KR101827977B1 - 발광 소자 - Google Patents
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Abstract
실시 예의 발광 소자는 제1 도전형 반도체층, 활성층, 및 제2 도전형 반도체층을 포함하는 발광 구조물과, 발광 구조물 상부에 배치되는 제1 전극과, 제1 도전형 반도체층과 제1 전극 사이에 배치되는 제1 보조 반사층과, 발광 구조물 하부에 배치되는 전류 차단층 및 제2 도전형 반도체층과 전류 차단층 사이에 배치되는 제2 보조 반사층을 포함한다.
Description
실시 예는 발광 소자, 발광 소자 패키지, 조명 장치 및 표시 장치에 관한 것이다.
질화갈륨(GaN)의 금속 유기화학기상 증착법 및 분자선 성장법 등의 발달을 바탕으로 고휘도 및 백색광 구현이 가능한 적색, 녹색 및 청색 LED(Light Emitting Diode)가 개발되었다.
이러한 LED은 백열등과 형광등 등의 기존 조명기구에 사용되는 수은(Hg)과 같은 환경 유해물질이 포함되어 있지 않아 우수한 친환경성을 가지며, 긴 수명, 저전력 소비특성 등과 같은 장점이 있기 때문에 기존의 광원들을 대체하고 있다. 이러한 LED 소자의 핵심 경쟁 요소는 고효율ㆍ고출력칩 및 패키징 기술에 의한 고휘도의 구현이다.
고휘도를 구현하기 위해서 광추출 효율을 높이는게 중요하다. 광 추출 효율을 높이기 위하여 플립칩(flip-chip) 구조, 표면 요철 형성(surface texturing), 요철이 형성된 사파이어 기판(patterned sapphire substrate: PSS), 광결정 (photonic crystal) 기술, 및 반사 방지막 (anti-reflection layer) 구조 등을 이용한 다양한 방법들이 연구되고 있다.
일반적으로 발광 소자는 빛을 발생하는 발광 구조물과, 전원이 공급되는 제1 전극과 제2 전극과, 전류 분산을 목적으로 하는 전류 차단층과, 발광 구조물과 오믹 접촉하는 오믹층과, 광추출 효율을 향상시키기 위한 반사층을 포함할 수 있다. 일반적인 발광 소자의 구조에 대해서는 공개번호 10-2011-0041270에 개시되어 있다.
실시 예는 발광 효율을 높일 수 있는 발광 소자를 제공한다.
실시 예의 발광 소자는 제1 도전형 반도체층, 활성층, 및 제2 도전형 반도체층을 포함하는 발광 구조물과, 상기 발광 구조물 상부에 배치되는 전극과, 상기 제1 도전형 반도체층과 상기 전극 사이에 배치되는 제1 보조 반사층과, 상기 발광 구조물 하부에 배치되는 전류 차단층 및 상기 제2 도전형 반도체층과 상기 전류 차단층 사이에 배치되는 제2 보조 반사층을 포함한다.
상기 제1 보조 반사층의 너비는 상기 전극의 너비보다 크거나 동일할 수 있다.
상기 제1 보조 반사층의 너비는 수직선상에 오버랩되는 상기 전류 차단층의 너비보다 좁거나 동일할 수 있다.
상기 제1 보조 반사층의 두께는 3㎚ 내지 100㎚일 수 있다.
상기 제1 보조 반사층은 상기 전극의 하면 및 측면을 둘러쌀 수 있다.
상기 제1 보조 반사층은 패터닝 구조일 수 있다.
상기 제2 보조 반사층은 수직 선상의 상기 전극과 적어도 일부가 오버랩될 수 있다.
상기 제2 보조 반사층은 상기 전류 차단층의 너비보다 좁거나 동일할 수 있다.
상기 제2 보조 반사층은 상기 제1 보조 반사층의 너비와 동일하거나 클 수 있다.
상기 제2 보조 반사층의 두께는 3㎚ 내지 100㎚일 수 있다.
상기 제2 보조 반사층은 상면 또는 측면이 적어도 일부가 거칠기 구조일 수 있다.
상기 제2 보조 반사층은 패터닝 구조일 수 있다.
상기 발광 구조물의 측면 및 제1 도전형 반도체층 상에 배치되는 패시베이션층(passivation layer)을 더 포함할 수 있다.
상기 상기 제1 보조 반사층 및 제2 보조 반사층의 너비는 3㎛ 내지 20㎛ 이내일 수 있다.
실시 예는 발광 소자의 광효율을 높일 수 있다.
도 1은 실시 예에 따른 발광 소자의 평면도이고,
도 2는 도 1에 도시된 발광 소자를 AB 방향으로 절단한 단면도이고,
도 3 및 도 4는 발광 소자의 다른 실시 예의 단면도이고,
도 5는 실시 예에 따른 발광 소자를 포함하는 발광 소자 패키지를 나타내고,
도 6은 실시 예에 따른 발광 소자 패키지를 포함하는 조명 장치의 분해 사시도이고,
도 7은 실시 예에 따른 발광 소자 패키지를 포함하는 표시 장치를 나타낸다.
도 2는 도 1에 도시된 발광 소자를 AB 방향으로 절단한 단면도이고,
도 3 및 도 4는 발광 소자의 다른 실시 예의 단면도이고,
도 5는 실시 예에 따른 발광 소자를 포함하는 발광 소자 패키지를 나타내고,
도 6은 실시 예에 따른 발광 소자 패키지를 포함하는 조명 장치의 분해 사시도이고,
도 7은 실시 예에 따른 발광 소자 패키지를 포함하는 표시 장치를 나타낸다.
이하, 실시 예들은 첨부된 도면 및 실시 예들에 대한 설명을 통하여 명백하게 드러나게 될 것이다. 실시 예의 설명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴들의 "상/위(on)"에 또는 "하/아래(under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "상/위(on)"와 "하/아래(under)"는 "직접(directly)" 또는 "다른 층을 개재하여 (indirectly)" 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 각 층의 상/위 또는 하/아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다.
도면에서 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다. 또한 동일한 참조번호는 도면의 설명을 통하여 동일한 요소를 나타낸다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시 예에 따른 발광 소자, 그 제조 방법, 및 발광 소자 패키지를 설명한다.
도 1은 실시 예에 따른 발광 소자(100)의 평면도를 나타내고, 도 2는 도 1에 도시된 발광 소자(100)의 AB 방향의 단면도를 나타낸다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 발광 소자(100)는 발광 구조물(light emitting structure, 240), 전극(260), 제1 보조 반사층(280), 전류 차단층(current blocking layer, 235), 제2 보조 반사층(270), 오믹층(ohmic layer, 230), 반사층(reflective layer, 225), 배리어층(barrier layer, 220), 접합층(bonding layer, 215), 지지층(supporter, 210) 및 패시베이션층(passivation layer, 250)을 포함한다.
발광 구조물(240)은 빛을 발생하며, 복수의 반도체층들을 포함할 수 있다. 발광 구조물(240)의 측면은 단위 칩으로 구분하는 아이솔레이션(isolation) 에칭을 통하여 경사면이 될 수 있다.
발광 구조물(240)은 복수의 3족 내지 5족 원소의 화합물 반도체층들을 포함할 수 있다. 발광 구조물(240)은 제1 도전형 반도체층(246), 활성층(244), 및 제2 도전형 반도체층(242)을 포함할 수 있다.
제2 도전형 반도체층(242)은 제1 도전형 반도체층(246) 아래에 위치하며, 활성층(244)은 제1 도전형 반도체층(246)과 제2 도전형 반도체층(242) 사이에 위치할 수 있다.
제2 도전형 반도체층(242)은 제2 도전형 도펀트가 도핑된 3족-5족 원소의 화합물 반도체일 수 있다. 제2 도전형 반도체층(242)은 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, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP, AlGaInP 등에서 선택될 수 있으며, Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등의 p형 도펀트가 도핑될 수 있다.
활성층(244)은 제2 도전형 반도체층(142) 상에 배치되며, 제2 도전형 반도체층(242) 및 제1 도전형 반도체층(246)으로부터 제공되는 전자(electron)와 정공(hole)의 재결합(recombination) 과정에서 발생하는 에너지에 의해 광을 생성할 수 있다. 활성층(244)은 단일 양자 우물 구조, 다중 양자 우물 구조(MQW), 양자점 구조 또는 양자선 구조 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
활성층(244)이 양자우물구조로 형성된 경우, 활성층(244)은 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 포함하는 단일 또는 다중 양자 우물 구조일 수 있다. 우물층은 장벽층의 에너지 밴드 갭보다 낮은 밴드 갭을 갖는 물질로 형성될 수 있다.
제1 도전형 반도체층(246)은 활성층(244) 상에 배치되며, 제1 도전형 도펀트가 도핑된 3족-5족 원소의 화합물 반도체일 수 있다. 제1 도전형 반도체층(246)은 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, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP, AlGaInP 등에서 선택될 수 있으며, Si, Ge, Sn, Se, Te 등의 n형 도펀트가 도핑될 수 있다.
활성층(244)과 제1 도전형 반도체층(246) 사이, 또는 활성층(244)과 제2 도전형 반도체층(242) 사이에는 도전형 클래드층(clad layer)이 배치될 수도 있으며, 도전형 클래드층은 질화물 반도체(예컨대, AlGaN)로 형성될 수 있다.
발광 구조물(240)은 제2 도전형 반도체층(242) 아래에 제3 도전형 반도체층(미도시)을 더 포함할 수 있으며, 제3 도전형 반도체층은 상기 제2 도전형 반도체층(242)과 반대의 극성을 가질 수 있다. 제1 도전형 반도체층(242)은 P형 반도체층이고, 제2 도전형 반도체층(242)은 N형 반도체층으로 구현될 수 있으며, 이에 따라 발광 구조물(240)은 N-P 접합, P-N 접합, N-P-N 접합, 및 P-N-P 접합 구조 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
제1 보조 반사층(280)은 발광 구조물(240)과 전극(260) 사이에 배치되며, 전극(260)의 너비(b)보다 넓거나 동일한 너비(a)로 배치될 수 있다. 제1 보조 반사층(280)의 너비(a)는 제1 보조 반사층(280)과 수직 선상으로 대응하는 전류 차단층(235)에 대응하는 너비(c)보다 좁거나 동일하게 배치될 수 있다.
제1 보조 반사층(280)은 발광 구조물(240)로부터 전극(260)으로 향하는 광을 반사시켜 발광구조물(240)로부터 외부로 발광하는 광량을 증가시킴으로써 발광소자(100)의 광효율을 높일 수 있다.
제1 보조 반사층(280)은 Ag, Ni, Al, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au, Hf 중 적어도 하나를 포함하는 금속 또는 이들의 합금으로 형성될 수 있다.
제1 보조반사층(280)은 예를 들어, 패시베이션층(250) 상에 상기 언급한 재료 중 적어도 하나를 도포하고, 상기 도포된 재료 상부에 감광막 패턴을 형성하고, 상기 감광막 패턴을 마스크로 상기 도포된 재료를 식각하여 패터닝된 제1 보조 반사층(280)을 형성할 수 있다.
제1 보조반사층(280)은 전류차단층(235)과 수직선상에 일부 오버랩될 수 있고, 너비(a)는 전극(260)의 너비(b)보다 크거나 동일한 너비로 형성될 수 있으며, 전류차단층(235)의 너비(c)와 동일하거나 좁게 형성될 수 있고, 제1 보조반사층(280)의 두께는 3㎚ 내지 100㎚로 형성될 수 있다.
발광 구조물(240)로부터 전극(260)에 의해 흡수 또는 차단되는 빛을 제1 보조반사층(280)을 통해 외부로 반사시키기 위해 전극(260)의 너비(b)보다 제1 보조반사층(280)의 너비(a)를 넓게, 최소 3㎛ 내지 20㎛로 형성될 수 있다.
전극(260)은 제1 보조 반사층(280) 상에 제1 보조 반사층(280)의 너비(a)보다 좁거나 동일한 너비(b)로 형성될 수 있다. 전극(260)은 소정의 패턴 형상일 수 있다.
제1 도전형 반도체층(246)의 상면은 광 추출 효율을 증가시키기 위해 거칠기(roughness, 255)가 형성될 수 있다. 또한 광 추출 효율을 증가시키기 위하여 전극(260)의 표면에도 거칠기(미도시)가 형성될 수 있다.
전극(260)은 제1 도전형 반도체층(246)의 상면 가장 자리를 따라 배치되는 외부 전극(92a, 92b, 92c, 92d)과, 외부 전극(92a,92b, 92c,92d)의 내부에 배치되는 내부 전극(94a, 94b)을 포함할 수 있다.
도 1 및 도 2는 외부 전극(92a,92b,92c,92d) 및 내부 전극(94a, 및 94b)의 일 실시 예를 도시하나, 전극(260)은 도 1 및 도 2에 도시된 구조에 한정되는 것은 아니며, 다양한 형태로 구현될 수 있다.
외부 전극(92a,92b,92c,92d)은 제1 외부 전극(92a), 제2 외부 전극(92b), 제3 외부 전극(92c), 및 제4 외부 전극(92d)을 포함할 수 있다. 내부 전극(94a 및 94b)은 제1 내부 전극(94a), 및 제2 내부 전극(94b)을 포함할 수 있다.
외부 전극(92a, 92b,92c,92d)은 제1 도전형 반도체층(246)의 최외곽부로부터 일정 거리(예컨대, 50㎛) 이격하여 배치될 수 있다. 외부 전극(92a,92b,92c,92d)은 4개의 변과 4개의 꼭지점을 갖는 사각형 형태일 수 있다. 제1 외부 전극(92a) 및 제2 외부 전극(92b)은 제1 방향(예컨대, y축 방향)으로 연장될 수 있다. 제3 외부 전극(92c) 및 제4 외부 전극(92d)은 제1 방향에 수직한 제2 방향(예컨대, x축 방향)으로 연장되어 제1 외부 전극(92a)과 제2 외부 전극(92b)과 연결될 수 있다.
전극(260)은 외부 전원이 공급되도록 와이어가 본딩되는 패드부(102a, 102b)를 더 포함할 수 있다. 패드부(102a, 102b)는 외부 전극(92a,92b,92c,92d)이 서로 만나는 곳 또는 외부 전극(92a,92b,92c,92d)과 내부 전극(94a 및 94b)이 서로 만나는 곳에 마련될 수 있다.
패드부(102a, 102b)는 제1 패드부(102a)와 제2 패드부(102b)를 포함할 수 있다. 제1 패드부(102a)는 제1 외부 전극(92a)과 제3 외부 전극(92c)이 접하는 부분에 배치되고, 제2 패드부(102b)는 제2 외부 전극(92b)과 제3 외부 전극(92c)이 접하는 부분에 배치될 수 있다.
제1 내부 전극(94a)은 제1 방향으로 연장되어 제3 외부 전극(92c) 및 제4 외부 전극(92d)을 연결한다. 제2 내부 전극(94b)은 제2 방향으로 연장되고, 제1 내부 전극(94a)과 연결된다. 또한 제2 내부 전극(94b)은 제1 외부 전극(92a) 및 제2 외부 전극(92b)을 서로 연결할 수 있다.
전류 차단층(235)은 발광 구조물(240) 아래에 배치되며, 제2 도전형 반도체층(242)의 하면에 접촉할 수 있다. 예컨대, 전류 차단층(235)은 제2 도전형 반도체층(242) 하면의 일부 영역 상에 배치될 수 있다.
전류 차단층(235)은 전극(260)과 전극층(225) 사이에 위치하는 발광 구조물(240)의 특정 영역에 전류가 집중되는 현상을 완화하여 발광 소자(100)의 발광 효율을 향상시킬 수 있다.
전류 차단층(235)은 전극(260)에 상응하여 배치되며, 수직 방향으로 전극(260)과 적어도 일부가 오버랩된다. 전류 차단층(235)은 전극(260)의 패턴에 대응하는 패턴 형상을 가질 수 있다. 여기서 수직 방향은 제2 도전형 반도체층(242)으로부터 제1 도전형 반도체층(246)으로 향하는 방향일 수 있다.
전류 차단층(235)은 반사층(225) 또는 오믹층(230)보다 전기 전도성이 낮은 물질, 또는 제2 도전형 반도체층(242)과 쇼트키 접촉(Schottky contact)을 형성하는 물질, 또는 전기 절연성 물질일 수 있다. 예를 들어, 전류 차단층(235)은 ZnO, SiO2, SiON, Si3N4, Al2O3 , TiO2, AiN 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
제2 보조 반사층(270)은 발광 구조물(240)과 전류 차단층(235) 사이에 배치되며, 전류 차단층(235) 상에 전류 차단층(235)의 너비(c)보다 좁거나 동일한 너비(d)으로 배치될 수 있다. 제2 보조 반사층(270)은 수직방향으로 제1 전극(260)과 적어도 일부가 오버랩될 수 있다.
제2 보조 반사층(270)은 발광 구조물(240)로부터 전극(260)에 의해 반사되어 칩 내부로 재흡수되려는 광을 반사시킴으로써, 발광 구조물(240)의 외부로 발광하는 광량을 증가시킬 수 있다.
제2 보조 반사층(270)은 Ag, Ni, Al, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au, Hf 중 적어도 하나를 포함하는 금속 또는 이들의 합금으로 형성될 수 있다.
제2 보조반사층(270)은 예를 들어, 전극층(225) 및 오믹층(230) 상에 상기 언급한 재료 중 적어도 하나를 도포하고, 상기 도포된 재료 상부에 감광막 패턴을 형성하고, 상기 감광막 패턴을 마스크로 상기 도포된 재료를 식각하여 패터닝된 제2 보조 반사층(270)을 형성할 수 있다.
제2 보조반사층(270)은 전류차단층(235) 상에 형성되고, 너비(d)는 전류차단층(c)의 너비와 동일하거나 좁게 형성될 수 있고, 제1 보조반사층(280)의 너비(a)와 동일하거나 크게 형성될 수 있으며, 제2 보조반사층(270)의 두께는 3㎚ 내지 100㎚로 형성될 수 있다.
발광 구조물(240)로부터 전류차단층(235)에 의해 흡수되거나 외부로 방출되지 못하는 빛을 제2 보조반사층(270)을 통해 반사시킴과 동시에, 전류차단층(235)의 기능을 방해하지 않도록 제2 보조 반사층(270)의 너비(d)를 전류차단층(235)의 상부에 전류차단층(235)의 너비(c)보다 좁게 최소한 3㎛ 내지 20㎛로 형성할 수 있다.
오믹층(230)은 발광 구조물(240) 아래에 배치되며, 제2 도전형 반도체층(242)과 오믹 접촉한다. 오믹층(230)은 전극층(225)으로부터 발광 구조물(240)로 전원이 원활히 공급되도록 하는 역할을 한다. 예컨대, 오믹층(230)은 In, Zn, Sn, Ni, 및 Pt 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
오믹층(230)은 제2 도전형 반도체층(242)과 접촉하고, 전류 차단층(235)을 둘러싼다. 전류 차단층(235)의 상면의 일부에는 제2 보조 반사층(270)이 배치되어 있고, 나머지 일부는 제2 도전형 반도체층(142)과 접촉하고, 전류 차단층(235)의 하면 및 측면은 오믹층(230)과 접촉할 수 있다.
반사층(225)은 오믹층(230) 아래에 배치되며, 발광 구조물(240)로부터 입사되는 광을 반사시켜 발광 소자(100)의 광 추출 효율을 향상시킨다. 반사층(225)은 Ag, Ni, Al, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au, Hf 중 적어도 하나를 포함하는 금속 또는 이들의 합금으로 형성될 수 있다. 반사층(225)은 오믹층(230)의 최외각 측면과 접하며, 오믹층(230)의 둘레를 감쌀 수 있다.
배리어층(220)은 반사층(225) 아래에 배치되며, 지지층(210)의 금속 이온이 반사층(225)과 오믹층(230)으로 전달 또는 확산하는 것을 방지한다. 배리어층(220)은 배리어 금속 물질, 예컨대, Pt, Ti, W, V, Fe, Mo 중 적어도 하나를 포함하며, 단일층(single layer) 또는 멀티층(multilayer)일 수 있다.
지지층(210)은 배리어층(220) 아래에 배치되고, 접합층(215)은 배리어층(220)과 지지층(210) 사이에 배치된다. 지지층(210)은 발광 구조물(240)을 지지하며, 발광 구조물(240)에 예컨대, 양의 전원을 제공할 수 있다.
예컨대, 지지층(210)은 구리(Cu), 텅스텐(W), 및 몰리브덴(Mo) 중 적어도 하나를 포함하는 금속층일 수 있으며, Si, Ge, GaAs, ZnO, SiC 중 적어도 하나를 포함하는 반도체일 수 있다.
접합층(215)은 지지층(210)을 배리어층(220)에 접합시키는 역할을 한다. 예컨대, 접합층(215)은 Au, Sn, Ni, Nb, In, Cu, Ag 및 Pd 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
접합층(215)은 지지층(210)을 본딩 방식으로 배리어층(220)에 접합하기 위한 것이므로 지지층(210)이 도금이나 증착 방법으로 형성되는 경우에는 접합층(215)은 생략될 수 있다.
패시베이션층(250)은 발광 구조물(240)의 측면 및 상면 중 적어도 하나에 배치된다. 도 1 및 도 2에 도시된 실시 예에서는 발광 구조물(240)의 측면 및 상면 상에 패시베이션층(250)이 형성되는 것을 도시하였으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 패시베이션층(250)은 발광 구조물(240)의 측면 상에만 국부적으로 형성될 수도 있다.
예컨대, 패시베이션층(250)은 발광 구조물(240)의 측면 및 배리어층(220)을 덮을 수 있다. 배리어층(220)과 접촉하는 패시베이션층(250)의 하면은 전류 차단층(235)의 하면(301,302)보다 낮게 위치할 수 있다.
패시베이션층(250)은 발광 구조물(240)을 전기적으로 보호하기 위하여 발광 구조물(240)을 감쌀 수 있다. 또한 패시베이션층(250)은 제1 도전형 반도체층(246)의 상면에 배치되어, 제1 보조 반사층(280)과 접촉할 수 있다. 패시베이션층(250)은 절연 물질, 예컨대, SiO2, SiOx, SiOxNy, Si3N4, Al2O3 로 형성될 수 있다.
도 3 및 도 4는 도 2에 도시된 제1 보조 반사층(280) 및 제2 보조 반사층(270)의 다른 구조의 실시 예를 도시한다.
도 3 및 도 4에서 도 2의 실시 예와 동일한 구성 요소에 대해서는 동일한 도면 부호로 처리하며, 중복 설명은 생략하기로 한다.
도 3을 참조하면, 제1 보조 반사층(282)은 발광 구조물(240) 상에 배치되고, 전극(262)의 둘레를 감쌀 수 있다. 즉, 제1 보조 반사층(282)은 전극(262)의 측면 및 바닥면을 둘러싸는 구조로써, 발광구조물(240)로부터 전극(262)의 바닥면뿐만 아니라 측면으로 향하여 흡수되려는 광을 재반사시킬 수 있다.
전극(262)은 제1 보조 반사층(282)에 둘러싸이지 않고 오픈된 상면을 통하여 내부 또는 외부 전극과 전기적으로 연결될 수 있다.
제2 보조 반사층(272)은 전류 차단층(235)의 너비보다 좁은 너비으로 배치될 수 있다. 제2 보조 반사층(272)의 상면은 광 반사 효율을 증가시키기 위한 거칠기(roughness)가 포함될 수 있다. 또한, 제2 보조 반사층(272)의 측면에도 거칠기가 포함될 수 있다.
도 4를 참조하면, 제1 보조 반사층(284)은 발광 구조물(240)과 전극(264) 사이에 패터닝(patterning) 구조로 배치될 수 있다. 제1 보조 반사층(284)의 패터닝 구조는 전극(264)의 가장자리 너비보다 넓고 전류 차단층(235)에 대응되는 너비보다 좁은 범위 내에서 형성될 수 있다.
전극(264)은 제1 보조 반사층(284)의 패터닝 구조 사이를 메우고, 제1 보조 반사층(284)의 가장자리 너비보다 좁은 너비으로 제1 보조 반사층(284) 상면에 형성될 수 있다.
제2 보조 반사층(274)은 전류 차단층(235)의 너비보다 좁은 범위 내에서 패터닝 구조로 배치될 수 있다.
실시 예는 발광 구조물(240)의 상부 및 하부에 각각 보조적으로 반사층(270, 280)을 배치하여, 발광 구조물(240)로부터 외부로 발광되지 못하고 흡수되는 빛을 재반사시킴으로써 발광 소자의 광효율을 향상시킬 수 있다.
이상에서는 수직형 발광 소자에 보조 반사층이 형성되는 실시 예를 설명하였으나, 수평형 발광 소자에도 적용 가능하다.
도 5는 실시 예에 따른 발광 소자를 포함하는 발광 소자 패키지(600)를 나타낸다. 도 5를 참조하면, 발광 소자 패키지(600)는 패키지 몸체(610), 제1 금속층(612), 제2 금속층(614), 발광 소자(620), 반사판(625), 와이어(630), 및 수지층(resin layer, 640)을 포함한다.
패키지 몸체(610)는 일측 영역에 캐버티(cavity)가 형성된 구조일 수 있다. 이때 캐버티의 측벽은 경사지게 형성될 수 있다. 패키지 몸체(610)는 실리콘 기반의 웨이퍼 레벨 패키지(wafer level package), 실리콘 기판, 실리콘 카바이드(SiC), 질화알루미늄(aluminum nitride, AlN) 등과 같이 절연성 또는 열전도도가 좋은 기판으로 형성될 수 있으며, 복수 개의 기판이 적층되는 구조일 수 있다. 실시 예는 상술한 몸체의 재질, 구조, 및 형상으로 한정되지 않는다.
제1 금속층(612) 및 제2 금속층(614)은 열 배출이나 발광 소자(620)의 장착을 고려하여 서로 전기적으로 분리되도록 패키지 몸체(610)의 표면에 배치된다. 예컨대, 제1 금속층(612) 및 제2 금속층(614)은 캐버티 내에 배치될 수 있다.
발광 소자(620)는 제1 금속층(612) 및 제2 금속층(614)과 전기적으로 연결되며, 발광 소자(620)로부터 발생하는 열은 제1 금속층(612) 및 제2 금속층(614)을 통하여 방출될 수 있다. 여기서 발광 소자(620)는 실시 예에 따른 발광 소자(100)일 수 있다.
도 2, 도 3 또는 도 4에 도시된 발광 소자(100)의 지지층(210)은 도 5에 도시된 제2 금속층(614)에 전기적으로 연결될 수 있다. 전극(260, 262, 264)은 와이어(630)에 의하여 제1 금속층(612)과 전기적으로 연결될 수 있다. 예컨대, 와이어(630)의 일측은 제1 패드부(102a) 및 제2 패드부(102b)에 접합될 수 있다.
반사판(625)은 발광 소자(620)에서 방출된 빛을 소정의 방향으로 지향하도록 패키지 몸체(510)의 캐버티 측벽에 형성된다. 반사판(625)은 광반사 물질로 이루어지며, 예컨대, 금속 코팅이거나 금속 박편일 수 있다.
수지층(640)은 패키지 몸체(610)의 캐버티 내에 위치하는 발광 소자(620)를 포위하여 발광 소자(620)를 외부 환경으로부터 보호한다. 수지층(640)은 에폭시 또는 실리콘과 같은 무색 투명한 고분자 수지 재질로 이루어진다. 수지층(640)은 발광 소자(620)에서 방출된 광의 파장을 변화시킬 수 있도록 형광체가 포함될 수 있다.
실시 예에 따른 발광 소자 패키지는 복수 개가 기판 상에 어레이되며, 발광 소자 패키지의 광 경로 상에 광학 부재인 도광판, 프리즘 시트, 확산 시트 등이 배치될 수 있다. 이러한 발광 소자 패키지, 기판, 광학 부재는 백라이트 유닛으로 기능할 수 있다.
또 다른 실시 예는 상술한 실시 예들에 기재된 발광 소자 또는 발광 소자 패키지를 포함하는 표시 장치, 지시 장치, 조명 시스템으로 구현될 수 있으며, 예를 들어, 조명 시스템은 램프, 가로등을 포함할 수 있다.
도 6은 실시 예에 따른 발광 소자 패키지(600)를 포함하는 조명 장치의 분해 사시도이다. 도 6을 참조하면, 실시 예에 따른 조명 장치는 광을 투사하는 광원(750)과 광원(750)이 내장되는 하우징(700)과 광원(750)의 열을 방출하는 방열부(740) 및 광원(750)과 방열부(740)를 하우징(700)에 결합하는 홀더(760)를 포함한다.
하우징(700)은 전기 소켓(미도시)에 결합되는 소켓 결합부(710)와, 소켓 결합부(710)와 연결되고 광원(750)이 내장되는 몸체부(730)를 포함한다. 몸체부(730)에는 하나의 공기 유동구(720)가 관통하여 형성될 수 있다.
하우징(700)의 몸체부(730) 상에 복수 개의 공기 유동구(720)가 구비되며, 공기 유동구(720)는 하나이거나, 복수 개일 수 있다. 공기 유동구(720)는 몸체부(730)에 방사상으로 배치되거나 다양한 형태로 배치될 수 있다.
광원(750)은 기판(754) 상에 구비되는 복수 개의 발광 소자 패키지(752)를 포함한다. 발광 소자 패키지(752)는 도 5에 구현된 발광 소자 패키지(600)와 같이 구현될 수 있다. 기판(754)은 하우징(700)의 개구부에 삽입될 수 있는 형상일 수 있으며, 후술하는 바와 같이 방열부(740)로 열을 전달하기 위하여 열전도율이 높은 물질로 이루어질 수 있다.
광원(750)의 하부에는 홀더(760)가 구비되며, 홀더(760)는 프레임 및 다른 공기 유동구를 포함할 수 있다. 또한, 도시되지는 않았으나 광원(750)의 하부에는 광학 부재가 구비되어 광원(750)의 발광 소자 패키지(752)에서 투사되는 빛을 확산, 산란 또는 수렴시킬 수 있다. 실시 예에 따른 조명 장치는 동작 전압이 낮은 발광 소자를 포함하는 발광 소자 패키지를 사용하여, 조명 장치의 광 출력 효율을 향상시킬 수 있다.
도 7은 실시 예에 따른 발광 소자 패키지를 포함하는 표시 장치를 나타낸다.
도 7을 참조하면, 표시 장치(800)는 바텀 커버(810)와, 바텀 커버(810) 상에 배치되는 반사판(820)과, 광을 방출하는 발광 모듈(830, 835)과, 반사판(820)의 전방에 배치되며 상기 발광 모듈(830,835)에서 발산되는 빛을 표시 장치 전방으로 안내하는 도광판(840)과, 도광판(840)의 전방에 배치되는 프리즘 시트들(850,860)을 포함하는 광학 시트와, 광학 시트 전방에 배치되는 디스플레이 패널(870)과, 디스플레이 패널(870)과 연결되고 디스플레이 패널(870)에 화상 신호를 공급하는 화상 신호 출력 회로(872)와, 디스플레이 패널(870)의 전방에 배치되는 컬러 필터(880)를 포함할 수 있다. 여기서 바텀 커버(810), 반사판(820), 발광 모듈(830,835), 도광판(840), 및 광학 시트는 백라이트 유닛(Backlight Unit)을 이룰 수 있다.
발광 모듈은 기판(830) 상의 발광 소자 패키지(835)를 포함하여 이루어진다. 여기서, 기판(830)은 PCB 등이 사용될 수 있다. 발광 소자 패키지(835)는 실시 예에 따른 발광 소자 패키지(200)일 수 있다.
바텀 커버(810)는 표시 장치(800) 내의 구성 요소들을 수납할 수 있다. 그리고, 반사판(820)은 본 도면처럼 별도의 구성요소로 마련될 수도 있으며, 도광판(840)의 후면이나, 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 폴리메틸메타크릴레이트(PolyMethylMethAcrylate; PMMA), 폴리카보네이트(PolyCarbonate; PC), 또는 폴리에틸렌(PolyEthylene; PE) 등으로 형성될 수 있다.
그리고, 제1 프리즘 시트(850)는 지지 필름의 일면에, 투광성이면서 탄성을 갖는 중합체 재료로 형성될 수 있으며, 중합체는 복수 개의 입체구조가 반복적으로 형성된 프리즘층을 가질 수 있다. 여기서, 복수 개의 패턴은 도시된 바와 같이 마루와 골이 반복적으로 스트라이프 타입으로 구비될 수 있다.
그리고, 제2 프리즘 시트(860)에서 지지 필름 일면의 마루와 골의 방향은, 제1 프리즘 시트(850) 내의 지지필름 일면의 마루와 골의 방향과 수직할 수 있다. 이는 발광 모듈과 반사 시트로부터 전달된 빛을 디스플레이 패널(1870)의 전면으로 고르게 분산하기 위함이다.
그리고, 도시되지는 않았으나, 도광판(840)과 제1 프리즘 시트(850) 사이에 확산 시트가 배치될 수 있다. 확산 시트는 폴리에스터와 폴리카보네이트 계열의 재료로 이루어질 수 있으며, 백라이트 유닛으로부터 입사된 빛을 굴절과 산란을 통하여 광 투사각을 최대로 넓힐 수 있다. 그리고, 확산 시트는 광확산제를 포함하는 지지층과, 광출사면(제1 프리즘 시트 방향)과 광입사면(반사시트 방향)에 형성되며 광확산제를 포함하지 않는 제1 레이어와 제2 레이어를 포함할 수 있다.
실시 예에서 확산 시트, 제1 프리즘시트(850), 및 제2 프리즘시트(1860)가 광학 시트를 이루는데, 광학 시트는 다른 조합 예를 들어, 마이크로 렌즈 어레이로 이루어지거나 확산 시트와 마이크로 렌즈 어레이의 조합 또는 하나의 프리즘 시트와 마이크로 렌즈 어레이의 조합 등으로 이루어질 수 있다.
디스플레이 패널(870)은 액정 표시 패널(Liquid crystal display)가 배치될 수 있는데, 액정 표시 패널(860) 외에 광원을 필요로 하는 다른 종류의 표시 장치가 구비될 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 상술한 실시 예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 종래의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.
225: 전극층, 210: 지지층,
215: 접합층, 220: 배리어층,
225: 반사층, 230: 오믹층,
235: 전류 차단층, 240: 발광 구조물,
242: 제2 도전형 반도체층, 244: 활성층,
246: 제1 도전형 반도체층, 250: 패시베이션층,
260: 전극, 270: 제2 보조 반사층,
280: 제1 보조 반사층.
215: 접합층, 220: 배리어층,
225: 반사층, 230: 오믹층,
235: 전류 차단층, 240: 발광 구조물,
242: 제2 도전형 반도체층, 244: 활성층,
246: 제1 도전형 반도체층, 250: 패시베이션층,
260: 전극, 270: 제2 보조 반사층,
280: 제1 보조 반사층.
Claims (14)
- 제1 도전형 반도체층, 활성층, 및 제2 도전형 반도체층을 포함하는 발광 구조물;
상기 발광 구조물 상부에 배치되는 전극;
상기 제1 도전형 반도체층과 상기 전극 사이에 배치되는 제1 보조 반사층;
상기 발광 구조물 하부에 배치되는 전류 차단층; 및
상기 제2 도전형 반도체층과 상기 전류 차단층 사이에 배치되는 제2 보조 반사층을 포함하고, 상기 제2 보조 반사층은 수직 선상의 상기 전극과 적어도 일부가 오버랩되는 발광 소자. - 제1 도전형 반도체층, 활성층, 및 제2 도전형 반도체층을 포함하는 발광 구조물;
상기 발광 구조물 상부에 배치되는 전극;
상기 제1 도전형 반도체층과 상기 전극 사이에 배치되는 제1 보조 반사층;
상기 발광 구조물 하부에 배치되는 전류 차단층; 및
상기 제2 도전형 반도체층과 상기 전류 차단층 사이에 배치되는 제2 보조 반사층을 포함하고, 상기 제2 보조 반사층의 너비는 상기 전류 차단층의 너비보다 좁거나 동일한 발광 소자. - 제1 도전형 반도체층, 활성층, 및 제2 도전형 반도체층을 포함하는 발광 구조물;
상기 발광 구조물 상부에 배치되는 전극;
상기 제1 도전형 반도체층과 상기 전극 사이에 배치되는 제1 보조 반사층;
상기 발광 구조물 하부에 배치되는 전류 차단층; 및
상기 제2 도전형 반도체층과 상기 전류 차단층 사이에 배치되는 제2 보조 반사층을 포함하고, 상기 제2 보조 반사층의 너비는 상기 제1 보조 반사층의 너비와 동일하거나 큰 발광 소자. - 제1 도전형 반도체층, 활성층, 및 제2 도전형 반도체층을 포함하는 발광 구조물;
상기 발광 구조물 상부에 배치되는 전극;
상기 제1 도전형 반도체층과 상기 전극 사이에 배치되는 제1 보조 반사층;
상기 발광 구조물 하부에 배치되는 전류 차단층; 및
상기 제2 도전형 반도체층과 상기 전류 차단층 사이에 배치되는 제2 보조 반사층을 포함하고, 상기 제2 보조 반사층은 상면 또는 측면이 적어도 일부가 거칠기 구조인 발광 소자. - 제1 도전형 반도체층, 활성층, 및 제2 도전형 반도체층을 포함하는 발광 구조물;
상기 발광 구조물 상부에 배치되는 전극;
상기 제1 도전형 반도체층과 상기 전극 사이에 배치되는 제1 보조 반사층;
상기 발광 구조물 하부에 배치되는 전류 차단층; 및
상기 제2 도전형 반도체층과 상기 전류 차단층 사이에 배치되는 제2 보조 반사층을 포함하고, 상기 제2 보조 반사층은 패터닝 구조인 발광 소자. - 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 보조 반사층의 너비는 상기 전극의 너비보다 크거나 동일하고, 상기 제1 보조 반사층의 너비는 수직선상에 오버랩되는 상기 전류 차단층의 너비보다 좁거나 동일한 발광 소자. - 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 보조 반사층 및 제2 반사층의 두께는 3㎚ 내지 100㎚이고, 상기 제1 보조 반사층 및 제2 보조 반사층의 너비는 3㎛ 내지 20㎛ 이내인 발광 소자. - 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 보조 반사층은 상기 전극의 하면 및 측면을 둘러싸고, 패터닝 구조인 발광 소자. - 삭제
- 삭제
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|---|---|---|---|
| KR1020110112354A KR101827977B1 (ko) | 2011-10-31 | 2011-10-31 | 발광 소자 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020110112354A KR101827977B1 (ko) | 2011-10-31 | 2011-10-31 | 발광 소자 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20130047373A KR20130047373A (ko) | 2013-05-08 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101047721B1 (ko) * | 2010-03-09 | 2011-07-08 | 엘지이노텍 주식회사 | 발광 소자, 발광 소자 제조방법 및 발광 소자 패키지 |
-
2011
- 2011-10-31 KR KR1020110112354A patent/KR101827977B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (1)
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| KR20130047373A (ko) | 2013-05-08 |
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