주로 사파이어, SiC, Si, GaN 등이 이용되며, 기판(10)은 최종적으로 제거될 수 있다. 제1 반도체층(30)과 제2 반도체층(50)은 그 위치가 바뀔 수 있으며, 3족 질화물 발광부에 있어서 주로 GaN으로 이루어진다.

복수의 반도체층은 기판(10) 위에 형성된 버퍼층(20), 제1 도전성을 가지는 제1 반도체층(30; 예: Si 도핑된 GaN), 제1 도전성과 다른 제2 도전성을 가지는 제2 반도체층(50; 예: Mg 도핑된 GaN) 및 제1 반도체층(30)과 제2 반도체층(50) 사이에 개재되며 전자와 정공의 재결합을 통해 빛을 생성하는 활성층(40; 예: InGaN/(In)GaN 다중양자우물구조)을 포함한다. 복수의 반도체층(30,40,50) 각각은 다층으로 이루어질 수 있고, 버퍼층(20)은 생략될 수 있다.

복수의 반도체층은 대략 사각 형상을 가지고, 위에서 볼 때, 서로 대향하는 긴 에지(장변)들과, 서로 대향하는 짧은 에지(단변)들을 가진다. 제2 반도체층(50) 및 활성층(40)이 식각되어 제1 반도체층이 노출되는 n-contact 영역(65)이 형성된다. n-contact 영역(65)에는 제1 가지 전극(85)이 형성되며, 전술한 바와 같이, 제1 가지 전극(85)은 일 측 긴 에지의 인근으로부터 타 측 긴 에지를 향하는 방향으로 뻗어 있다.

바람직하게는 전류 확산 전극(60; 예: ITO,Ni/Au)이 제2 반도체층(50)과 반사층(R) 사이에 형성된다. 기판(10) 상에 제1 반도체층(30), 활성층(40), 제2 반도체층(50), 전류 확산 전극(60)을 형성하고, 메사식각하여 전술된 n-contact 영역(65)을 형성할 수 있다. 메사식각은 전류 확산 전극(60) 형성 전 또는 이후에 수행될 수도 있다. 전류 확산 전극(60)은 생략될 수 있다.

제2 가지 전극(75)은 전류 확산 전극(60) 위에서 타 측 긴 에지의 인근으로부터 일 측 긴 에지를 향하는 방향으로 뻗어 있다. 복수의 제1 가지 전극(85)과 복수의 제2 가지 전극(75)이 교대로 구비될 수 있다. 제1 가지 전극(85) 및 제2 가지 전극(75)은 복수의 금속층으로 이루어질 수 있으며, 제1 반도체층(30) 또는 전류 확산 전극(60)과의 전기적 접촉이 좋은 접촉층과 광반사성이 좋은 반사층 등을 구비할 수 있다.

절연성 반사층(R)은 전류 확산 전극(60), 제1 가지 전극(85), 및 제2 가지 전극(75)을 덮도록 형성되며, 활성층(40)으로부터의 빛을 기판(10) 측으로 반사한다. 본 예에서 절연성 반사층(R)은 금속 반사막에 의한 광흡수 감소를 위해 절연성 물질로 형성되며, 바람직하게는 DBR(Distributed Bragg Reflector) 또는 ODR(Omni-Directional Reflector)을 포함하는 다층 구조일 수 있다.

전술한 바와 같이, 제1 전극(80) 및 제2 전극(70)은 절연성 반사층(R) 위에 구비되며, 제1 전극(80) 및 제2 전극(70)의 서로 마주보는 에지들은 일 측 짧은 에지 인근으로부터 타 측 짧은 에지를 향하여 뻗어 있다. 제1 전기적 연결(81)은 절연성 반사층(R)을 관통하여 제1 전극(80)과 제1 가지 전극(85)을 연결한다. 제1 가지 전극(85)은 전류 확산을 위해서도 구비되지만, 제1 전기적 연결(81)과 제1 반도체층(30) 사이에 접촉저항 감소하고 전기적 연결을 안정성을 위해 이들 사이에 개재될 수 있다. 제2 전기적 연결(71)은 절연성 반사층(R)을 관통하여 제2 전극(70)과 전류 확산 전극(60)을 전기적으로 연결한다. 제2 가지 전극(75)은 전류 확산을 위해서도 구비되지만, 제2 전기적 연결(71)과 전류 확산 전극(60) 사이에 접촉저항 감소하고 전기적 연결을 안정성을 위해 이들 사이에 개재될 수 있다. 제1 가지 전극(85)은 제1 전극(80)의 아래로부터 제2 전극(70)의 아래로 뻗고, 제2 가지 전극(75)은 제2 전극(70)의 아래로부터 제1 전극(80)의 아래로 뻗는다.

제1 전극(80) 및 제2 전극(70)은 외부 전극과의 전기적 연결용 전극으로서, 외부 전극과 유테틱 본딩되거나, 솔더링되거나 또는 와이어 본딩도 가능하다. 외부전극은 서브마운트에 구비된 도통부, 패키지의 리드 프레임, PCB에 형성된 전기 패턴 등일 수 있으며, 발광부와 독립적으로 구비된 도선이라면 그 형태에 특별한 제한이 있는 것은 아니다.

도 18은 비교예의 발광부를 설명하기 위한 도면으로서, 제1 가지 전극(85) 및 제2 가지 전극(75)이 긴 변을 따라 뻗어 있다. 따라서, n-contact 영역(65)이 도 16에 제시한 예보다 훨씬 더 길다. 따라서, 활성층(40)이 그만큼 더 많이 제거되어 발광면적이 더 감소한다. 즉, 도 16에 제시된 소자에서, 제1 가지 전극(85)을 일 측 긴 에지로부터 타 측 긴 에지를 향하는 방향 또는 그 반대 방향으로 향하게 형성하면, 발광면적 감소를 줄일 수 있고, 휘도가 향상된다. 또한, 도 18에 제시된 비교예보다 도 16에 제시된 예에서 제1 가지 전극(85) 및 제2 가지 전극(75)의 길이가 더 짧다. 따라서, 가지 전극(75,85) 같은 금속에 의한 광흡수 손실도 줄일 수 있어서, 휘도가 향상된다. 뿐만 아니라 도 16에 제시된 소자는 외부 전극에 실장될 때도 도 18에 제시된 비교예보다 장점을 가지게 된다. 이에 대해서는 더 후술된다.

도 19는 본 개시에 따른 발광부의 다른 예를 설명하기 위한 도면이고, 도 20은 도 19의 B-B 선을 따라 취한 단면의 일 예를 나타내는 도면이다. 본 예에서, 섬형(island type) 오믹 전극(72,82), 및 광흡수 방지막(41)이 추가되고, 제1 전극(80) 및 제2 전극(70)이 가지 전극(75,85)에 대응하여 복수 개로 서로 떨어져 형성되어 있다. 또한, 절연성 반사층(R)의 다층 구조의 일 예가 제시되어 있다.

가지 전극(75,85)이 긴 에지들을 향하여 뻗으며, 짧은 에지보다 짧게 형성된다. 제1 섬형 오믹 전극(82)은 제1 반도체층(30)과, 제1 전기적 연결(81) 사이에 개재되어 접촉 저항을 감소하고, 전기적 연결의 안정성을 향상한다. 제2 섬형 오믹 전극(72)은 전류 확산 전극(60)과 제2 전기적 연결(71) 사이에 개재되어 접촉 저항을 감소하고, 전기적 연결의 안정성을 향상한다. 전기적 연결(71,81)이 섬형 오믹 전극(72,82)을 감싸도록 형성되어 더욱 안정적으로 전기적 연결을 이룬다. 섬형 오믹 전극(72,82)은 가지 전극(75,85)과 다르게 뻗지(extending) 않고, 원형, 다각형 등 점형으로 형성된다. 전류 확산을 위해 가지 전극을 구비하지만, 긴 에지들을 향하여 뻗도록, 예를 들어, 짧은 에지와 나란하게 가지 전극을 형성하여 가지 전극의 길이를 줄이는 것에 더 하여, 본 예에서는 섬형 오믹 전극(72,82)을 통해 전류를 공급함으로써, 가지 전극(75,85)이 불필요하게 길어지는 것을 방지한다. 따라서 가지 전극(75,85)에 의한 광흡수 손실을 더 줄일 수 있다. n-contact 영역(65)도 제1 가지 전극(85)과 제1 섬형 오믹 전극(82)에 대응하는 부분이 별개로 떨어져 형성되어 있다. 따라서, n-contact 영역(65) 불필요하게 길어지는 것이 방지되며, 발광면적 감소를 더 줄일 수 있다. 또한, 제2 발광부(102)의 면적을 제1 발광부(101)보다 크게 할 때, 섬형 오믹 전극을 추가하면 되므로 가지 전극의 길이 증가 없이 발광면적의 증가에도 유리한 구조가 된다.

광흡수 방지막(41)은 SiO₂, TiO₂ 등을 사용하여 제2 반도체층(50)과 전류 확산 전극(60) 사이에 제2 가지 전극(75) 및 제2 섬형 오믹 전극(72)에 대응하여 형성될 수 있다. 광흡수 방지막(41)은 활성층(40)에서 발생된 빛의 일부 또는 전부를 반사하는 기능만을 가져도 좋고, 제2 가지 전극(75) 및 제2 섬형 오믹 전극(72)으로부터 바로 아래로 전류가 흐르지 못하도록 하는 기능만을 가져도 좋고, 양자의 기능을 모두 가져도 좋다.

절연성 반사층(R)은, 다층 구조의 일 예로, 유전체막(91b), 분포 브래그 리플렉터(91a) 및 클래드막(91c)을 포함한다. 유전체막(91b)은 높이차를 완화하여 분포 브래그 리플렉터(91a)를 안정적으로 제조할 수 있게 되며, 빛의 반사에도 도움을 줄 수 있다. 유전체막(91b)의 재질은 SiO₂가 적당하다. 분포 브래그 리플렉터(91a)는 유전체막(91b) 위에 형성된다. 분포 브래그 리플렉터(91a)는 반사율이 다른 물질의 반복 적층, 예를 들어, SiO₂/TiO₂, SiO₂/Ta₂O₂, 또는 SiO₂/HfO의 반복 적층으로 이루어질 수 있으며, Blue 빛에 대해서는 SiO₂/TiO₂가 반사효율이 좋고, UV 빛에 대해서는 SiO₂/Ta₂O₂, 또는 SiO₂/HfO가 반사효율이 좋을 것이다. 클래드막(91c)은 Al₂O₃와 같은 금속 산화물, SiO₂, SiON와 같은 유전체막(91b), MgF, CaF, 등의 물질로 이루어질 수 있다.

DBR과 같은 비도전성 반사막(91) 위에 전극(70,80)이 위치하는 경우에, 전극(70,80)에 의해 빛이 흡수되지만, 전극(70,80)을 Ag, Al과 같이 반사율이 높은 금속으로 구성하는 경우에 반사율을 높일 수 있는 것으로 알려져 왔다. 또한, 전극(70,80)은 본딩 패드, 발광부의 방열을 위해서도 기능 해야 하므로, 이러한 요소를 고려하여 그 크기를 결정해야 한다. 그러나 본 발명자들은 DBR과 같은 절연성 반사층(R)이 이용되는 경우에 그 위에 놓이는 전극(70,80)의 크기를 줄일수록 비도전성 반사막(91)에 의한 광 반사율이 높아진다는 것을 확인하였으며, 이러한 실험 결과는 본 개시에서 전극(70,80)의 크기를 종래에 생략할 수 없었던 범위로 줄일 수 있는 계기를 제공하였다.

본 예에서, 제1 전극(80) 및 제2 전극(70)은 일 측 짧은 에지 인근으로부터 타 측 짧은 에지를 향하여 길게 형성된 도 16의 예와 다르게, 각 가지 전극에 대응하여 복수의 제1 전극(80) 및 복수의 제2 전극(70)이 서로 떨어져 형성된다. 따라서, 전극에 의한 광흡수 손실을 줄이고, 절연성 반사층(R)의 반사율이 더 높아진다.

또한, 전극(70,80)의 반사율보다 전극(70,80)에 의해 덮이지 않은 절연성 반사층(R)의 반사율이 더 좋기 때문에 제2 발광부(102)의 면적을 제1 발광부(101)보다 크게 할 때, 전극(70,80)을 필요 이상으로 증가된 면적까지 확장할 필요가 없다. 또는, 증가된 면적까지 전극을 형성한다면, 제1 전극(80)과 제2 전극(70) 간의 간격을 더 증가시킬 수 있다.

도 16, 도 17, 도 19, 및 도 20에서 설명된 발광부는 제1 전극(80) 및 제2 전극(70)이 각각 일 측 및 타 측 긴 에지 인근에 구비되고, 가지 전극(75,85)이 일 측 긴 에지로부터 타 측 긴 에지를 향하는 방향으로, 또는 그 반대로 뻗어 있다. 도 8 내지 도 15에서 발광부들의 직렬연결의 방향은 가지 전극(75,85)이 뻗는 방향이므로 도 18에 제시된 비교예의 소자 복수 개를 직렬연결하는 경우에 비하여 플레이트(200)에 직렬연결의 방향으로 더 콤팩트하게 실장될 수 있다.

도 16, 도 17, 도 19, 및 도 20에서 설명된 발광부는 도 8 내지 도 15에서 제시된 것과 같이, 복수의 발광부를 사용하여 가로 및 세로가 대략 비슷한 사각의 패키지를 형성하기에 용이하다. 예를 들어, 도 14에 제시된 비교예의 소자의 경우, 직렬연결 방향으로 소자가 길게 배치되므로 가로 및 세로가 비슷하게 만들기가 곤란한 점이 있다.

도 21은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 예를 설명하기 위한 도면으로서, 반도체 발광소자는 직렬연결되어 서로 다른 색의 광을 발산하는 제1 발광부(101), 제2 발광부(102), 제3 발광부(103), 플레이트(200), 및 봉지재를 포함한다. 제1 발광부(101), 제2 발광부(102), 및 제3 발광부(103)는 서로 면적이 다르며, 각각 청색광, 녹색광, 및 적색광을 발산할 수 있고, 혼색되어 백색광이 제공될 수 있다. 제1 발광부(101), 제2 발광부(102), 및 제3 발광부(103)의 사이즈 차이는 각 발광부의 내부 효율과 혼색광 또는 백색광을 위해 요구되는 광량을 고려하여 서로 다르게 형성될 수 있다. 제1 발광부(101), 제2 발광부(102) 및 제3 발광부는 직렬연결되어 동일한 전류로 동작하므로 색좌표 변동이 억제되며, 개별 발광부별로 전류 제어를 위한 복잡한 회로가 삭제될 수 있다.

이하 본 개시의 다양한 실시 형태에 대하여 설명한다.

(1) 반도체 발광소자에 있어서, 제1 도전성을 가지는 제1 반도체층, 전자와 정공의 재결합을 통해 빛을 생성하는 활성층 및 제1 도전성과 다른 제2 도전성을 가지는 제2 반도체층이 순차로 적층된 복수의 반도체층과, 복수의 반도체층을 덮으며 활성층으로부터의 빛을 반사하는 반사층과, 제1 반도체층과 전기적으로 연통하는 제1 전극과, 제2 반도체층과 전기적으로 연통하는 제2 전극을 포함하는 제1 발광부; 그리고 복수의 반도체층, 반사층, 제1 전극, 및 제2 전극을 포함하는 제2 발광부;로서, 제1 발광부와 직렬연결되어 있고, 제1 발광부와 다른 색의 빛을 내며, 제1 발광부와 다른 사이즈를 가지는 제2 발광부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.

(2) 제1 전극 및 제2 전극 중 적어도 하나는 절연성 반사층을 기준으로 복수의 반도체층의 반대 측에 구비되며, 반사층을 관통하는 전기적 연결(an electrical connection)에 의해 복수의 반도체층과 전기적으로 연통되는 플립칩(flip chip)인 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.

(3) 제1 발광부 및 제2 발광부를 덮는 봉지재;로서, 제1 발광부가 내는 제1 빛과, 제2 발광부가 내는 제2 빛 중 적어도 하나에 의해 여기되어 제1 빛 및 제2 빛과 보색 관계의 제3 빛을 내는 형광체를 함유하는 봉지재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.

(4) 제1 발광부 및 제2 발광부가 싱장되는(mounting) 플레이트(plate);로서, 제1 발광부의 제1 전극 및 제2 전극 중 하나, 및 이와 다른 극성의 제2 발광부의 전극과 각각 접하는 제1 도전부; 제1 발광부의 나머지 전극과 접하는 제2 도전부; 제2 발광부의 나머지 전극과 접하는 제3 도전부; 그리고 제1 도전부와 제2 도전부 사이, 및 제1 도전부와 제3 도정부 사이에 개재된 절연부;를 가지는 플레이트;를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.

(5) 제1 발광부는 청색광을 내고, 제2 발광부는 녹색광을 내며, 봉지재는 적색 형광체를 함유하며, 제2 발광부는 제1 발광부보다 큰 면적을 가지는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.

(6) 복수의 반도체층은 서로 대향하는 2개의 긴 에지(long edge)와 서로 대향하는 2개의 짧은 에지(short edge)를 가지며, 제2 반도체층 및 활성층이 제거되어 노출된 제1 반도체층 위에서 일 측 긴 에지로부터 타 측 긴 에지를 향하여 뻗는 제1 가지 전극; 그리고 제2 반도체층 위에서 타 측 긴 에지로부터 일 측 긴 에지를 향하여 뻗은 제2 가지 전극; 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.

(7) 제1 전극은 제1 반도체층과 전기적으로 연통하도록 절연성 반사층 위에서 일 측 긴 에지 측에 구비되어 전자와 정공 중 하나를 공급하고, 제2 전극은 제2 반도체층과 전기적으로 연통하도록 절연성 반사층 위에서 타 측 긴 에지 측에 구비되어 전자와 정공 중 나머지 하나를 공급하며, 제1 전극 및 제2 전극의 서로 마주보는 에지들은 일 측 짧은 에지로부터 타 측 짧은 에지를 향하여 뻗고, 제1 가지 전극은 제1 전극의 아래로부터 제2 전극의 아래로 뻗고, 제2 가지 전극은 제2 전극의 아래로부터 제1 전극의 아래로 뻗은 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.

(8) 복수의 반도체층, 반사층, 제1 전극, 및 제2 전극을 포함하는 제3 발광부;로서, 제1 발광부 및 제2 발광부 중 하나와 직렬연결되어 있고, 제1 발광부 및 제2 발광부와 다른 색의 빛을 내며, 제1 발광부 및 제2 발광부와 다른 사이즈를 가지는 제3 발광부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.

(9) 반도체 발광소자를 사용한 혼색광을 만드는 방법으로서, 제1 발광부를 발광시켜 제1 광을 내는 단계; 제1 발광부와 직렬연결되어 있고, 제1 발광부와 다른 발광면적을 가지는 제2 발광부를 발광시켜 제1 광과 다른 색의 제2 광을 내는 단계; 그리고 제1 광 및 제2 광 중 적어도 하나에 의해 형광체를 여기시켜 제3 광을 냄으로써, 제1 광, 제2 광, 및 제3 광이 혼색된 광을 내는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자를 사용한 혼색광을 만드는 방법.

(10) 제2 발광부는 제1 발광부보다 큰 면적을 가지며, 제1 광은 청색광이고, 제2 광은 녹색광이며, 제3 광은 적색광인 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자를 사용한 혼색광을 만드는 방법.

본 개시에 따른 하나의 반도체 발광소자 및 반도체 발광소자를 사용한 혼색광을 만드는 방법에 의하면, 병렬연결에 비하여 혼색광의 색좌표 등의 변동이 억제된다.

본 개시에 따른 또 다른 하나의 반도체 발광소자 및 반도체 발광소자를 사용한 혼색광을 만드는 방법에 의하면, 백색광을 만들기 위한 청색광과 녹색광의 광량을 조절은 발광부의 면적을 조절하여 매우 미세한 조절이 가능하다.

본 개시에 따른 다른 하나의 반도체 발광소자 및 반도체 발광소자를 사용한 혼색광을 만드는 방법에 의하면, 백색광을 얻기 위해 병렬연결 회로와 같은 개별적으로 전류제어를 위한 복잡한 회로 구성이 필요 없다.

제1 발광부(101), 제2 발광부(102), 형광체(215)
제1 반도체층(30), 활성층(40), 제2 반도체층(50), 제2 전극(70)
제1 전극(80), 제2 가지 전극(75), 제1 가지 전극(85)
n-contact 영역(65), 플레이트(200), 봉지재(210)

Claims

반도체 발광소자에 있어서,
제1 도전성을 가지는 제1 반도체층, 전자와 정공의 재결합을 통해 빛을 생성하는 활성층 및 제1 도전성과 다른 제2 도전성을 가지는 제2 반도체층이 순차로 적층된 복수의 반도체층과, 복수의 반도체층을 덮으며 활성층으로부터의 빛을 반사하는 반사층과, 제1 반도체층과 전기적으로 연통하는 제1 전극과, 제2 반도체층과 전기적으로 연통하는 제2 전극을 포함하는 제1 발광부;
복수의 반도체층, 반사층, 제1 전극, 및 제2 전극을 포함하는 제2 발광부;로서, 제1 발광부와 직렬연결되어 있고, 제1 발광부와 다른 색의 빛을 내며, 제1 발광부와 다른 사이즈를 가지는 제2 발광부; 그리고,
제1 발광부 및 제2 발광부가 실장되는(mounting) 플레이트(plate);로서, 제1 발광부의 제1 전극 및 제2 전극 중 하나, 및 이와 다른 극성의 제2 발광부의 전극과 각각 접하는 제1 도전부, 제1 발광부의 나머지 전극과 접하는 제2 도전부, 제2 발광부의 나머지 전극과 접하는 제3 도전부 및 제1 도전부와 제2 도전부 사이, 및 제1 도전부와 제3 도전부 사이에 개재된 절연부를 가지는 플레이트;를 포함하는 것 을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
청구항 1에 있어서,
제1 전극 및 제2 전극 중 적어도 하나는 절연성 반사층을 기준으로 복수의 반도체층의 반대 측에 구비되며, 반사층을 관통하는 전기적 연결(an electrical connection)에 의해 복수의 반도체층과 전기적으로 연통되는 플립칩(flip chip)인 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
청구항 1에 있어서,
제1 발광부 및 제2 발광부를 덮는 봉지재;로서, 제1 발광부가 내는 제1 빛과, 제2 발광부가 내는 제2 빛 중 적어도 하나에 의해 여기되어 제1 빛 및 제2 빛과 보색 관계의 제3 빛을 내는 형광체를 함유하는 봉지재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
삭제
청구항 3에 있어서,
제1 발광부는 청색광을 내고, 제2 발광부는 녹색광을 내며,
봉지재는 적색 형광체를 함유하며,
제2 발광부는 제1 발광부보다 큰 면적을 가지는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
청구항 1에 있어서,
복수의 반도체층은 서로 대향하는 2개의 긴 에지(long edge)와 서로 대향하는 2개의 짧은 에지(short edge)를 가지며,
제2 반도체층 및 활성층이 제거되어 노출된 제1 반도체층 위에서 일 측 긴 에지로부터 타 측 긴 에지를 향하여 뻗는 제1 가지 전극; 그리고
제2 반도체층 위에서 타 측 긴 에지로부터 일 측 긴 에지를 향하여 뻗은 제2 가지 전극; 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
청구항 6에 있어서,
제1 전극은 제1 반도체층과 전기적으로 연통하도록 절연성 반사층 위에서 일 측 긴 에지 측에 구비되어 전자와 정공 중 하나를 공급하고,
제2 전극은 제2 반도체층과 전기적으로 연통하도록 절연성 반사층 위에서 타 측 긴 에지 측에 구비되어 전자와 정공 중 나머지 하나를 공급하며,
제1 전극 및 제2 전극의 서로 마주보는 에지들은 일 측 짧은 에지로부터 타 측 짧은 에지를 향하여 뻗고,
제1 가지 전극은 제1 전극의 아래로부터 제2 전극의 아래로 뻗고,
제2 가지 전극은 제2 전극의 아래로부터 제1 전극의 아래로 뻗은 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
청구항 1에 있어서,
복수의 반도체층, 반사층, 제1 전극, 및 제2 전극을 포함하는 제3 발광부;로서, 제1 발광부 및 제2 발광부 중 하나와 직렬연결되어 있고, 제1 발광부 및 제2 발광부와 다른 색의 빛을 내며, 제1 발광부 및 제2 발광부와 다른 사이즈를 가지는 제3 발광부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
청구항 1, 2, 3, 5, 6, 7, 8 중의 어느 한 항에 기재된 반도체 발광소자를 사용하여 혼색광을 만드는 방법으로서,
제1 발광부를 발광시켜 제1 광을 내는 단계;
제1 발광부와 직렬연결되어 있고, 제1 발광부와 다른 발광면적을 가지는 제2 발광부를 발광시켜 제1 광과 다른 색의 제2 광을 내는 단계; 그리고
제1 광 및 제2 광 중 적어도 하나에 의해 형광체를 여기시켜 제3 광을 냄으로써, 제1 광, 제2 광, 및 제3 광이 혼색된 광을 내는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자를 사용한 혼색광을 만드는 방법.
청구항 9에 있어서,
제2 발광부는 제1 발광부보다 큰 면적을 가지며,
제1 광은 청색광이고, 제2 광은 녹색광이며,
제3 광은 적색광인 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자를 사용한 혼색광을 만드는 방법.