KR101807111B1 - 발광 소자 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

실시예에 따른 발광소자는 지지기판, 지지기판의 제1 면 상의 제1 전극층, 및 제1 전극층 상에 위치하고, 제1 도전성 반도체층, 제2 도전성 반도체층 및 제1 도전성 반도체층과 제2 도전성 반도체층 사이에 활성층을 구비하는 발광 구조물을 포함하고, 제2 도전성 반도체층의 두께는 300㎚ 내지 1㎛일 수 있다. 이에 의해, 정공의 농도가 증가하고, 정공의 확산 효과가 향상됨에 따라 발광소자의 발광 휘도가 증가할 수 있다.

Description

발광 소자 및 그 제조방법{Light emitting device and fabrication method thereof}
실시예는 발광소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.
발광소자(Light Emitting Device, LED)는 화합물 반도체의 특성을 이용해 전기신호를 적외선, 가시광선 또는 자외선 등의 빛의 형태로 변환시키는 소자로, 가정용 가전제품, 리모콘, 전광판, 표시기, 각종 자동화 기기 등에 사용되며, 점차 발광소자의 사용 영역이 넓어지고 있는 추세이다.
이와 같이 발광소자의 사용 영역이 넓어지면서, 생활에 사용되는 전등, 구조 신호용 전등 등에 요구되는 휘도가 높이지는 바, 발광소자의 발광 휘도를 증가시키는 것이 중요하다.
한편, 발광소자의 발광 휘도는 전자(Electrode)와 정공(Hall)의 재결합(Recombination)에 의하는바, 통상 정공은 전자보다 이동도가 낮고, 그 갯수가 전자보다 적으므로, 실제로 전자와 정공이 재결합되어 나타나는 발광소자의 발광 휘도는 정공에 의존하게 된다.
실시예는 정공의 농도를 증가시키고, 정공의 확산 효과를 향상시켜, 휘도가 증가하는 발광소자를 제공함에 있다.
실시예에 따른 발광소자는, 지지기판, 지지기판의 제1 면 상의 제1 전극층, 및 제1 전극층 상에 위치하고, 제1 도전성 반도체층, 제2 도전성 반도체층 및 제1 도전성 반도체층과 제2 도전성 반도체층 사이에 활성층을 구비하는 발광 구조물을 포함하고, 제2 도전성 반도체층의 두께는 300㎚ 내지 1㎛일 수 있다.
또한, 제1 전극층과 제2 도전성 반도체층이 접하고, 제1 전극층은 적어도 하나의 돌기를 포함하며, 제2 도전성 반도체층은 돌기에 대응하는 캐비티를 포함할 수 있다.
또한, 돌기는 단부에 절연층을 포함할 수 있다.
또한, 제2 도전성 반도체층은 p형 반도체층이며, 알루미늄(Al)이 도핑 될 수 있다.
또한, 실시예에 따른 발광소자 제조방법은, 기판상에 순차적으로 위치하는 제1 도전성 반도체층, 활성층 및 제2 도전성 반도체층을 포함하는 발광 구조물을 형성하는 단계, 제2 도전성 반도체층에 적어도 하나의 캐비티를 형성하는 단계, 제2 도전성 반도체층 상에 제1 전극층을 형성하는 단계 및 제1 전극층 상에 지지기판을 형성하는 단계를 포함하고, 제2 도전성 반도체층은 300㎚ 내지 1㎛의 두께를 가지도록 형성하고, 제1 전극층은 캐비티에 충진될 수 있다.
또한, 캐비티를 형성하는 단계와 제1 전극층을 형성하는 단계 사이에, 캐비티의 저면에 절연층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
실시예의 발광소자는 정공의 농도가 증가하고, 정공의 확산 효과가 향상됨에 따라 발광 휘도가 증가할 수 있다.
도 1은 실시예에 따른 발광소자의 단면을 도시한 단면도,
도 2 내지 도 6은 도 1의 발광소자의 제조방법을 도시한 도,
도 7은 실시예에 따른 발광소자의 단면을 도시한 단면도,
도 8은 실시예에 따른 발광소자 패키지의 단면을 도시한 단면도,
도 9a 는 실시예에 따른 발광소자를 포함하는 조명장치를 나타낸 사시도,
도 9b 는 실시예에 따른 발광소자를 포함하는 조명장치를 나타낸 사시도,
도 10 은 실시예에 따른 발광소자를 포함하는 액정표시장치를 도시한 분해 사시도, 그리고
도 11 은 실시예에 따른 발광소자를 포함하는 액정표시장치를 도시한 분해 사시도이다.
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.
이하에서는 도면을 참조하여 실시예를 보다 상세하게 설명한다.
도 1은 실시예에 따른 발광소자의 단면을 도시한 단면도이다.
도 1을 참조하면, 실시예에 따른 발광소자(100)는 지지기판(110), 지지기판(110)의 제1 면 상의 제1 전극층(130), 제1 전극층(130) 상에 위치하는 발광 구조물(120)을 포함할 수 있으며, 발광 구조물(120)은 제1 도전성 반도체층(121), 제2 도전성 반도체층(123) 및 제1 도전성 반도체층(121)과 제2 도전성 반도체층(123) 사이에 활성층(122)을 구비할 수 있다.
지지기판(110)은 열전도성이 우수한 물질을 이용하여 형성할 수 있으며, 또한 전도성 물질로 형성할 수 있는데, 금속 물질 등을 이용하여 형성할 수 있다. 지지기판(110)은 단일층으로 형성될 수 있고, 이중 구조 또는 그 이상의 다중 구조로 형성될 수 있다.
즉, 지지기판(110)은 금속, 예를 들어 Au, Ni, W, Mo, Cu, Al, Ta, Ag, Pt, Cr중에서 선택된 어느 하나로 형성하거나 둘 이상의 합금으로 형성할 수 있으며, 서로 다른 둘 이상의 물질을 적층하여 형성할 수 있다. 또한 지지기판(110)은 Si, Ge, GaAs, ZnO, SiC, SiGe, GaN, Ga2O3 와 같은 캐리어 웨이퍼로 구현될 수 있다.
이와 같은 지지기판(110)은 발광 소자(100)에서 발생하는 열의 방출을 용이하게 하여 발광 소자(100)의 열적 안정성을 향상시킬 수 있다.
제1 전극층(130)은 금속산화물이나 금속, 예를 들어 ITO, AZO, IZO, Ag, Pt, Ni, Au, Rh, Pd 중 적어도 하나 또는 이들의 합금 형태로 이용할 수 있으며, 적어도 하나의 돌출부(132)를 포함할 수 있다. 돌출부(132)는 제2 도전성 반도체층(123) 내로 삽입되어, 제2 도전성 반도체층(123) 내의 캐리어(Carrier)의 이동도 및 확산 효율을 향상시킬 수 있다.
한편, 도 1의 A부분을 확대한 도면을 참고하면, 돌출부(132)는 단부 즉, 돌출부(132)와 활성층(122)의 간격이 최단인 지점에 절연층(133)을 포함할 수 있다. 절연층(133)은 산화 실리콘(SiO2), 질화 실리콘(Si3N4) 등의 절연성 물질을 이용하여 형성할 수 있으며, 돌출부(132) 상에 정공이 밀집되는 군집현상을 방지하여 제2 도전성 반도체층(123) 내의 정공이 좌우로 더욱 효과적으로 확산 되도록 할 수 있다. 이때, 활성층(122)부터 절연층(133) 까지의 거리(T2)는 10nm 이상일 수 있다.
이러한 돌출부(132)는 두 개 이상 복수 개 형성될 수 있다. 돌출부(132)가 복수 개 형성되는 경우는, 제2 도전성 반도체층(123) 내에서 정공이 균일하게 확산 될 수 있도록 도면상 좌우 대칭적으로 위치하는 것이 바람직하다.
한편, 제1 전극층(130)과 지지기판(110)은 접착층(미도시)에 의해 부착될 수 있다.
지지기판(110)이 전도성을 갖는 경우, 접착층(미도시)는 베리어 금속 또는 본딩 금속 등, 예를 들어, Ti, Au, Sn, Ni, Cr, Ga, In, Bi, Cu, Ag 또는 Ta 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 한편, 기판(110)이 절연성을 갖는 경우 접착층(미도시)은 고온 분위기에서 접착성이 유지되고 용융되지 않도록 하는 고온용 폴리머 접착제로 형성될 수 있다. 한편, 접착층(미도시)은 서로 다른 접착층을 접합시켜 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
제1 전극층(130)과 접착되는 지지기판(110)의 제1 면과 대향하는 지지기판(110)의 제2 면에는 제2 전극층(140)이 위치할 수 있다.
또한, 도면에 도시하지는 않았으나, 제1 전극층(130)과 지지기판(110) 사이에는 반사막(미도시)이 위치할 수 있고, 반사막(미도시)은 발광 구조물(120)의 활성층(122)에서 발생한 광 중 일부가 지지기판(110)으로 향하는 경우, 발광 소자(100)의 상부를 향하도록 이를 반사하여 발광 소자(100)의 광 추출효율을 향상시킬 수 있다. 상기 반사층은 Ag, Ni, Al, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au, Hf 및 이들 중 둘 이상의 합금으로 구성된 물질 중에서 한 층 또는 복수의 층으로 형성될 수 있다.
발광구조물(120)은 적어도 제1 도전성 반도체층(121), 활성층(122) 및 제2 도전성 반도체층(123)을 포함할 수 있고, 제1 도전성 반도체층(121)과 제2 도전성 반도체층(123) 사이에 활성층(122)이 개재된 구성으로 이루어질 수 있다.
상기 제1 도전형 반도체층(121)은 n형 반도체층으로 구현될 수 있으며, 상기 n형 반도체층은 예컨데, InxAlyGa1 -x- yN (0=x=1, 0 =y=1, 0=x+y=1)의 조성식을 갖는 반도체 재료, 예를 들어 GaN, AlN, AlGaN, InGaN, InN, InAlGaN, AlInN 등에서 선택될 수 있으며, 예를 들어, Si, Ge, Sn, Se, Te와 같은 n형 도펀트가 도핑된다.
제1 도전성 반도체층(121) 상부에는 니켈(Ni) 등으로 이루어지는 전극패드(152)가 위치할 수 있으며, 제1 도전성 반도체층(121)의 표면 일부 영역 또는 전체 영역에 대해 PEC(photo electro chemical) 등의 방법으로 광 추출효율을 향상시키기 위한 요철(150)을 형성해 줄 수 있다.
상기 제1 도전형 반도체층(121) 상에는 활성층(122)이 형성된다. 상기 활성층(120)은 3족-5족 원소의 화합물 반도체 재료를 이용하여 단일 또는 다중 양자 우물 구조, 양자 선(Quantum-Wire) 구조, 또는 양자 점(Quantum Dot) 구조 등으로 형성될 수 있다.
상기 활성층(120)이 양자우물구조로 형성된 경우 예컨데, InxAlyGa1 -x- yN (0=x=1, 0 =y=1, 0=x+y=1)의 조성식을 갖는 우물층과 InaAlbGa1 -a- bN (0=a=1, 0 =b=1, 0=a+b=1)의 조성식을 갖는 장벽층을 갖는 단일 또는 양자우물구조를 갖을 수 있다. 상기 우물층은 상기 장벽층의 밴드 갭보다 낮은 밴드 갭을 갖는 물질로 형성될 수 있다.
상기 활성층(122)의 위 또는/및 아래에는 도전형 클래드층이 형성될 수 있다. 상기 도전형 클래드층은 AlGaN계 반도체로 형성될 수 있으며, 상기 활성층(122)의 밴드 갭보다는 높은 밴드 갭을 가질 수 있다.
상기 활성층(122) 상에는 제2 도전형 반도체층(123)이 형성될 수 있다. 상기 제2 도전형 반도체층(123)은 p형 도펀트가 도핑된 p형 반도체층으로 구현될 수 있다. 상기 p형 반도체층은 InxAlyGa1 -x- yN (0=x=1, 0 =y=1, 0=x+y=1)의 조성식을 갖는 반도체 재료, 예를 들어 GaN, AlN, AlGaN, InGaN, InN, InAlGaN, AlInN 등에서 선택될 수 있으며, Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등의 p형 도펀트가 도핑될 수 있다.
한편, 상기 발광 구조물(120)은 상기 제2 도전형 반도체층(123) 아래에 제2도전형 반도체층(123)과 반대의 극성을 갖는 제 3 도전형 반도체층(미도시)을 포함할 수 있다. 또한 상기 제1 도전형 반도체층(121)이 P형 반도체층이고, 상기 제2 도전형 반도체층(123)이 N형 반도체층으로 구현될 수도 있다. 이에 따라 상기 발광 구조층(125)은 N-P 접합, P-N 접합, N-P-N 접합 및 P-N-P 접합 구조 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
특히, 제2 도전성 반도체층(123)은 상술한 도펀트 외에 Al을 1% 이하로 함께 도핑함으로써, 제2 도전성 반도체층(123)의 밴드갭을 향상시켜 활성층(122)에서 발생하는 광의 흡수를 방지할 수 있다. 또한, Al을 함께 도핑하여 제2 도전성 반도체층(123)의 결정성을 향상시켜 제2 도전성 반도체층(123)의 결정성 저하로 인한 정공 주입효율이 저하되는 것을 방지할 수 있다.
한편, 발광소자(100)의 발광 휘도를 향상시키기 위해서는 정공과 전자의 재결합 확률을 향상시키는 것이 중요한바, 실시예에 따른 제2 도전성 반도체층(123)은 정공의 농도를 향상시키기 위해 300㎚ 내지 1㎛의 두께(T1)를 가질 수 있다.
제2 도전성 반도체층(123)의 두께(T1)가 300㎚ 이상인 경우는 발광소자(100)의 정전기 방전 특성이 향상되고, 정공의 농도가 증가함에 따라 발광소자(100)의 발광 휘도가 증가할 수 있다. 반면에, 제2 도전성 반도체층(123)의 두께(T1)가 1㎛보다 두꺼운 경우에는 제조과정에서 기판(도 2의 170)에 뒤틀림을 일으키거나 제조시 장시간이 소요될 수 있으므로, 제2 도전성 반도체층(123)의 두께(T1)는 300㎚ 내지 1㎛인 것이 바람직하다.
또한, 제2 도전성 반도체층(123)은 상술한 제1 전극층(130)의 돌기(132)와 대응하는 캐비티(cavity)을 포함하여, 돌기(132)가 제2 도전성 반도체층(123) 내로 삽입될 수 있도록 할 수 있다. 이에 따라, 제2 도전성 반도체층(123) 내의 정공의 이동도 및 확산 효율이 향상될 수 있다.
한편, 도 1의 발광소자(100)는 발광 구조물(120)의 측면에 보호층(160)을 포함할 수 있다. 보호층(160)은 산화 실리콘(SiO2), 질화 실리콘(Si3N4) 등의 절연성 물질을 이용하여 형성할 수 있다.
도 2 내지 도 6은 도 1의 발광소자의 제조방법을 도시한 도이다.
도 2 내지 도 6을 참조하여 발광소자의 제조방법을 설명하면, 우선, 도 2와 같이 기판(170) 상에 발광 구조물(120)을 형성한다.
기판(170)은 사파이어 기판(Al203), GaN, SiC, ZnO, Si, GaP, InP, 그리고 GaAs 등으로 이루어진 군에서 선택될 수 있으며, 도면에 도시하지는 않았으나 기판(170)과 발광 구조물(120) 사이에는 버퍼층(미도시)이 형성될 수 있다.
버퍼층(미도시)은 3족과 5족 원소가 결합된 형태이거나 GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN 중에서 어느 하나로 이루어질 수 있으며, 도펀트가 도핑될 수도 있다.
이러한 기판(170) 또는 버퍼층(미도시) 위에는 언도프드 반도체(미도시)층이 형성될 수 있으며, 버퍼층(미도시)과 언도프드 반도체층(미도시) 중 어느 한 층 또는 두 층 모두 형성하거나 형성하지 않을 수도 있으며, 이러한 구조에 대해 한정되지는 않는다.
발광 구조물(120)은 적어도 제1 도전성 반도체층(121), 활성층(122) 및 제2 도전성 반도체층(123)을 포함할 수 있다.
제1 도전성 반도체층(121), 활성층(122) 및 제2 도전성 반도체층(123)은 유기금속 화학 증착법(MOCVD; Metal Organic Chemical Vapor Deposition), 화학 증착법(CVD; Chemical Vapor Deposition), 플라즈마 화학 증착법(PECVD; Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition), 분자선 성장법(MBE; Molecular Beam Epitaxy), 수소화물 기상 성장법(HVPE; Hydride Vapor Phase Epitaxy), 스퍼터링(Sputtering) 등의 방법을 이용하여 형성될 수 있으나, 이에 대해 한정하지는 않는다.
한편, 제2 도전성 반도체층(123)은 300㎚ 내지 1㎛의 두께(T1)를 가지도록 형성되어, 활성층에서 캐리어의 농도를 향상시킬 수 있다. 이에 따라, 정공과 전자의 재결합 확률이 증가하여 발광소자(100)의 발광 휘도가 향상될 수 있다.
발광 구조물(120)을 형성한 후에는 도 3에서 도시하는 바와 같이, 제2 도전성 반도체층(123) 상에 개구(182)가 형성된 마스크(180)를 위치시킨 후, 제2 도전성 반도체층(123)에 적어도 하나 이상의 캐비티(124)를 형성한다. 캐비티(124)의 형성은 습식 에칭 또는 건식 에칭 등의 방법에 의할 수 있다. 캐비티(124)는 복수 개 형성될 수 있으며, 캐비티(124)가 복수 개 형성되는 경우는 도 1에서 상술한 바와 같이 서로 대칭적인 위치에 형성되는 것이 정공의 균일한 확산을 위해 바람직하다.
캐비티(124)를 형성한 다음에는 도 4와 같이 캐비티(124)의 저면에 절연층(133)을 형성한 후 마스크(180)를 제거하고, 제1 전극층(130)을 형성한다.
이때, 제1 전극층(130)은 캐비티(124)에 충진될 수 있으며, 이에 따라 제1 전극층(130)은 제2 도전성 반도체층(123) 내에 삽입되어, 제2 도전성 반도체층(123) 내의 정공의 이동도 및 확산 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 절연층(133)은 돌출부(132) 상에 전류가 밀집되는 군집현상을 방지하여 제2 도전성 반도체층(123) 내의 전류가 좌우로 더욱 효과적으로 확산 되도록 할 수 있다.
이어서, 도 5에서 도시하는 바와 같이 제1 전극층(130) 상에 지지기판(110) 및 제2 전극층(140)을 형성한 후, 기판(170)을 제거한다. 또한, 제1 전극층(130)과 지지기판(110) 사이에는 반사층(미도시)을 더 형성할 수 있으며, 지지기판(110)은 접착층(미도시)에 의해서 접착될 수 있고, 접착층(미도시)은 고온용 폴리머접착체로 형성되거나 또는, 베리어 금속 또는 본딩 금속 등을 포함할 수 있다.
한편, 도면에 도시하지는 않았으나, 지지기판(110)은 적어도 하나의 홀(미도시)을 포함할 수 있고, 이는 제2 전극층(140)을 형성하기 전에 형성할 수 있다. 이러한 홀(미도시)은 지지기판(110)이 4.0eV를 초과하는 밴드갭을 가져, 절연성에 가까운 경우, 제2 도전성 반도체층(123)과 외부 전극(미도시)을 전기적으로 연결되도록 할 수 있다. 이에 관하여서는 도 7을 참조하여 후술하기로 한다.
지지기판(110)이 형성되면, 상술한 기판(170)을 제거하게 된다. 여기서, 기판(170)은 물리적 또는/및 화학적 방법으로 제거할 수 있으며, 물리적 방법은 일 예로 LLO(laser lift off) 방식으로 제거할 수 있다. 도시하지는 않았으나, 기판(170)의 제거 후 발광 구조물(120)의 위에 배치된 버퍼층(미도시)을 제거해 줄 수 있다. 이때 버퍼층(미도시)은 건식 또는 습식 식각 방법, 또는 연마 공정을 통해 제거할 수 있다.
다음으로 도 6에 도시된 바와 같이, 제1 도전성 반도체층(121)의 표면 일부 영역 또는 전체 영역에 대해 PEC(photo electro chemical) 등의 방법으로 요철(150)을 형성해 줄 수 있으며, 이러한 제1 도전성 반도체층(121)의 표면에 전극패드(152)를 형성할 수 있다. 또한, 발광구조물(120)의 외곽부 영역에 대해 에칭을 수행한 후, 보호층(160)을 형성할 수 있다.
도 7은 실시예에 따른 발광소자의 단면을 도시한 단면도이다.
이하에서는 도 1에서 도시하고 설명한 구성요소와 동일한 구성요소에 대하여서는 자세한 설명을 생략한다.
도 7을 참조하면, 실시예에 따른 발광소자(200)는 지지기판(210), 지지기판(210)의 제1 면 상의 제1 전극층(230), 및 제1 전극층(230) 상에 위치하고, 제1 도전성 반도체층(221), 제2 도전성 반도체층(223) 및 제1 도전성 반도체층(221)과 제2 도전성 반도체층(223) 사이에 활성층(222)을 구비하는 발광 구조물(220)을 포함할 수 있다.
도 7의 발광소자(200)는, 지지기판(210)이 제1 전극층(230)과 접하는 제1 면으로부터 지지기판(210)의 제1 면과 반대편에 위치하는 지지기판(210)의 제2 면까지 관통하는 홀을 하나 이상 포함할 수 있으며, 홀의 적어도 내측벽면에는 도전층(242)이 형성될 수 있다.
또한, 지지기판(210)의 제2 면에는 제2 전극층(240)이 형성될 수 있다. 이에 의해 제1 전극층(230)과 제2 전극층(240)은 도전층(242)에 의해 전기적으로 접속할 수 있다. 다시 말해, 제2 전극층(240)은 적어도 홀의 내측 벽면으로 연장되어 도전층(242)을 이루며, 제1 전극층(230)과 접속할 수 있다.
따라서, 지지기판(210)이 4.0eV를 초과하는 밴드갭을 가져, 절연성에 가까운 경우, 제2 도전성 반도체층(223)과 외부 전극(미도시)을 전기적으로 연결되도록 할 수 있다.
도 8은 실시예에 따른 발광소자패키지의 단면을 도시한 단면도이다.
도 8을 참조하면, 실시예에 따른 발광소자패키지(300)는 캐비티가 형성된 몸체(310), 몸체(310)의 바닥면에 실장된 광원부(320) 및 캐비티에 형성되는 봉지재(330)를 포함할 수 있고, 봉지재(330)는 형광체(340)를 포함할 수 있다.
몸체(310)는 폴리프탈아미드(PPA:Polyphthalamide)와 같은 수지 재질, 실리콘(Si), 알루미늄(Al), 알루미늄 나이트라이드(AlN), 액정폴리머(PSG, photo sensitive glass), 폴리아미드9T(PA9T), 신지오택틱폴리스티렌(SPS), 금속 재질, 사파이어(Al2O3), 베릴륨 옥사이드(BeO), 인쇄회로기판(PCB, Printed Circuit Board), 세라믹 중 적어도 하나로 형성될 수 있다. 몸체(310)는 사출 성형, 에칭 공정 등에 의해 형성될 수 있으나 이에 대해 한정하지는 않는다.
몸체(310)의 내측면은 경사면이 형성될 수 있다. 이러한 경사면의 각도에 따라 광원부(320)에서 방출되는 광의 반사각이 달라질 수 있으며, 이에 따라 외부로 방출되는 광의 지향각을 조절할 수 있다.
몸체(310)에 형성되는 캐비티를 위에서 바라본 형상은 원형, 사각형, 다각형, 타원형 등의 형상일 수 있으며, 특히 모서리가 곡선인 형상일 수도 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
광원부(320)는 몸체(310)의 바닥면에 실장되며, 일 예로 광원부(320)는 도 1 또는 도 7에서 도시하고 설명한 발광 소자일 수 있다. 발광 소자는 예를 들어, 적색, 녹색, 청색, 백색 등의 빛을 방출하는 유색 발광 소자 또는 자외선을 방출하는 UV(Ultra Violet) 발광 소자일 수 있으나, 이에 대해 한정하지는 않는다. 또한, 발광 소자는 한 개 이상 실장될 수 있다.
발광소자는 도 1 내지 도 7에서 상술한 바와 같이, p형 반도체층으로 구현되는 제2 도전성 반도체층의 두께가 300㎚ 내지 1㎛로 형성됨에 따라 정공의 농도가 증가하고, 제2 도전성 반도체층 내부로 전극층이 삽입되어, 정공의 확산 효과가 향상될 수 있다. 따라서, 전자와 정공의 재결합 확률이 증가하여 발광 휘도가 증가할 수 있다.
한편, 몸체(310)는 제1 전극(352) 및 제2 전극(354)을 포함할 수 있다. 제1 전극(352) 및 제2 전극(354)은 광원부(320)와 전기적으로 연결되어 광원부(320)에 전원을 공급할 수 있다.
제1 전극(352) 및 제2 전극(354)은 서로 전기적으로 분리되며, 광원부(320)에서 발생된 빛을 반사시켜 광 효율을 증가시킬 수 있고, 또한 광원부(320)에서 발생된 열을 외부로 배출시킬 수 있다.
도 8에는 광원부(320)가 제2 전극(354) 상에 설치되고, 제1 전극(352)에는 와이어로 본딩된 것을 도시하나, 이에 한정되지 않으며, 광원부(320)와 제1 전극(352) 및 제2 전극(354)은 와이어 본딩 방식, 플립칩 방식 또는 다이 본딩 방식 중 어느 하나에 의해 전기적으로 연결될 수도 있다.
이러한 제1 전극(352) 및 제2 전극(354)은 금속 재질, 예를 들어, 티타늄(Ti), 구리(Cu), 니켈(Ni), 금(Au), 크롬(Cr), 탄탈늄(Ta), 백금(Pt), 주석(Sn), 은(Ag), 인(P), 알루미늄(Al), 인듐(In), 팔라듐(Pd), 코발트(Co), 실리콘(Si), 게르마늄(Ge), 하프늄(Hf), 루테늄(Ru), 철(Fe) 중에서 하나 이상의 물질 또는 합금을 포함할 수 있다. 또한, 제1 전극(352) 및 제2 전극(354)은 단층 또는 다층 구조를 가지도록 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
봉지재(330)는 캐비티에 충진될 수 있으며, 형광체(340)를 포함할 수 있다. 봉지재(330)는 투명한 실리콘, 에폭시, 및 기타 수지 재질로 형성될 수 있으며, 캐비티 내에 충진한 후, 이를 자외선 또는 열 경화하는 방식으로 형성될 수 있다.
형광체(340)는 광원부(320)에서 방출되는 광의 파장에 따라 종류가 선택되어 발광소자패키지(300)가 백색광을 구현하도록 할 수 있다.
봉지재(330)에 포함되어 있는 형광체(340)는 광원부(320)에서 방출되는 광의 파장에 따라 청색 발광 형광체, 청록색 발광 형광체, 녹색 발광 형광체, 황녹색 발광 형광체, 황색 발광 형광체, 황적색 발광 형광체, 오렌지색 발광 형광체, 및 적색 발광 형광체중 하나가 적용될 수 있다.
즉, 형광체(340)는 광원부(320)에서 방출되는 제1 빛을 가지는 광에 의해 여기 되어 제2 빛을 생성할 수 있다. 예를 들어, 광원부(320)가 청색 발광 다이오드이고 형광체(340)가 황색 형광체인 경우, 황색 형광체는 청색 빛에 의해 여기되어 황색 빛을 방출할 수 있으며, 청색 발광 다이오드에서 발생한 청색 빛 및 청색 빛에 의해 여기 되어 발생한 황색 빛이 혼색됨에 따라 발광소자패키지(300)는 백색 빛을 제공할 수 있다.
이와 유사하게, 광원부(320)가 녹색 발광 다이오드인 경우는 magenta 형광체 또는 청색과 적색의 형광체(340)를 혼용하는 경우, 광원부(320)가 적색 발광 다이오드인 경우는 Cyan형광체 또는 청색과 녹색 형광체를 혼용하는 경우를 예로 들 수 있다.
이러한 형광체(340)는 YAG계, TAG계, 황화물계, 실리케이트계, 알루미네이트계, 질화물계, 카바이드계, 니트리도실리케이트계, 붕산염계, 불화물계, 인산염계 등의 공지된 것일 수 있다.
실시 예에 따른 발광소자 패키지(300)는 복수개가 기판 상에 어레이되며, 발광소자 패키지(300)의 광 경로 상에 광학 부재인 도광판, 프리즘 시트, 확산 시트 등이 배치될 수 있다.
이러한 발광소자 패키지(300), 기판, 광학 부재는 라이트 유닛으로 기능할 수 있다. 또 다른 실시 예는 상술한 실시 예들에 기재된 발광소자(100) 또는 발광소자 패키지(300)를 포함하는 표시 장치, 지시 장치, 조명 시스템으로 구현될 수 있으며, 예를 들어, 조명 시스템은 램프, 가로등을 포함할 수 있다.
도 9a는 실시예에 따른 발광소자 모듈을 포함하는 조명장치를 도시한 사시도이며, 도 9b는 도 4a의 조명장치의 C - C' 단면을 도시한 단면도이다.
즉, 도 9b는 도 9a의 조명장치(400)를 길이방향(Z)과 높이방향(X)의 면으로 자르고, 수평방향(Y)으로 바라본 단면도이다.
도 9a 및 도 9b를 참조하면, 조명장치(400)는 몸체(410), 몸체(410)와 체결되는 커버(430) 및 몸체(410)의 양단에 위치하는 마감캡(450)을 포함할 수 있다.
몸체(410)의 하부면에는 발광소자 모듈(440)이 체결되며, 몸체(410)는 발광소자 패키지(444)에서 발생한 열이 몸체(410)의 상부면을 통해 외부로 방출할 수 있도록 전도성 및 열발산 효과가 우수한 금속재질로 형성될 수 있고, 이에 한정하지 아니한다.
특히, 발광소자 패키지(444)는 두께가 300㎚ 내지 1㎛인 도전성 반도체층(미도시)을 포함하여, 정공의 농도가 증가하고, 정공의 확산 효과가 향상됨에 따라 발광 휘도가 증가할 수 있고, 따라서 발광소자 모듈(440)의 발광 효율이 개선될 수 있다.
발광소자 패키지(444)는 기판(442) 상에 다색, 다열로 실장되어 모듈을 이룰 수 있으며, 동일한 간격으로 실장되거나 또는 필요에 따라서 다양한 이격 거리를 가지고 실장될 수 있어 밝기 등을 조절할 수 있다. 이러한 기판(442)으로 MCPCB(Metal Core PCB) 또는 FR4 재질의 PCB 를 사용할 수 있다.
커버(430)는 몸체(410)의 하부면을 감싸도록 원형의 형태로 형성될 수 있으나, 이에 한정되지 않음은 물론이다.
커버(430)는 내부의 발광소자 모듈(440)을 외부의 이물질 등으로부터 보호한다. 또한, 커버(430)는 발광소자 패키지(444)에서 발생한 광의 눈부심을 방지하고, 외부로 광을 균일하게 방출할 수 있도록 확산입자를 포함할 수 있으며, 또한 커버(430)의 내면 및 외면 중 적어도 어느 한 면에는 프리즘 패턴 등이 형성될 수 있다. 또한 커버(430)의 내면 및 외면 중 적어도 어느 한 면에는 형광체가 도포될 수도 있다.
한편, 발광소자 패키지(444)에서 발생하는 광은 커버(430)를 통해 외부로 방출되므로, 커버(430)는 광투과율이 우수하여야 하며, 발광소자 패키지(444)에서 발생하는 열에 견딜 수 있도록 충분한 내열성을 구비하고 있어야 하는 바, 커버(430)는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylen?Terephthalate;?PET), 폴리카보네이트(Polycarbonate;?PC), 또는 폴리메틸 메타크릴레이트(Polymethyl Methacrylate; PMMA) 등을 포함하는 재질로 형성되는 것이 바람직하다.
마감캡(450)은 몸체(410)의 양단에 위치하며 전원장치(미도시)를 밀폐하는 용도로 사용될 수 있다. 또한 마감캡(450)에는 전원 핀(452)이 형성되어 있어, 실시예에 따른 조명장치(400)는 기존의 형광등을 제거한 단자에 별도의 장치 없이 곧바로 사용할 수 있게 된다.
도 10은 실시예에 따른 광학시트를 포함하는 액정표시장치의 분해 사시도이다.
도 10은 에지-라이트 방식으로, 액정 표시 장치(500)는 액정표시패널(510)과 액정표시패널(510)로 빛을 제공하기 위한 백라이트 유닛(570)을 포함할 수 있다.
액정표시패널(510)은 백라이트 유닛(570)으로부터 제공되는 광을 이용하여 화상을 표시할 수 있다. 액정표시패널(510)은 액정을 사이에 두고 서로 대향하는 컬러 필터 기판(512) 및 박막 트랜지스터 기판(514)을 포함할 수 있다.
컬러 필터 기판(512)은 액정표시패널(510)을 통해 디스플레이되는 화상의 색을 구현할 수 있다.
박막 트랜지스터 기판(514)은 구동 필름(517)을 통해 다수의 회로부품이 실장되는 인쇄회로기판(518)과 전기적으로 접속되어 있다. 박막 트랜지스터 기판(514)은 인쇄회로기판(518)으로부터 제공되는 구동 신호에 응답하여 인쇄회로기판(518)으로부터 제공되는 구동 전압을 액정에 인가할 수 있다.
박막 트랜지스터 기판(514)은 유리나 플라스틱 등과 같은 투명한 재질의 다른 기판상에 박막으로 형성된 박막 트랜지스터 및 화소 전극을 포함할 수 있다.
백라이트 유닛(570)은 빛을 출력하는 발광소자 모듈(520), 발광소자 모듈(520)로부터 제공되는 빛을 면광원 형태로 변경시켜 액정표시패널(510)로 제공하는 도광판(530), 도광판(530)으로부터 제공된 빛의 휘도 분포를 균일하게 하고 수직 입사성을 향상시키는 다수의 필름(550, 566, 564) 및 도광판(530)의 후방으로 방출되는 빛을 도광판(530)으로 반사시키는 반사 시트(540)로 구성된다.
발광소자 모듈(520)은 복수의 발광소자 패키지(524)와 복수의 발광소자 패키지(524)가 실장되어 모듈을 이룰 수 있도록 PCB기판(522)을 포함할 수 있다.
특히, 발광소자 패키지(524)는 두께가 300㎚ 내지 1㎛인 도전성 반도체층(미도시)을 포함하여, 정공의 농도가 증가하고, 정공의 확산 효과가 향상됨에 따라 발광 휘도가 증가할 수 있고, 따라서 발광 효율이 개선된 백라이트 유닛(570)을 구현할 수 있다.
한편, 백라이트유닛(570)은 도광판(530)으로부터 입사되는 빛을 액정 표시 패널(510) 방향으로 확산시키는 확산필름(566)과, 확산된 빛을 집광하여 수직 입사성을 향상시키는 프리즘필름(550)으로 구성될 수 있으며, 프리즘필름(550)를 보호하기 위한 보호필름(564)을 포함할 수 있다.
도 11은 실시예에 따른 광학시트를 포함하는 액정표시장치의 분해 사시도이다. 다만, 도 10에서 도시하고 설명한 부분에 대해서는 반복하여 상세히 설명하지 않는다.
도 11은 직하 방식으로, 액정 표시 장치(600)는 액정표시패널(610)과 액정표시패널(610)로 빛을 제공하기 위한 백라이트 유닛(670)을 포함할 수 있다.
액정표시패널(610)은 도 10에서 설명한 바와 동일하므로, 상세한 설명은 생략한다.
백라이트 유닛(670)은 복수의 발광소자 모듈(623), 반사시트(624), 발광소자 모듈(623)과 반사시트(624)가 수납되는 하부 섀시(630), 발광소자 모듈(623)의 상부에 배치되는 확산판(640) 및 다수의 광학필름(660)을 포함할 수 있다.
발광소자 모듈(623) 복수의 발광소자 패키지(622)와 복수의 발광소자 패키지(622)가 실장되어 모듈을 이룰 수 있도록 PCB기판(621)을 포함할 수 있다.
특히, 발광소자 패키지(622)는 두께가 300㎚ 내지 1㎛인 도전성 반도체층(미도시)을 포함하여, 정공의 농도가 증가하고, 정공의 확산 효과가 향상됨에 따라 발광 휘도가 증가할 수 있고, 따라서 발광 효율이 개선된 백라이트 유닛(670)을 구현할 수 있다.
반사 시트(624)는 발광소자 패키지(622)에서 발생한 빛을 액정표시패널(610)이 위치한 방향으로 반사시켜 빛의 이용 효율을 향상시킨다.
한편, 발광소자 모듈(623)에서 발생한 빛은 확산판(640)에 입사하며, 확산판(640)의 상부에는 광학 필름(660)이 배치된다. 광학 필름(660)은 확산 필름(666), 프리즘필름(650) 및 보호필름(664)를 포함하여 구성된다.
실시예에 따른 발광소자는 상기한 바와 같이 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.
이상에서는 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.
100, 200 : 발광소자 110, 210 : 지지기판
120, 220 : 발광구조물 121, 221 : 제1 도전성 반도체층
122, 222 : 활성층 123, 223 : 제2 도전성 반도체층
130, 230 : 제1 전극층 140, 240 : 제2 전극층
242 : 도전층

Claims (9)

  1. 지지기판;
    상기 지지기판의 제1 면 상의 제1 전극층; 및
    상기 제1 전극층 상에 위치하고, 제1 도전성 반도체층, 제2 도전성 반도체층 및 상기 제1 도전성 반도체층과 상기 제2 도전성 반도체층 사이에 활성층을 구비하는 발광 구조물;을 포함하고,
    상기 제2 도전성 반도체층의 두께는 300㎚ 내지 1㎛이며,
    상기 제1 전극층과 상기 제2 도전성 반도체층이 접하고, 상기 제1 전극층은 단부에 절연층을 포함하는 적어도 하나의 돌기를 포함하며, 상기 제2 도전성 반도체층은 상기 돌기에 대응하는 캐비티를 포함하며,
    상기 절연층은 상기 돌기와 상기 활성층의 간격이 최단인 지점의 단부에 배치되며,
    상기 활성층부터 상기 절연층까지의 거리는 10nm 이상이며,
    상기 돌기는 두 개 이상의 복수 개로 형성되며,
    상기 복수 개의 돌기는 상기 제1 전극층에서 좌우 대칭적으로 위치하는 발광소자.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 지지기판은 상기 지지기판의 제1 면과 반대편에 위치하는 제2 면을 포함하고, 상기 지지기판의 제2 면으로부터 상기 지지기판의 제1 면까지 관통하는 홀을 적어도 하나 포함하고,
    상기 홀은 상기 제1 전극층의 돌기와 상기 제1 면과 수직한 방향으로 중첩되는 발광소자.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 지지기판의 제2 면에 제2 전극층을 포함하고, 상기 제2 전극층은 적어도 상기 홀의 내부 벽면으로 연장되어, 상기 제1 전극층과 접속하는 발광소자.
  7. 제1항 또는 제5항에 있어서,
    상기 발광 구조물의 상면은 요철구조를 포함하며,
    상기 제2 도전성 반도체층은 p형 도펀트와 함께 알루미늄(Al)이 1% 이하로 함께 도핑된 발광소자.

  8. 삭제
  9. 삭제
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