KR101729267B1 - 발광 소자 - Google Patents

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KR101729267B1 KR1020100114333A KR20100114333A KR101729267B1 KR 101729267 B1 KR101729267 B1 KR 101729267B1 KR 1020100114333 A KR1020100114333 A KR 1020100114333A KR 20100114333 A KR20100114333 A KR 20100114333A KR 101729267 B1 KR101729267 B1 KR 101729267B1
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Abstract

실시예는 제1 도전형 반도체층과 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하는 발광구조물; 상기 발광 구조물의 제1 방향의 제1 전극; 상기 발광 구조물의 제2 방향의 투명 도전층; 상기 투명 도전층 상의 DBR(Distributed Bragg Reflector Layer); 상기 발광 구조물의 제2 방향의 가장 자리의 적어도 일부에 구비되고 상기 제1 전극과 대응되는 전류 저지층; 및 상기 전류 저지층 상에 도전층을 포함하는 발광소자를 제공한다.

Description

발광 소자{Light emitting device}
실시예는 발광 소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.
반도체의 3-5족 또는 2-6족 화합물 반도체 물질을 이용한 발광 다이오드나 레이저 다이오드와 같은 발광소자는 박막 성장 기술 및 소자 재료의 개발로 적색, 녹색, 청색 및 자외선 등 다양한 색을 구현할 수 있으며, 형광 물질을 이용하거나 색을 조합함으로써 효율이 좋은 백색 광선도 구현이 가능하다.
이러한 기술의 발달로 디스플레이 소자뿐만 아니라 광 통신 수단의 송신 모듈, LCD(Liquid Crystal Display) 표시 장치의 백라이트를 구성하는 냉음극관(CCFL : Cold Cathode Fluorescence Lamp)을 대체하는 발광 다이오드 백라이트, 형광등이나 백열 전구를 대체할 수 있는 백색 발광 다이오드 조명 장치, 자동차 헤드 라이트 및 신호등에까지 응용이 확대되고 있다.
여기서, LED의 구조는 기판 상에 P 전극, 활성층, N 전극이 순차적으로 적층되고, 기판과 N 전극이 와이어 본딩되어 있으므로 전류가 상호 통전될 수 있다.
이때, 기판에 전류를 인가하면, 전류가 P전극과 N전극에 공급되기 때문에, P전극으로부터 활성층으로 정공(+)이 방출되고, N 전극으로부터 활성층으로 전자(-)가 방출된다. 따라서, 활성층에서 정공과 전자가 결합하면서 에너지 준위가 낮아지게 되고, 에너지 준위가 낮아짐과 동시에 방출되는 에너지가 빛의 형태로 발산된다.
실시예는 발광소자의 광효율을 높이고자 하는 것이다.
실시예는 제1 도전형 반도체층과 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하는 발광구조물; 상기 발광 구조물의 제1 방향의 제1 전극; 상기 발광 구조물의 제2 방향의 투명 도전층; 상기 투명 도전층 상의 DBR(Distributed Bragg Reflector Layer); 상기 발광 구조물의 제2 방향의 가장 자리의 적어도 일부에 구비되고 상기 제1 전극과 대응되는 전류 저지층; 및 상기 전류 저지층 상에 도전층을 포함하는 발광소자를 제공한다.
여기서, 상기 투명 도전층은 상기 전류 저지층의 적어도 일부를 덮을 수 있다.
그리고, 상기 투명 도전층과 상기 도전층은 적어도 일부에서 접촉할 수 있다
또한, 상기 도전층의 폭은 상기 전류 저지층의 폭보다 좁을 수 있다.
다른 실시예는 제1 도전형 반도체층과 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하는 발광구조물; 상기 발광 구조물의 제1 방향의 제1 전극; 상기 발광 구조물의 제2 방향의 투명 도전층; 상기 발광 구조물의 제2 방향의 가장 자리의 적어도 일부에 구비되고 상기 제1 전극과 대응되는 전류 저지층; 및 상기 투명 도전층 상에 구비되고 도전성 물질이 채워진 관통홀이 형성되며, 상기 관통홀은 상기 투명 도전층과 적어도 일부가 컨택하는 비도전성 기판을 포함하는 발광소자를 제공한다.
여기서, 상기 비도전성 기판은 투광성일 수 있다.
그리고, 상기 비도전성 기판과 상기 투명 도전층 사이에는 절연층이 형성되고, 상기 절연층 사이에 도전층이 형성되어 상기 투명 도전층과 상기 관통홀 내의 도전성 물질을 컨택시킬 수 있다.
그리고, 상기 절연층은 DBR일 수 있다.
또한, 상기 투명 도전층은 상기 전류 저지층의 적어도 일부를 덮을 수 있다.
실시예에 따른 발광소자의 광효율이 향상된다.
도 1a 내지 도 1h는 발광소자의 일실시예의 제조방법을 나타낸 도면이고,
도 2a 내지 도 2g는 발광소자의 다른 실시예의 제조방법을 나타낸 도면이고,
도 3은 발광소자의 또 다른 실시예를 나타낸 도면이고,
도 4는 발광소자 패키지의 일실시예의 단면도이고,
도 5는 발광소자 패키지를 포함하는 조명장치의 일실시예의 분해 사시도이고,
도 6a 및 도 6b는 발광소자 패키지를 포함하는 백라이트를 나타낸 도면이다.시예에 따른 발광소자 패키지의 단면도이다.
이하 본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.
상기의 실시예들의 설명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴들의 "위(on)"에 또는 "아래(under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "위(on)"와 "아래(under)"는 "직접(directly)" 또는 "다른 층을 개재하여 (indirectly)" 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 각 층의 위 또는 아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다.
도면에서 각층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다.
도 1a 내지 도 1h는 발광소자의 일실시예의 제조방법을 나타낸 도면이다.
먼저, 도 1a에 도시된 바와 같이 기판(100)을 준비하다. 상기 기판(100)은 전도성 기판 또는 절연성 기판을 포함하며, 예컨대 사파이어(Al2O3), SiC, Si, GaAs, GaN, ZnO, Si, GaP, InP, Ge, and Ga203 중 적어도 하나를 사용할 수 있다. 상기 기판(100) 위에는 요철 구조가 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 기판(100)에 대해 습식세척을 하여 표면의 불순물을 제거할 수 있다.
그리고, 상기 기판(100) 상에 제1도전형 반도체층(120)과 활성층(124) 및 제2 도전형 반도체층(126)을 포함하는 발광구조물(120)을 형성할 수 있다.
이때, 상기 발광구조물(120)과 기판(100) 사이에는 버퍼층(미도시)을 성장시킬 수 있는데, 재료의 격자 부정합 및 열 팽창 계수의 차이를 완화하기 위한 것이다. 상기 버퍼층의 재료는 3족-5족 화합물 반도체 예컨대, GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN 중 적어도 하나로 형성될 수 있다. 상기 버퍼층 위에는 언도프드(undoped) 반도체층이 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
또한, 상기 발광 구조물(120)은, MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition), MBE(Molecular Beam Epitaxy), HVPE(Hydride Vapor Phase Epitaxy)법과 같은 기상 증착법에 의해 성장될 수 있다.
상기 제1 도전형 반도체층(122)은 제1 도전형 도퍼트가 도핑된 3족-5족 화합물 반도체로 구현될 수 있으며, 상기 제1 도전형 반도체층(122)이 N형 반도체층인 경우, 상기 제1도전형 도펀트는 N형 도펀트로서, Si, Ge, Sn, Se, Te를 포함할 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
상기 제1 도전형 반도체층(122)은 AlxInyGa(1-x-y)N (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질을 포함할 수 있다. 그리고, 상기 제1 도전형 반도체층(112)은 GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN,AlGaAs, InGaAs, AlInGaAs, GaP, AlGaP, InGaP, AlInGaP, InP 중 어느 하나 이상으로 형성될 수 있다.
상기 제1 도전형 반도체층(122)은 화학증착방법(CVD) 혹은 분자선 에피택시 (MBE) 혹은 스퍼터링 혹은 수산화물 증기상 에피택시(HVPE) 등의 방법을 사용하여 N형 GaN층을 형성할 수 있다. 또한, 상기 제1 도전형 반도체층(112)은 챔버에 트리메틸 갈륨 가스(TMGa), 암모니아 가스(NH3), 질소 가스(N2), 및 실리콘(Si)와 같은 n 형 불순물을 포함하는 실란 가스(SiH4)가 주입되어 형성될 수 있다.
상기 활성층(124)은 제1 도전형 반도체층(112)을 통해서 주입되는 전자와 이후 형성되는 제2 도전형 반도체층(116)을 통해서 주입되는 정공이 서로 만나서 활성층(발광층) 물질 고유의 에너지 밴드에 의해서 결정되는 에너지를 갖는 빛을 방출하는 층이다.
상기 활성층(124)은 단일 양자 우물 구조, 다중 양자 우물 구조(MQW: Multi Quantum Well), 양자 선(Quantum-Wire) 구조, 또는 양자 점(Quantum Dot) 구조 중 적어도 어느 하나로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 활성층(114)은 트리메틸 갈륨 가스(TMGa), 암모니아 가스(NH3), 질소 가스(N2), 및 트리메틸 인듐 가스(TMIn)가 주입되어 다중 양자우물구조가 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 활성층(124)의 우물층/장벽층은 InGaN/GaN, InGaN/InGaN, GaN/AlGaN, InAlGaN/GaN, GaAs(InGaAs)/AlGaAs, GaP(InGaP)/AlGaP 중 어느 하나 이상의 페어 구조로 형성될 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 상기 우물층은 상기 장벽층의 밴드 갭보다 낮은 밴드 갭을 갖는 물질로 형성될 수 있다.
상기 활성층(124)의 위 또는/및 아래에는 도전형 클래드층(미도시)이 형성될 수 있다. 상기 도전형 클래드층은 AlGaN계 반도체로 형성될 수 있으며, 상기 활성층(124)의 밴드 갭보다는 높은 밴드 갭을 갖을 수 있다.
상기 제2 도전형 반도체층(126)은 제2 도전형 도펀트가 도핑된 3족-5족 화합물 반도체 예컨대, InxAlyGa1 -x- yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질을 포함할 수 있다. 상기 제2 도전형 반도체층(126)이 P형 반도체층인 경우, 상기 제2도전형 도펀트는 P형 도펀트로서, Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등을 포함할 수 있다.
상기 제2 도전형 반도체층(126)은 챔버에 트리메틸 갈륨 가스(TMGa), 암모니아 가스(NH3), 질소 가스(N2), 및 마그네슘(Mg)과 같은 p 형 불순물을 포함하는 비세틸 사이클로 펜타디에닐 마그네슘(EtCp2Mg){Mg(C2H5C5H4)2}가 주입되어 p형 GaN층이 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예에서 상기 제1 도전형 반도체층(122)은 P형 반도체층, 상기 제2 도전형 반도체층(126)은 N형 반도체층으로 구현할 수 있다. 또한 상기 제2 도전형 반도체층(126) 위에는 상기 제2 도전형과 반대의 극성을 갖는 반도체 예컨대 상기 제 2도전형 반도체층이 P형 반도체층일 경우 N형 반도체층(미도시)을 형성할 수 있다.
이에 따라 발광구조물(120)은 N-P 접합 구조, P-N 접합 구조, N-P-N 접합 구조, P-N-P 접합 구조 중 어느 한 구조로 구현할 수 있다.
그리고, 도 1b에 도시된 바와 같이 상기 제2 도전형 반도체층(126)의 가장 자리의 적어도 일부 상에 마스크(200)를 사용하여 전류 저지층(140)을 형성하는데, 절연 물질 또는 상기 제2 도전형 반도체층(126)과 쇼트키 접촉을 하는 금속층으로 형성할 수 있는데, 예를 들어 상기 전류 저지층(140)은 ZnO, SiO2, Si3N4, Al2O3 , TiO2, Ti, Al, Cr 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 상기 전류 저지층(140)은 후술하는 바와 같이 도전층(160)으로부터 주입된 전류가 발광구조물(120)의 전면에 흐르게 하기 위한 것이다. 이때, 마스크(200)는 SiO2, TiO2 및 ITO와 같은 Oxide 계열의 물질, Cr, Ti, Al, Au, Ni, Pt 등과 같은 다양한 금속성 재질 및 PR(Photo Resist)로 이루어질 수 있다.
그리고, 도 1c에 도시된 바와 같이 상기 전류 저지층(140)이 형성되지 않은 상기 제2 도전형 반도체층(126) 상에 투명 도전층(Transparent current layer, 130)을 형성하는데, 상기 투명 도전층(130)은 상기 전류 저지층(140)의 일부를 덮을 수 있다. 도 1c에서 상기 발광 구조물(120)의 아래 방향을 제1 방향이라 하고, 상기 발광 구조물(120)의 위쪽 방향 즉 전류 저지층(140)이 형성된 방향을 제2 방향이라 할 수 있다.
상기 투명 도전층(130)은 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, 및 Ni/IrOx/Au/ITO, Ag, Ni, Cr, Ti, Al, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au, Hf 중 적어도 하나를 포함하여 형성될 수 있으며, 이러한 재료에 한정되는 않는다.
그리고, 도 1d 및 도 1e에 도시된 바와 같이 상기 투명 도전층(130)과 전류 저지층(140) 상에 결합층을 형성하는데, 결합층은 내부의 DBR(Distributed Bragg Reflector Layer, 150)과 가장자리의 도전층(160)을 포함한다.
먼저, 도 1d에 도시된 바와 같이 상기 투명 도전층(130) 상에 마스크(210)를 이용하여 DBR(150)을 형성하고, 도 1e에 도시된 바와 같이, 전류 저지층(140)에 대응하는 영역에 도전층(160)을 형성한다. 이때, 상기 도전층(160)은 전기 전도성이 뛰어난 물질로 예를 들면, 크롬(Cr), 니켈(Ni), 금(Au), 알루미늄(Al), 타이타늄(Ti), 백금(Pt) 중에서 선택된 어느 하나의 금속 또는 상기 금속들의 합금으로 이루어질 수 있다.
상기 DBR(150)은 상기 발광 구조물(120)로부터 방출된 빛을 반사할 수 있고, 비도전층으로 작용할 수 있으므로 상기 절연층(140)과 이격되어야 제2 도전형 반도체층(126)에 전류를 공급할 수 있다. 이때, 상기 DBR(150)과 절연층(140)이 이격된다 함은 후술하는 제2 전극과 제2 도전형 반도체층(126) 사이를 완전히 차단하지 않을 정도를 의미한다.
그리고, 상기 도전층(160)은 상기 전류 저지층(140)보다 폭이 좁게 구비될 수 있는데, 전류가 제2 도전형 반도체층(126)에 고루 공급되게 하기 위함이다. 그리고, 상기 투명 도전층(130)과 상기 도전층(160)은 적어도 일부에서 접촉하여야 상기 발광 구조물(120)에 전류가 흐를 수 있다.
그리고, 도 1f에 도시된 바와 같이 상기 결합층 상에 반사층(170)을 형성할 수 있다. 상기 반사층(170)은 알루미늄(Al), 은(Ag) 혹은 Al이나 Ag를 포함하는 합금을 포함하는 금속층으로 이루어질 수 있다. 알루미늄이나 은 등은 상기 활성층(124)에서 발생된 빛을 효과적으로 반사하여 발광소자의 광추출 효율을 크게 개선할 수 있다. 상기 반사층(170)은 상기 DBR(150)에서 반사되지 못한 빛을 추가적으로 반사시킬 수 있다. 여기서, 상기 DBR(150)은 금속층보다 빛의 흡수에 의한 빛의 손실이 적으므로, 상기 발광구조물(120)에서 발광된 빛이 먼저 DBR(150)에서 반사되므로 발광 효율을 높일 수 있다.
그리고, 도 1g에 도시된 바와 같이 상기 반사층(170) 상에 도전성 지지기판(190)을 형성하고, 기판(100)을 제거할 수 있다. 상기 도전성 지지기판(190)은 구리(Cu), 금(Au), 구리합금(Cu Alloy), 니켈(Ni-nickel), , 구리-텅스텐(Cu-W), 몰리브덴(Mo) 등과 같은 금속이나 캐리어 웨이퍼(예: GaN, Si, Ge, GaAs, ZnO, SiGe, SiC, SiGe, Ga2O3 등) 등을 선택적으로 포함할 수 있다. 상기 도전성 지지기판(190)을 형성시키는 방법은 전기화학적인 금속증착방법이나 유테틱 메탈을 이용한 본딩 방법 등을 사용할 수 있다.
상기 기판(100)의 제거는 엑시머 레이저 등을 이용한 레이저 리프트 오프(Laser Lift Off: LLO)의 방법으로 할 수도 있으며, 건식 및 습식 식각의 방법으로 할 수도 있다.
그리고, 상기 기판(100)의 제거는 레이저 리프트 오프 방법으로 수행할 수 있는데, 상기 기판(100)에 일정 영역의 파장을 가지는 엑시머 레이저 광을 포커싱(focusing)하여 조사하여 기판(100)을 분리한다.
도 1h에 완성된 발광소자가 도시되어 있다. 제1 도전형 반도체층(122)은 표면에 요철이 형성되어 있다. 상기 요철 형상은, PEC 방법이나 마스크를 형성한 후 에칭을 통하여 형성할 수 있다. 여기서, 식각액(가령, KOH)의 양, UV(자외선)의 세기 및 노출 시간, Gallium-polar, Nitrogen-polar의 식각 속도 차이, GaN 결정성에 의한 식각 속도 차이 등을 조절함으로써, 미세 크기의 요철의 형상을 조절할 수 있다.
마스크를 이용한 에칭 공정은, 상기 제1 도전형 반도체층(122) 상에 포토레지스트를 코팅한 다음, 마스크를 사용하여 노광 공정을 진행한다. 그리고, 노광 공정이 진행되면, 이를 현상하여 식각 패턴을 형성한다. 상술한 공정에 따라 상기 제1 도전형 반도체층(122) 상에 식각 패턴이 형성되며, 식각 공정을 진행하여 상기 제1 도전형 반도체층(122) 상에 요철 구조를 형성한다. 상기 요철 구조는 상기 제1 도전형 반도체층(122)의 표면적을 증가시키기 위한 것이므로, 통상적으로 마루와 골의 개수는 주기적이거나 비주기적일 수 있다.
그리고, 상기 제1 도전형 반도체층(122) 상에는 제1 전극(128)이 형성되는데, 상기 제1 전극(128)은 크롬(Cr), 니켈(Ni), 금(Au), 알루미늄(Al), 타이타늄(Ti), 백금(Pt) 중에서 선택된 어느 하나의 금속 또는 상기 금속들의 합금으로 이루어진다. 이때, 상기 제1 전극(128)은 상기 전류 저지층(140)과 공간적으로 오버랩(overlap)하며 대응되어, 후술하는 바와 같이 발광소자에 공급되는 전류가 발광구조물(120) 전체에 고르게 흐를 수 있게 한다.
그리고, 패시베이션층(passivation layer, 미도시)이 발광구조물(120)의 둘레에 증착될 수 있다. 여기서, 상기 패시베이션층은 절연물질로 이루어질 수 있으며, 상기 절연물질은 비전도성인 산화물이나 질화물로 이루어질 수 있으며, 일 예로서 실리콘 산화물(SiO2)층, 산화 질화물층, 산화 알루미늄층으로 이루어질 수 있다.
실시예에 따른 발광소자는 DBR(150)와 전류 저지층(140)으로 인하여, 전류가 도전층(160)과 투명 도전층(130)을 흐르게 되므로, 발광구조물 내부의 전류가 고르게 흐르고, DBR(150)로 인하여 소자의 상부 방향으로의 광출력이 증가한다.
도 2a 내지 도 2g는 발광소자의 다른 실시예의 제조방법을 나타낸 도면이다.
도 2a 내지 도 2c는 상술한 도 1a 내지 도 1c에 도시된 실시예와 동일하므로 설명은 생략한다.
도 2d에 도시된 바와 같이, 투명 도전층(130)과 전류 저지층(140) 상에 결합층을 형성하는데, 마스크(210)를 사용하여 절연층(155)를 형성한다. 그리고, 도 2e에 도시된 바와 같이 절연층(155) 내에 도전성 물질을 주입하여 도전층(160)을 기둥 형상으로 형성할 수 있다.
그리고, 도 2f에 도시된 바와 같이 상기 결합층 상에 비도전성 기판(230)을 형성할 수 있는데, 이때 제2 도전형 반도체층(126)에 전류를 공급하기 위하여 상기 비도전성 기판(230) 내에 관통홀(235)를 형성하고, 상기 관통홀(235)에 도전성 물질을 채운다. 여기서, 상기 관통홀(235)은 상기 결합층 내의 도전층(160)과 적어도 일부가 컨택하여야 한다.
상기 비도전성 기판(230)은 투광성일 수 있으며, 이때 발광소자 하부 방향에서의 반사가 줄어들어서 소자 전체의 볼륨 에미션(volume emission)이 증가할 수 있다.
그리고, 상기 비도전성 기판(230) 상에 제2 전극(240)을 형성하여 전류를 공급할 수 있다.
도 2g에는 상기 발광소자를 소자 단위로 다이싱(dicing)하고, 제1 도전형 반도체층(122)의 표면에 요철을 형성하고, 제1 전극(128)을 형성한 발광소자가 도시되어 있다.
실시예에 따른 발광소자는 발광구조물 내부의 전류가 고르게 흐르고, 투광성의 비도전성 기판을 사용하여 소자 둘레의 전체에 대하여 광출력을 고르게 할 수 있다.
도 3은 발광소자의 또 다른 실시예의 단면도이다.
실시예에 따른 발광소자는 도 2g에 도시된 발광소자와 동일하나, 절연층(155) 대신에 DBR(150)이 구비되어 있다. 상기 DBR(150)은 상기 도전층(160) 영역으로만 전류가 흐를 수 있게 하여 상기 전류 저지층(140)의 효과를 극대화하고 또한, 상기 활성층(124)에서 도 3에서 아래 방향으로 투사된 빛을 반사할 수 있다.
본 실시예에서 도 2g의 절연층(155)위 위치에 대신하여 DBR(150)을 형성하였으나, 투광성의 비도전성 기판(230)의 하부에 별도로 DBR(150)을 배치할 수도 있다. 이때, 상기 비도전성 기판(230)과 하부의 제2 전극(240)이 완전히 절연되지 않도록 하여야 한다.
도 4는 발광소자 패키지의 일실시예의 단면도이다. 이하에서, 도 4를 참조하여 발광소자 패키지의 일실시예를 설명한다.
도시된 바와 같이, 실시예에 따른 발광소자 패키지는 패키지 몸체(320)와, 상기 패키지 몸체(320)에 설치된 제1 전극층(311) 및 제2 전극층(312)과, 상기 패키지 몸체(320)에 설치되어 상기 제1 전극층(311) 및 제2 전극층(312)과 전기적으로 연결되는 상술한 실시예에 따른 발광소자(300)와, 상기 발광소자(300)를 포위하는 충진재(340)를 포함한다.
상기 패키지 몸체(320)는 실리콘 재질, 합성수지 재질, 또는 금속 재질을 포함하여 형성될 수 있으며, 상기 발광소자(300)의 주위에 경사면이 형성되어 광추출 효율을 높일 수 있다.
상기 제1 전극층(311) 및 제2 전극층(312)은 서로 전기적으로 분리되며, 상기 발광소자(300)에 전원을 제공한다. 또한, 상기 제1 전극층(311) 및 제2 전극층(312)은 상기 발광소자(300)에서 발생된 광을 반사시켜 광 효율을 증가시킬 수 있으며, 상기 발광소자(300)에서 발생된 열을 외부로 배출시키는 역할을 할 수도 있다.
상기 발광소자(300)는 상기 패키지 몸체(320) 상에 설치되거나 상기 제1 전극층(311) 또는 제2 전극층(312) 상에 설치될 수 있다.
상기 발광소자(300)는 상기 제1 전극층(311) 및 제2 전극층(312)과 와이어 방식, 플립칩 방식 또는 다이 본딩 방식 중 어느 하나에 의해 전기적으로 연결될 수도 있다.
상기 충진재(340)는 상기 발광소자(300)를 포위하여 보호할 수 있다. 또한, 상기 충진재(340)에는 형광체가 포함되어 상기 발광소자(300)에서 방출된 광의 파장을 변화시킬 수 있다. 실시예에 따른 발광소자 패키지는, 발광소자의 상부방향 또는 주변 전체에 방출되는 빛이 증가하여 패키지 전체의 광출력이 증가한다.
상기 발광소자 패키지는 상기에 개시된 실시 예들의 발광소자 중 적어도 하나를 하나 또는 복수개로 탑재할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
실시 예에 따른 발광소자 패키지는 복수개가 기판 상에 어레이되며, 상기 발광소자 패키지의 광 경로 상에 광학 부재인 도광판, 프리즘 시트, 확산 시트 등이 배치될 수 있다. 이러한 발광소자 패키지, 기판, 광학 부재는 라이트 유닛으로 기능할 수 있다. 또 다른 실시 예는 상술한 실시 예들에 기재된 반도체 발광소자 또는 발광소자 패키지를 포함하는 표시 장치, 지시 장치, 조명 시스템으로 구현될 수 있으며, 예를 들어, 조명 시스템은 램프, 가로등을 포함할 수 있다.
도 5는 발광소자 패키지를 포함하는 조명장치의 일실시예의 분해 사시도이다.
실시예에 따른 조명 장치는 광을 투사하는 광원(600)과 상기 광원(600)이 내장되는 하우징(400)과 상기 광원(600)의 열을 방출하는 방열부(500) 및 상기 광원(600)과 방열부(500)를 상기 하우징(400)에 결합하는 홀더(700)를 포함하여 이루어진다.
상기 하우징(400)은 전기 소켓(미도시)에 결합되는 소켓 결합부(410)와, 상기 소켓결합부(410)와 연결되고 광원(600)이 내장되는 몸체부(420)를 포함한다. 몸체부(420)에는 하나의 공기유동구(430)가 관통하여 형성될 수 있다.
상기 하우징(400)의 몸체부(420) 상에 복수 개의 공기유동구(430)가 구비되어 있는데, 상기 공기유동구(430)는 하나의 공기유동구로 이루어지거나, 복수 개의 유동구를 도시된 바와 같은 방사상 배치 이외의 다양한 배치도 가능하다.
그리고, 상기 광원(600)은 기판(610) 상에 복수 개의 발광소자 패키지(650)가 구비된다. 여기서, 상기 기판(610)은 상기 하우징(400)의 개구부에 삽입될 수 있는 형상일 수 있으며, 후술하는 바와 같이 방열부(500)로 열을 전달하기 위하여 열전도율이 높은 물질로 이루어질 수 있다.
그리고, 상기 광원의 하부에는 홀더(700)가 구비되는데 상기 홀더(700)는 프레임과 또 다른 공기 유동구를 포함할 수 있다. 또한, 도시되지는 않았으나 상기 광원(100)의 하부에는 광학 부재가 구비되어 상기 광원(100)의 발광소자 패키지(150)에서 투사되는 빛을 확산, 산란 또는 수렴시킬 수 있다.
실시예에 따른 조명장치는 광출력이 향상된 발광소자 패키지를 사용하여, 장치의 휘도가 증가한다.
도 6a 및 도 6b는 발광소자 패키지를 포함하는 백라이트를 나타낸 도면이다.
도시된 바와 같이, 백라이트는 바텀 커버(Bottom cover, 810)와, 상기 바텀 커버의 내부의 일측에 마련되는 발광 소자 패키지 모듈(미도시)과, 상기 바텀 커버(810)의 전면에 배치되는 반사판(820)과, 상기 반사판(820)의 전방에 배치되며 상기 발광모듈에서 발산되는 빛을 표시장치 전방으로 안내하는 도광판(830)과, 상기 도광판(30)의 전방에 배치되는 광학 부재(840)를 포함한다. 그리고, 백라이트를 포함하는 디스플레이 장치는 상술한 구성 외에 상기 광학 부재(840)의 전방에 배치되는 액정 표시 패널(860)과, 상기 액정 표시 패널(860)의 전방에 마련되는 탑 커버(Top cover, 870)와, 상기 바텀 커버(810)와 상기 탑 커버(870) 사이에 배치되어 상기 바텀 커버(810)와 상기 탑 커버(870)를 함께 고정시키는 고정부재(850)를 포함할 수 있다.
상기 도광판(830)은 상기 발광모듈(미도시)에서 방출되는 광이 면광원 형태로 출사되도록 안내하는 역할을 하고, 상기 도광판(30)의 후방에 배치되는 반사판(820)은 상기 발광 소자 패키지 모듈(미도시)에서 방출된 광이 상기 도광판(830)방향으로 반사되도록 하여 광효율을 제고하는 역할을 한다.
다만, 상기 반사판(820)은 본 도면 처럼 별도의 구성요소로 마련될 수도 있고, 상기 도광판(830)의 후면이나, 상기 바텀 커버(810)의 전면에 반사도가 높은 물질로 코팅되는 형태로 마련되는 것도 가능하다.
여기서, 반사판(820)은 반사율이 높고 초박형으로 사용 가능한 소재를 사용할 수 있고, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PolyEthylene Terephtalate; PET)를 사용할 수 있다.
그리고, 도광판(830)은 발광 소자 패키지 모듈에서 방출되는 빛을 산란시켜 그 빛이 액정 표시 장치의 화면 전영역에 걸쳐 균일하게 분포되도록 한다. 따라서, 도광판(830)은 굴절률과 투과율이 좋은 재료로 이루어지는데, 폴리메틸메타크릴레이트(PolyMethylMethAcrylate; PMMA), 폴리카보네이트(PolyCarbonate; PC), 또는 폴리에틸렌(PolyEthylene; PE) 등으로 형성될 수 있다.
그리고, 광학 부재(840)가 상기 도광판(830)의 상부에 구비되어 도광판(830)에서 출사되는 빛을 소정 각도로 확산시킨다. 광학 부재(840)는 상기 도광판(830)에 의해 인도된 빛을 액정 표시 패널(860) 방향으로 균일하게 조사되도록 하다.
광학 부재(840)로는 확산 시트, 프리즘 시트 또는 보호 시트 등의 광학 시트가 선택적으로 적층되거나, 마이크로 렌즈 어레이를 사용할 수도 있다. 이때, 복수 개의 광학 시트를 사용할 수도 있으며, 광학 시트는 아크릴 수지, 폴리우레탄 수지 또는 실리콘 수지 등과 같은 투명 수지로 이루어질 수 있다. 그리고, 상술한 프리즘 시트 내에 형광 시트가 포함될 수도 있음은 상술한 바와 동일하다.
그리고, 상기 광학 부재(840)의 전면에는 액정 표시 패널(860)이 구비될 수 있다. 여기서, 액정 표시 패널(860) 외에 광원을 필요로 하는 다른 종류의 디스플레이 장치가 구비될 수 있음은 당연하다.
도 6b는 백라이트의 광원 부분의 단면도이다.
도시된 바와 같이, 바텀 커버(810) 상에는 상기 반사판(820)이 놓이게 되고, 상기 반사판(820)의 위에는 상기 도광판(830)이 놓이게 된다. 그리하여 상기 반사판(820)은 상기 방열부재(미도시)와 직접 접촉될 수도 있다.
그리고, 각각의 발광 소자 패키지(882)가 고정된 인쇄회로기판(881)은 브라켓(812) 상에 접합될 수 있다. 여기서, 브라켓(812)은 상기 발광 소자 패키지(882)의 고정 외에 열방출을 위하여 열전도율이 높은 물질로 이루어질 있고, 도시되지는 않았으나, 브라켓(812)과 발광 소자 패키지(882) 사이에는 열 패드가 구비되어 열 전달을 용이하게 할 수 있다.
그리고, 브라켓(812)는 도시된 바와 같이 'ㄴ'자 타입으로 구비되어, 가로부(812a)는 바텀 커버(810)에 의하여 지지되고, 세로부(812b)는 상기 인쇄회로기판(881)을 고정할 수 있다.
실시예에 따른 백라이트는, 광출력이 향상된 발광소자 패키지를 사용하여 백라이트 유닛 전체의 휘도가 증가한다.
이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100 : 기판 120 : 발광 구조물
122 : 제1 도전형 반도체층 124 : 활성층
126 : 제2 도전형 반도체층 128 : 제1 전극
130 : 투명 도전층 140 : 전류 저지층
150 : DBR 155 : 절연층
160 : 도전층 170 : 반사층
190 : 도전성 지지기판 200, 210 : 마스크
230 : 비도전성 기판 235 : 관통홀
240 : 제2 전극 300 : 발광소자
311 : 제1 전극 312 : 제2 전극
320 : 몸체 340 : 충진재
400 : 하우징 500 : 방열부
600 : 광원 700 : 홀더

Claims (9)

  1. 제1 도전형 반도체층과 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하는 발광구조물;
    상기 발광 구조물의 제1 방향의 제1 전극;
    상기 발광 구조물의 제2 방향의 가장 자리의 적어도 일부에 구비되고 상기 제1 전극과 대응되는 전류 저지층;
    상기 발광 구조물의 제2 방향에 배치되고 상기 전류 저지층과 접촉하는 투명 도전층; 및
    상기 투명 도전층 상에 배치되고, 중앙의 DBR(Distributed Bragg Reflector Layer)과 가장 자리의 도전층을 포함하는 결합층;을 포함하고,
    상기 제1 전극은 상기 전류 저지층과 마주보고 배치되고, 상기 제1 도전형 반도체층은 상기 제1 전극의 사이의 중앙 영역에서 노출되고, 상기 DBR의 폭은 상기 발광 구조물과 상기 투명 도전층이 접촉하는 영역의 폭보다 큰 발광소자.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 투명 도전층은 상기 전류 저지층의 적어도 일부를 덮는 발광소자.
  3. 제 1 항 또는 제2 항에 있어서,
    상기 투명 도전층과 상기 도전층은 적어도 일부에서 접촉하는 발광소자.
  4. 제 1 항 또는 제2 항에 있어서,
    상기 도전층의 폭은 상기 전류 저지층의 폭보다 좁은 발광소자.
  5. 제1 도전형 반도체층과 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하는 발광구조물;
    상기 발광 구조물의 제1 방향의 제1 전극;
    상기 발광 구조물의 제2 방향의 가장 자리의 적어도 일부에 구비되고 상기 제1 전극과 대응되는 전류 저지층;
    상기 발광 구조물의 제2 방향에 배치되고 상기 전류 저지층과 접촉하는 투명 도전층;
    상기 투명 도전층 상에 배치되고, 절연층과 도전층을 포함하는 결합층;
    상기 절연층과 결합되고 도전성 물질이 채워진 관통홀이 형성되며, 상기 관통홀은 상기 도전층을 통하여 상기 투명 도전층과 적어도 일부가 컨택하는 비도전성 기판; 및
    상기 비도전성 기판 상에 배치되는 제2 전극을 포함하고,
    상기 제1 도전형 반도체층은 상기 제1 전극의 사이의 중앙 영역에서 노출되고, 상기 제2 전극은 상기 제2 도전형 반도체층에만 전기적으로 연결되는 발광소자.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 비도전성 기판은 투광성인 발광소자.
  7. 삭제
  8. 제5 항 또는 제6 항에 있어서,
    상기 절연층은 DBR인 발광소자.
  9. 제 5 항 또는 제6 항에 있어서,
    상기 투명 도전층은 상기 전류 저지층의 적어도 일부를 덮는 발광소자.
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