KR101832314B1

KR101832314B1 - 발광소자

Info

Publication number: KR101832314B1
Application number: KR1020110087055A
Authority: KR
Inventors: 최운경; 이헌; 변경재
Original assignee: 엘지이노텍 주식회사; 고려대학교 산학협력단
Priority date: 2011-08-30
Filing date: 2011-08-30
Publication date: 2018-02-26
Also published as: KR20130023939A

Abstract

실시예는 제1 도전형 반도체층, 제2 도전형 반도체층 및 상기 제1 도전형 반도체층과 제2 도전형 반도체층 사이에 배치되는 활성층을 포함하는 발광 구조물; 및 상기 발광 구조물 상에 배치되고 나노 공동을 포함하는 광추출 구조를 포함하는 발광소자를 제공한다.

Description

발광소자{Light emitting device}

실시예는 발광소자에 관한 것이다.

반도체의 3-5족 또는 2-6족 화합물 반도체 물질을 이용한 발광 다이오드(Light Emitting Diode)나 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 가능하며, 형광등, 백열등 등 기존의 광원에 비해 저소비전력, 반영구적인 수명, 빠른 응답속도, 안전성, 환경친화성의 장점을 가진다.

따라서, 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.

고휘도의 발광 다이오드를 얻기 위하여, 활성층의 품질을 개선하여 내부 양자 효율을 올리는 방법과, 활성층에서 발생한 빛을 외부로 방출하는 것을 도와 주고 필요한 방향으로 모아줌으로써 광 추출 효율을 증대시키는 방법이 있다.

광 추출 효율(Light Extraction Efficiency)은 발광 다이오드에 주입된 전자와 발광 다이오드 밖으로 방출되는 광자의 비에 의하여 결정되며 광 추출 효율이 높을수록 밝은 발광 다이오드를 의미한다.

질화물계 발광 다이오드에서는, 활성층에서 발생한 빛이 외부로 빠져 나갈때, 질화물계 반도체 물질과 외부와의 굴절율 차이에 의해 전반사 조건이 발생하게 되어 전반사의 임계각 이상의 각도로 입사된 광은 외부로 빠져나가지 못하고 반사되어 다시 소자 내부로 들어오게 된다.

이러한 문제점을 해결하기 위해 발광 다이오드의 표면을 식각하여 표면에 거칠기를 형성하는 방법이 있으나, 추가적인 식각 공정을 수행함으로써 제조 공정이 복잡해지고 제조 시간이 오래 걸릴 수 있으며, 발광 다이오드에서 외부로 방출되는 빛이 경계면에서 전반사하고 내부로 재입사되어 발광 다이오드의 광효율이 저하될 수 있다.

실시예는 발광소자의 광추출 효율을 증가시키고자 한다.

광추출 구조는, 나노 요철이 형성된 제1층과 나노 공동을 사이에 두고 상기 제1층 상에 배치되는 제2층을 포함할 수 있다.

광추출 구조는, 나노 요철이 제1 도전형 반도체층 또는 제2 도전형 반도체층에 형성되고, 상기 나노 요철과 나노 공동을 사이에 두고 제2층이 배치될 수 있다.

제2층은 상기 나노 요철 내에 적어도 일부가 삽입될 수 있다.

제1층은 산화물을 포함할 수 있으며, ITO, SiO₂, Al₂O₃, ZnO, TiO₂, 폴리머 중 어느 하나를 포함할 수 있다.

나노 요철은 깊이가 400 나노미터 내지 1 마이크로 미터일 수 있다.

나노 요철의 단면은 원형이고, 상기 나노 요철은 단면의 지름이 0.1 마이크로 미터 내지 0.5 마이크로 미터일 수 있다.

나노 요철은 크기가 상기 활성층에서 방출되는 빛의 파장보다 작을 수 있다.

나노 요철은 규칙적으로 배열될 수 있다.

나노 요철은 0.5 내지 0.7 마이크로 미터의 주기를 가질 수 있다.

제 2 층은 ITO, 산화물, 에폭시 물질 중 어느 하나일 수 있다.

나노 공동의 높이는 상기 나노 요철의 높이보다 낮을 수 있다.

나노 공동의 높이는 상기 나노 요철의 높이의 80 내지 100%일 수 있다.

나노 공동의 단면은 원형이고, 상기 나노 공동의 단면의 지름은 0.1 마이크로 미터 내지 0.5 마이크로 미터일 수 있다.

제2층은 굴절률이 1.5 내지 2.5일 수 있다.

제1층은 상기 제2층과 동일한 재료로 이루어질 수 있다.

제2층의 바닥면은 상기 제1층의 요부의 바닥면과 평행하지 않거나, 제1 도전형 반도체층 또는 제2 도전형 반도체층의 요부의 바닥면과 평행하지 않은 있다.

제1층은 상기 제2 도전형 반도체층과 접촉하여 배치될 수 있다.

발광구조물은 자외선 영역의 파장의 빛을 발생시킬 수 있다.

실시예에 따른 발광소자는 발광구조물의 표면에 나노 공동을 포함하는 광추출 구조가 형성되어, 활성층에서 방출된 빛이 나노 공동을 통과하며 각 층의 경계면에서 굴절되어 광출사각이 향상될 수 있다.

도 1은 발광소자의 제1 실시예의 단면도이고,
도 2는 발광소자의 제2 실시예의 단면도이고,
도 3a는 도 1의 'A' 영역을 상세히 나타낸 도면이고,
도 3b는 도 1의 'A' 영역의 평면도이고,
도 4a는 도 2의 'B' 영역을 상세히 나타낸 도면이고,
도 4b는 도 2의 'B' 영역의 평면도이고,
도 5 및 도 6은 발광소자의 제3 실시예와 제4 실시예의 단면도이고,
도 7a 내지 도 7h는 발광소자의 제조방법의 제1 실시예를 나타낸 도면이고,
도 8a 내지 도 8d는 발광소자의 제조방법의 제2 실시예를 나타낸 도면이고,
도 9a 내지 도 9c는 발광소자의 제조방법의 제3 실시예를 나타낸 도면이고,
도 10a 내지 도 10f는 발광소자의 제조방법의 제4 실시예를 나타낸 도면이고,
도 11은 실시예들에 따른 발광소자의 작용을 나타낸 도면이고,
도 12a 및 도 12b는 발광소자의 광추출 구조를 나타낸 것이고,
도 13은 발광소자 패키지의 일 실시예를 나타낸 도면이고,
도 14는 발광소자 패키지를 포함하는 헤드 램프의 일 실시예를 나타낸 도면이고,
도 15는 발광소자 패키지를 포함하는 표시장치의 일 실시예를 나타낸 도면이다.

이하 상기의 목적을 구체적으로 실현할 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.

본 발명에 따른 실시 예의 설명에 있어서, 각 element의 " 상(위) 또는 하(아래)(on or under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상(위) 또는 하(아래)(on or under)는 두개의 element가 서로 직접(directly)접촉되거나 하나 이상의 다른 element가 상기 두 element사이에 배치되어(indirectly) 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 “상(위) 또는 하(아래)(on or under)”으로 표현되는 경우 하나의 element를 기준으로 위쪽 방향 뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.

도면에서 각층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다.

도 1은 발광소자의 제1 실시예의 단면도이다.

실시예에 따른 발광소자(100)는 도전성 지지기판(metal support, 160) 상에 접합층(150)과 반사층(140)과 오믹층(130)과 발광 구조물(120)과 광추출 구조(180)를 포함하여 이루어진다.

도전성 지지기판(160)은 제2 전극의 역할을 할 수 있으므로 전기 전도도가 우수한 금속을 사용할 수 있고, 발광 소자 작동시 발생하는 열을 충분히 발산시킬 수 있어야 하므로 열전도도가 높은 금속을 사용할 수 있다.

도전성 지지기판(160)은 예를 들어, 몰리브덴(Mo), 실리콘(Si), 텅스텐(W), 구리(Cu) 및 알루미늄(Al)로 구성되는 군으로부터 선택되는 물질 또는 이들의 합금으로 이루어질 수 있으며, 또한, 금(Au), 구리합금(Cu Alloy), 니켈(Ni), 구리-텅스텐(Cu-W), 캐리어 웨이퍼(예: GaN, Si, Ge, GaAs, ZnO, SiGe, SiC, SiGe, Ga₂O₃ 등) 등을 선택적으로 포함할 수 있다.

또한, 상기 도전성 지지기판(160)은 전체 질화물 반도체에 휨을 가져오지 않으면서, 스크라이빙(scribing) 공정 및 브레이킹(breaking) 공정을 통하여 별개의 칩으로 잘 분리시키기 위한 정도의 기계적 강도를 가질 수 있다.

접합층(150)은 반사층(140)과 도전성 지지기판(160)을 결합하며, 반사층(140)이 결합층(adhesion layer)의 기능을 수행할 수도 있다. 접합층은(150) 예를 들어, 금(Au), 주석(Sn), 인듐(In), 알루미늄(Al), 실리콘(Si), 은(Ag), 니켈(Ni) 및 구리(Cu)로 구성되는 군으로부터 선택되는 물질 또는 이들의 합금으로 형성할 수 있다

반사층(140)은 약 2500 옹스르통의 두께일 수 있다. 반사층(140)은 예를 들어, 알루미늄(Al), 은(Ag), 니켈(Ni), 백금(Pt), 로듐(Rh), 혹은 Al이나 Ag이나 Pt나 Rh를 포함하는 합금을 포함하는 금속층으로 이루어질 수 있다. 알루미늄이나 은 등은 활성층(124)에서 발생된 빛을 효과적으로 반사하여 발광소자의 광추출 효율을 크게 개선할 수 있다.

발광 구조물(120), 특히 상기 제2 도전형 반도체층(126)은 불순물 도핑 농도가 낮아 접촉 저항이 높으며 그로 인해 오믹 특성이 좋지 못할 수 있으므로, 이러한 오믹 특성을 개선하기 위해 오믹층(130)을 형성할 수 있다.

오믹층(130)은 약 200 옹스트롱의 두께일 수 있다. 오믹층(130)은 예를 들어, 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, Sn, In, Ru, Mg, Zn, Pt, Au, Hf 중 적어도 하나를 포함하여 형성될 수 있으며, 이러한 재료에 한정되는 않는다.

발광 구조물(120)은 제2 도전형 반도체층(126)과 제2 도전형 반도체층(126) 상에 형성되고 광을 방출하는 활성층(124)과 활성층(124) 상에 형성된 제1 도전형 반도체층(122)을 포함한다.

제1 도전형 반도체층(122)은 제1 도전형 도펀트가 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.

제1 도전형 반도체층(122)은 Al_xIn_yGa_(1-x-y)N (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질을 포함할 수 있다. 상기 제1 도전형 반도체층(122)은 GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN,AlGaAs, InGaAs, AlInGaAs, GaP, AlGaP, InGaP, AlInGaP, InP 중 어느 하나 이상으로 형성될 수 있다.

상기 발광 구조물(120)의 표면, 즉 제1 도전형 반도체층(122)의 표면에는 요철이 형성되어 광추출 효과를 증가시킬 수 있으나, 본 실시예에서는 제1 도전형 반도체층(122)의 표면에 광추출 구조(180)가 구비되므로 제1 도전형 반도체층(122)의 표면에 요철이 형성되지 않을 수 있다.

활성층(124)은 제1 도전형 반도체층(122)을 통해서 주입되는 전자와 이후 형성되는 제2 도전형 반도체층(126)을 통해서 주입되는 정공이 서로 만나서 활성층(124)을 이루는 물질 고유의 에너지 밴드에 의해서 결정되는 에너지를 갖는 빛을 방출하는 층이다.

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(120)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.

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 작은 밴드 갭을 갖는 물질로 형성될 수 있다.

활성층(124)의 위 또는/및 아래에는 도전형 클래드층(미도시)이 형성될 수 있다. 도전형 클래드층은 AlGaN계 반도체로 형성될 수 있으며, 상기 활성층(124)의 밴드 갭보다는 높은 밴드 갭을 갖을 수 있다.

제2 도전형 반도체층(126)은 제2 도전형 도펀트가 도핑된 3족-5족 화합물 반도체 예컨대, In_xAl_yGa₁ _-x- _yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질을 포함할 수 있다. 제2 도전형 반도체층(124)이 P형 반도체층인 경우, 상기 제2도전형 도펀트는 P형 도펀트로서, Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등을 포함할 수 있다.

본 실시예와 후술할 다른 실시예들에서 제1 도전형 반도체층(122)은 P형 반도체층으로, 제2 도전형 반도체층(126)은 N형 반도체층으로 구현할 수 있다. 또한, 제2 도전형 반도체층(126) 위에는 제2 도전형과 반대의 극성을 갖는 반도체 예컨대 제2 도전형 반도체층이 P형 반도체층일 경우 N형 반도체층(미도시)을 형성할 수 있다. 이에 따라 발광 구조물은 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.

발광 구조물(120) 특히, 제1 도전형 반도체층(122)의 상부에는 광추출 구조(180)가 배치될 수 있다. 광추출 구조(180)는 나노 공동 구조로 포함하여 이루어지는데, 나노 요철이 형성된 제1층(182)과 나노 공동(184)을 사이에 두고 제2층(186)이 배치되어 이루어진다. 그리고, 발광 구조물(120)의 상부에 ITO 등 투명 전도층(미도시)이 배치되고, 상기 투명 전도층의 상부에 광추출 구조(180)가 배치될 수 있다.

도 3a는 도 1의 'A' 영역을 상세히 나타낸 도면이고, 도 3b는 도 1의 'A' 영역의 평면도이다.

제1층(182)과 제2층(186)은 활성층(122)으로부터 방출된 빛을 발광소자(100)의 외부로 방출할 수 있으므로 투광성 물질로 이루어질 수 있다.

제1층(182)은 굴절률이 1.5 내지 2.5인 물질로 이루어지고, 산화물을 포함할 수 있는데, 구체적으로 ITO, SiO₂, Al₂O₃, ZnO, TiO₂, 폴리머 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 제2층(186)은 나노 공동(184)을 사이에 두고, ITO, 산화물, 에폭시 물질 중 어느 하나가 제1층(182)에 배치될 수 있고, 제1층(182)과 동일한 물질이 배치되어 이루어질 수도 있으며, 산화물의 일 예로 ZnO로 이루어질 수 있다.

제1층(182)의 요철 구조는 요부(182a)와 철부(182b)로 이루어지는데, 요부(182a)가 철부(182b)보다 낮게 배치될 수 있다. 요부(182a)의 높이는 철부(182b)의 높이보다 400 나노미터 내지 1 마이크로 미터 낮게 배치되고, 상술한 높이가 나노 요철의 깊이이다.

제1층(182)에 형성된 나노 요철 구조는 후술하는 바와 같은 PDMS(polydimethylsiloxane)를 사용한 나노 프린팅의 방법 외에 마스크를 사용한 선택적인 증착이나 식각의 방법으로 형성될 수 있다.

나노 요철 구조를 이루는 요부(182a)의 단면은 도 3b에 도시된 바와 같이 원형이거나, 다각형의 형상일 수도 있다. 요부(182a)의 단면이 원형일 때 요부(182a)의 단면의 지름(W₁)은 0.1 내지 0.5 마이크로 미터일 수 있다. 요부(182a)의 단면이 다각형일 때는 요부(182a)의 단면의 한 변의 길이가 0.1 내지 0.5 마이크로 미터일 수 있다.

상술한 요부(182a)의 단면의 지름 또는 한 변의 길이를 나노 요철의 크기라고 할 수 있고, 나노 요철의 크기가 활성층에서 방출되는 빛의 파장보다 작을 때 활성층(124)에서 방출된 빛이 광추출 구조(180)에서 전반사되는 것을 방지할 수 있다.

나노 요철 구조는 제1층(182) 내에서 요부(182a)와 철부(182b)가 규칙적으로 배열될 수 있는데, 요부(182a)와 철부(182b)가 각각 0.5 내지 0.7 마이크로 미터의 주기(P)를 가지고 배치될 수 있다.

도 3b는 도 3a을 I-I' 축으로 절단한 단면도이며, 각각의 요부(182a)의 제1 방향의 주기(P₁)와, 제1 방향에 수직한 제2 방의 주기(P₂)는 각각 0.5 내지 0.7 마이크로 미터로 서로 동일할 수 있다.

도 3a에서 나노 공동(184)의 높이(h₂)가 나노 요철의 요부(182a)의 높이(h₁)보다 낮게 도시되어 있다. 나노 요철의 요부의 깊이(h₁)는 200 나노 미터 내지 1 마이크로 미터인데, 나노 공동(184)의 높이(h₂)는 나노 요철의 높이(h₁)의 80 내지 100% 일 수 있다. 즉, 나노 요철 구조를 가지는 제1층(182) 위에 나노 공동(184)을 사이에 두고 제2층(186)이 배치되는데, 제2층(186)의 일부가 나노 요철 구조에 삽입될 수 있으므로, 나노 공동(184)의 높이(h₂)가 나노 요철의 높이(h₁)보다 낮을 수 있다.

또한, 제2층(186)이 제1층(182)의 내부로 삽입될 때, 제1층(182)의 요부(182a)와 마주보는 제2층(186)의 바닥면(186a)은 상기의 요부(182a)와 평행하지 않고 특정 각도를 가질 수 있고, 제2층(186)의 바닥면(186a)은 곡률을 가질 수 있다. 이러한 제2층(186)의 바닥면(186a)의 곡률은 제2층(186)이 스퍼터링 또는 전자빔 증착법으로 형성될 때 이루어질 수 있고, 나노 공동(184)과 제2층(186)의 바닥면(186)의 경계면이 특정 각도를 이루게 하여 발광소자(100)의 광추출 효과를 증가시킬 수 있다.

도시되지는 않았으나, 제1 도전형 반도체층(122) 상에는 제1 전극이 형성될 수 있다. 상기 제1 전극은 알루미늄(Al), 티타늄(Ti), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 구리(Cu), 금(Au) 중 적어도 하나를 포함하여 단층 또는 다층 구조로 형성될 수 있다. 제1 전극은 제1 도전형 반도체층(122)과 접촉하며 형성될 수 있고, 이때, 광추출 구조는 제1 도전형 반도체층(122)과 제1 전극을 모두 덮으며 형성되거나 제1 전극이 형성된 영역을 제외한 제1 도전형 반도체층(122)에 직접 접촉하여 형성될 수 있다.

그리고, 상기 발광 구조물(120)의 측면에는 패시베이션층(passivation layer, 미도시)이 형성될 수 있다. 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.

도 2는 발광소자의 제2 실시예의 단면도이고, 도 4a는 도 2의 'B' 영역을 상세히 나타낸 도면이고, 도 4b는 도 2의 'B' 영역의 평면도이다.

본 실시예에 따른 발광소자(100)는 도 1과 도 3a 및 도 3b에 도시된 실시예와 유사하나, 광추출 구조(180)가 제1 도전형 반도체층(122)에 직접 형성되는 점이 상이하다. 도 1에서 광추출 구조(180) 내에서 나노 요철은 제1층(182)에 형성되고 있으나, 본 실시예에서 나노 요철은 제1 도전형 반도체층(122)에 직접 형성되고 있다.

즉, 제1 도전형 반도체층(122)이 요부(122a)와 철부(122b)로 이루어지는데, 요부(122a)와 철부(122b)의 형상 및 크기는 도 3a 및 도 3b에서 설명한 바와 동일할 수 있다.

그리고, 제2층(186)이 나노 공동(184)을 사이에 두고, ITO, 산화물, 에폭시 물질 중 어느 하나로 이루어지며, 제1 도전형 반도체층(122)에 배치되어 이루어질 수 있다. 또한, 제2층(186)이 나노 요철 내에 일부가 삽입될 수 있음도 상술한 실시예와 동일하다.

도 4b는 도 4a을 I-I' 축으로 절단한 단면도이며, 각각의 요부(122a)의 제1 방향의 주기(P₁)와, 제1 방향에 수직한 제2 방향의 주기(P₂)는 각각 0.5 내지 0.7 마이크로 미터로 서로 동일할 수 있다.

도 4a에서 나노 공동(184)의 높이(h₂)가 나노 요철(122a)의 높이(h₁)보다 낮게 도시되어 있다. 나노 공동(184)의 높이(h₂)는 나노 요철의 높이(h₁)의 80 내지 100% 일 수 있음은 도 3a에서 설명한 것과 동일하다.

도 5 및 도 6은 발광소자의 제3 실시예와 제4 실시예의 단면도이다. 도 1 및 도 2는 수직형(vertical) 발광소자를 도시하고 있으나, 도 5와 도 6은 수평형(lateral) 발광소자를 도시하고 있다.

도 5의 발광소자(100)는 기판(110)과, 버퍼층(115)과, 발광 구조물(120)과 제1 전극(170) 및 광추출 구조(180)를 포함하여 이루어진다.

상기 기판(110)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.

버퍼층(115)은, 기판(110)과 발광 구조물(120) 사이의 재료의 격자 부정합 및 열 팽창 계수의 차이를 완화하기 위한 것이다. 상기 버퍼층(115)의 재료는 3족-5족 화합물 반도체 예컨대, GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN 중 적어도 하나로 형성될 수 있다. 상기 버퍼층(115) 위에는 언도프드(undoped) 반도체층이 형성될 수도 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.

발광 구조물(120)은 상술한 실시예와 같이 제1 도전형 반도체층(122)과 활성층(124) 및 제2 도전형 반도체층(126)을 포함하여 이루어진다. 제1 도전형 반도체층(122)의 일부 영역이 메사 식각되어 있는데, 사파이어 기판과 같이 절연성 기판의 하부에 전극을 형성할 수 없기 때문에, 상술한 식각된 영역에 제1 전극(170)을 배치할 수 있다.

광추출 구조(180)의 구성은 도 1 및 도 2에 도시된 발광소자와 동일하다.다만, 도 5에 도시된 발광 소자는 제2 도전형 반도체층(126)에 접촉하며 광추출 패턴(180)이 형성되고 있다. 그리고, 도 6에 도시된 실시예는 제2 도전형 반도체층(126)에 나노 요철이 형성되고, 제2 도전형 반도체층(126)의 나노 요철 구조 위에 나노 공동을 사이에 두고 제2 층(186)이 배치되고 있다.

도 5 및 도 6의 광추출 구조는 도 1과 도 2의 발광소자의 광추출 구조와 각각 동일하다.

도 7a 내지 도 7h는 발광소자의 제조방법의 제1 실시예를 나타낸 도면이다.

도 7a에 도시된 바와 같이, 기판(110) 상에 버퍼층(115) 및 제1 도전형 반도체층(122), 활성층(124) 및 제2 도전형 반도체층(126)을 포함하는 발광 구조물(120)을 성장시킨다.

발광 구조물(120)은 예를 들어, 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) 등의 방법을 이용하여 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.

기판(110)은 전도성 기판 또는 절연성 기판을 포함하며, 예컨대 사파이어(Al₂O₃), SiC, GaAs, GaN, ZnO, Si, GaP, InP, Ge, and Ga₂0₃ 중 적어도 하나를 사용할 수 있다. 기판(110) 위에는 요철 구조가 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 기판(110)에 대해 습식세척을 하여 표면의 불순물을 제거할 수 있다.

발광구조물(120)과 기판(110) 사이에는 버퍼층(115)을 성장시킬 수 있는데, 재료의 격자 부정합 및 열 팽창 계수의 차이를 완화하기 위한 것이다. 버퍼층(115)의 재료는 3족-5족 화합물 반도체 예컨대, GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN 중 적어도 하나로 형성될 수 있다. 버퍼층(115) 위에는 언도프드(undoped) 반도체층이 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.

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.

제1 도전형 반도체층(122)의 조성은 상술한 바와 동일하며, 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(110)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.

활성층(124)의 조성은 상술한 바와 동일하며, 예를 들어 상기 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.

제2 도전형 반도체층(126)의 조성은 상술한 바와 동일하며, 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.

도 7b에 도시된 바와 같이 상기 발광 구조물(120) 위에 오믹층(130)과 반사층(140)을 형성할 수 있다. 상기 오믹층(130)과 반사층(140)의 조성은 상술한 바와 같으며, 스퍼터링법이나 전자빔 증착법에 의하여 형성될 수 있다.

도 7c에 도시된 바와 같이 반사층(140) 상에 접합층(150)과 도전성 지지기판(160)을 형성할 수 있다. 도전성 지지기판(170)을 형성시키는 방법은 전기화학적인 금속증착방법이나 유테틱(Eutetic) 메탈을 이용한 본딩 방법 등을 사용하거나, 별도의 접합층(150)을 형성할 수 있다.

그리고, 도 7d에 도시된 바와 같이 상기 기판(110)을 분리하다. 상기 기판(110)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.

레이저 리프트 오프법을 예로 들면, 상기 기판(110) 방향으로 일정 영역의 파장을 가지는 엑시머 레이저 광을 포커싱(focusing)하여 조사하면, 상기 기판(110)과 발광 구조물(120)의 경계면에 열 에너지가 집중되어 경계면이 갈륨과 질소 분자로 분리되면서 레이저 광이 지나가는 부분에서 순간적으로 기판(110)의 분리가 일어나며, 버퍼층(115)도 함께 분리될 수 있다.

그리고, 각각의 발광 구조물(120)을 소자 단위로 다이싱(dicing)할 수 있다.

도 7e에 도시된 바와 같이 제1 도전형 반도체층(122)의 표면에 제1층(182)를 적층하는데, 스핀 코팅 등의 방법으로 적층할 수 있다. 이때, 제1층(182)의 재료는 TiO2, ZnO,Al₂O₃ 등의 나노 파티클이 분산되어 있는 임프린트 레진(imprint resin)이나 졸-겔 솔루션(sol-gel solution)일 수 있다.

그리고, 도 7f에 도시된 바와 같이 제1층(182)의 표면에 나노 요철을 형성한다. 이때, 나노 패턴물(200)로 제1층(182)을 가압하여 제1층(182)의 표면에 나노 요철을 형성할 수 있다. 나노 패턴물(200)은 PDMS 등의 재료로 이루어지고 표면에 나노 패턴이 형성되어 있고, 나노 패턴물(200)의 나노 패턴은 제1층(182)으로 전사되어 제1층(182)에 나노 요철이 형성될 수 있다. 상기 나노 요철은 도 1 등에서 설명한 것과 같이 요부와 철부로 이루어질 수 있다.

도 7g에서 나노 패턴물(200)을 제거하고, 제1층(182)의 표면에 증착 재료를 증착한다. 증착 재료는 도 1의 제2층(186)의 재료이며, 증착 재료가 나노 공동을 사이에 두고 제1층(182)의 나노 요철을 덮게 된다.

도 7h에서 증착 재료가 제1층(182)을 덮어서 제2층(186)을 이루는 광추출 구조(180)가 도시되어 있다. 이때, 증착 재료는 제1층(182)의 나노 요철 내에서 요부(182a)와 나노 공동(184)을 상이에 두고 증착되며 제2층(186)을 이루게 되고, 제1층(182)과 제2층(186)이 나노 공동(184)을 사이에 두고 배치되며 광추출 구조(180)을 이루게 된다.

도 8a 내지 도 8d는 발광소자의 제조방법의 제2 실시예를 나타낸 도면이다. 도 7a 내지 도 7h에 도시된 실시예는 발광구조물(120)의 표면에 제1층(182)을 배치한 후에 나노 요철을 형성하나, 본 실시예에서는 나노 요철이 형성된 제1층(182)을 미리 준비한 후에, 제1층(182)을 제1 도전형 반도체층(1222)의 표면에 배치한다.

즉, 도 8a에서 나노 패턴물(200)의 표면에 제1층(182)을 스핀 코팅 등의 방법으로 증착한다. 제1층(182)의 재료는 상술한 바와 같으며, 나노 패턴물(200)의 요철 구조가 전사되어 제1층(182)의 표면에 형성된다.

도 8b에서 제1층(182)을 제1 도전형 반도체층(122)의 표면에 배치한다.

도 8c에서 나노 패턴물(200)을 제거하고, 제1층(182)의 표면에 증착 재료를 증착한다. 증착 재료는 도 1의 제2층(186)의 재료이며, 증착 재료가 제1층(182)의 나노 요철을 덮게 된다.

도 8d에서 증착 재료가 제1층(182)을 덮어서 제2층(186)을 이루는 광추출 구조(180)가 도시되어 있다. 이때, 증착 재료는 제1층(182)의 나노 요철 내에서 요부(182a)와 나노 공동을 상이에 두고 증착되며 제2층(186)을 이루게 되고, 제1층(182)과 제2층(186)이 나노 공동(184)을 사이에 두고 배치되며 광추출 구조(180)을 이루게 된다.

도 9a 내지 도 9c는 발광소자의 제조방법의 제3 실시예를 나타낸 도면이다. 본 실시예는 제1 도전형 반도체층(122)의 표면에 나노 요철이 형성되는 발광소자를 제조하는 공정을 포함한다.

도 9a에 도시된 바와 같이 마스크(210)를 사용하여 제1 도전형 반도체층(122)의 표면에 나노 요철을 형성한다. 도 9a에서 마스크(210)를 사용하여 나노 요철을 형성하기 이전의 준비 과정은, 도 7a 내지 도 7d에 도시된 공정과 동일하다.

마스크(210)를 사용하여 제1 도전형 반도체층(122)의 표면을 선택적으로 식각하여 나노 요철을 형성하는데, 나노 요철의 요부와 철부의 구조와 형상은 도 3a 및 도 3b에서 설명한 바와 같다. 제1 도전형 반도체층(122)의 표면의 선택적 식각은 건식 식각 또는 식각액을 이용한 습식 식각을 진행할 수 있다.

도 9b에서 나노 요철이 형성된 제1 도전형 반도체층(122)의 표면에 증착 재료를 증착하여 제2층을 형성할 수 있다.

도 9c에 제1 도전형 반도체층(122)의 나노 요철에 나노 공동(184)을 사이에 두고 제2층(186)이 배치되어, 광추출 구조(180)가 형성된 발광소자가 도시되어 있다.

도 10a 내지 도 10f는 발광소자의 제조방법의 제4 실시예를 나타낸 도면이다.

먼저, 도 10a에 도시된 바와 같이 제1 도전형 반도체층(122)의 표면에 제1층(182)과 포토 레지스트(Photo Reist)(220)를 배치한다. 제1층(182)과 포토 레지스트(220)를 배치하기 이전의 준비과정은 도 7a 내지 도 7d에 도시된 공정과 동일하다.

도 10b 및 도 10c에 도시된 바와 같이, 포토 레지스트(220)의 일부를 제거하여 패턴을 형성한다. 포토 레지스트(220)는 제1층(182)에 나노 요철을 형성하기 위한 매개물로 사용되며, 도 10b에 도시된 바와 같이 포토 레지스트(220)에 요철이 형성될 수 있는데 포토리쏘그래피(Photolithography) 등의 방법으로 포토 레지스트(220)의 일부를 제거할 수 있다.

그리고, 도 10c에 도시된 바와 같이 도 10b에서 요부와 철부가 형성된 포토 레지스트(220)에서 요부를 제거하여, 포토 레지스트(220)를 패터닝할 수 있다. 본 공정에서 포토 레지스트(220)의 요부의 제거에는 산소 플라즈마를 이용한 건식 식각의 방법을 사용할 수 있다.

그리고, 도 10d에 도시된 바와 같이 패터닝된 포토 레지스트(220)를 사용하여, 제1층(182)의 일부를 제거하여 나노 요철을 형성할 수 있다. 이때, 제1층(182)의 제거는 Cl₂, BCl₃, CF₄, Ar, O₂ 등을 이용한 플라즈마 식각이나 습식 식각으로 진행할 수 있다.

도 10e에서 포토 레지스트(220)를 제거하고, 제1층(182)의 표면에 증착 재료를 증착한다. 증착 재료는 도 1의 제2층(186)의 재료이며, 증착 재료가 제1층(182)의 나노 요철을 덮게 된다.

도 10f에서 증착 재료가 제1층(182)을 덮어서 제2층(186)을 이루는 광추출 구조(180)가 도시되어 있다. 이때, 증착 재료는 제1층(182)의 나노 요철 내에서 요부(182a)와 나노 공동(184)을 상이에 두고 증착되며 제2층(186)을 이루게 되고, 제1층(182)과 제2층(186)이 나노 공동(184)을 사이에 두고 배치되며 광추출 구조(180)을 이루게 된다.

도 11은 실시예들에 따른 발광소자의 작용을 나타낸 도면이다.

활성층(124)에서는 제1 도전형 반도체층(122)을 통해서 주입되는 전자와 제2 도전형 반도체층(126)을 통해서 주입되는 정공이 서로 만나서 활성층(124)을 이루는 물질 고유의 에너지 밴드에 의해서 결정되는 에너지를 갖는 빛을 방출한다. 활성층(124)에서 방출되는 빛은 가시광선이나 자외선일 수 있고, 특히 파장이 365 나노미터 이하의 자외선일 수 있다.

점선으로 도시된 빛(Light) 중 제1 도전형 반도체층(122)을 통과한 빛은 광추출 구조(180)을 지나며 출사각이 확대될 수 있다. 즉, 광추출 구조(180) 내에서 제1층(182)과 나노 공동(184)과 제2층(186)의 경계면에서 굴절률 차이에 의하여 빛이 굴절된다. 특히, 활성층(124)에서 방출되는 빛의 파장보다 작은 크기로 나노 공동(184)를 형성하면, 나노 공동에 의한 빛의 전반사를 방지할 수 있다.

나노 공동 구조가 없는 경우의 발광소자는 발광 구조물의 표면 등에서 빛의 전반사 등의 원인으로 인하여 광추출 효율이 저하될 수 있는데, 상술한 실시예들에 따른 발광소자는 에어 갭(Air gap)에 의한 나노 공동의 볼륨(volume)이 증가할 수록 전반사 감소와 빛의 산란 효과가 증대할 수 있다.

도 12a 및 도 12b는 발광소자의 광추출 구조를 나타낸 것이다.

도 12a는 ITO의 상부에 폴리머가 나노 요철 구조로 패터닝되어 제1층을 이루고, 상기 폴리머의 상부에 ZnO가 스퍼터링의 방법으로 증착되고 있으며, 폴리머와 ZnO의 사이에 나노 공동(Air Void)가 형성되고 있다.

도 12b는 ITO의 상부에 폴리머가 나노 요철 구조로 패터닝되어 제1층을 이루고, 상기 폴리머의 상부에 ITO가 스퍼터링의 방법으로 증착되고 있으며, 폴리머와 ITO의 사이에 나노 공동(Air Void)가 형성되고 있다.

도 13은 발광소자 패키지의 일 실시예를 나타낸 도면이다.

실시예에 따른 발광소자 패키지(300)는 패키지 몸체(310)와, 상기 패키지 몸체(310)에 설치된 제1 리드 프레임(221) 및 제2 리드 프레임(222)과, 상기 패키지 몸체(310)에 설치되어 상기 제1 리드 프레임(221) 및 제2 리드 프레임(222)과 전기적으로 연결되는 따른 발광소자(100)와, 상기 발광소자(100)의 표면 또는 측면을 덮는 몰딩부(350)를 포함한다.

상기 패키지 몸체(310)는 실리콘 재질, 합성수지 재질, 또는 금속 재질을 포함하여 형성될 수 있으며, 상기 발광소자(100)의 주위에 경사면이 형성되어 광추출 효율을 높일 수 있다.

상기 제1 리드 프레임(221) 및 제2 리드 프레임(222)은 서로 전기적으로 분리되며, 상기 발광소자(100)에 전원을 제공한다. 또한, 상기 제1 리드 프레임(221) 및 제2 리드 프레임(222)은 상기 발광소자(100)에서 발생된 광을 반사시켜 광 효율을 증가시킬 수 있으며, 상기 발광소자(100)에서 발생된 열을 외부로 배출시키는 역할을 할 수도 있다.

상기 발광소자(100)는 상기 패키지 몸체(310) 상에 설치되거나 상기 제1 리드 프레임(321) 또는 제2 리드 프레임(322) 상에 설치될 수 있다. 상기 발광소자(100)는 상기 제1 리드 프레임(321) 및 제2 리드 프레임(322)과 와이어 방식, 플립칩 방식 또는 다이 본딩 방식 중 어느 하나에 의해 전기적으로 연결될 수도 있다. 본 실시예에서 발광소자(100)는 제1 리드 프레임(321)과 도전성 접착층(330)으로 연결되고 제2 리드 프레임(322)과 와이어(340) 본딩되고 있다.

몰딩부(350)는 상기 발광소자(100)를 둘러싸며 보호할 수 있다. 또한, 몰디웁(350)에는 형광체(355)가 포함되어 상기 발광소자(100)에서 방출된 광의 파장을 변화시킬 수 있다.

실시예에 따른 발광소자 패키지(300)에서, 발광소자(100) 내에서 광추출 구조가 배치되어 광추출 특성이 향상될 수 있다.

발광소자 패키지(300)는 상술한 실시예들에 따른 발광소자 중 하나 또는 복수 개로 탑재할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.

실시 예에 따른 발광소자 패키지는 복수 개가 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. 이하에서는 상술한 발광소자 패키지가 배치된 조명 시스템의 일실시예로서, 헤드 램프와 백라이트 유닛을 설명한다.

도 14는 발광소자 패키지를 포함하는 헤드 램프의 일 실시예를 나타낸 도면이다.

실시예에 따른 헤드 램프(400)는 발광소자 패키지가 배치된 발광소자 모듈(401)에서 방출된 빛이 리플렉터(402)와 쉐이드(403)에서 반사된 후 렌즈(404)를 투과하여 차체 전방을 향할 수 있다.

상술한 바와 같이, 상기 발광소자 모듈(401)에 사용되는 발광소자의 광추출 효율이 향상될 수 있으므로, 헤드 램프 전체의 광특성이 향상될 수 있다.

상기 발광소자 모듈(401)에 포함된 발광소자 패키지는 발광소자를 복수 개로 탑재할 수 있으며, 이에 대해 한정하지 않는다.

도 15는 발광소자 패키지를 포함하는 표시장치의 일 실시예를 나타낸 도면이다.

도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 표시장치(500)는 광원 모듈과, 바텀 커버(510) 상의 반사판(520)과, 상기 반사판(520)의 전방에 배치되며 상기 광원모듈에서 방출되는 빛을 표시장치 전방으로 가이드하는 도광판(540)과, 상기 도광판(540)의 전방에 배치되는 제1 프리즘시트(550)와 제2 프리즘시트(560)와, 상기 제2 프리즘시트(560)의 전방에 배치되는 패널(570)과 상기 패널(570)의 전반에 배치되는 컬러필터(580)를 포함하여 이루어진다.

광원 모듈은 회로 기판(530) 상의 발광소자 패키지(535)를 포함하여 이루어진다. 여기서, 회로 기판(530)은 PCB 등이 사용될 수 있고, 발광소자 패키지(535)는 도 13에서 설명한 바와 같다.

바텀 커버(510)는 표시 장치(500) 내의 구성 요소들을 수납할 수 있다. 반사판(520)은 본 도면처럼 별도의 구성요소로 마련될 수도 있고, 도광판(540)의 후면이나, 상기 바텀 커버(510)의 전면에 반사도가 높은 물질로 코팅되는 형태로 마련되는 것도 가능하다.

반사판(520)은 반사율이 높고 초박형으로 사용 가능한 소재를 사용할 수 있고, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PolyEthylene Terephtalate; PET)를 사용할 수 있다.

도광판(540)은 발광소자 패키지 모듈에서 방출되는 빛을 산란시켜 그 빛이 액정 표시 장치의 화면 전영역에 걸쳐 균일하게 분포되도록 한다. 따라서, 도광판(530)은 굴절률과 투과율이 좋은 재료로 이루어지는데, 폴리메틸메타크릴레이트(PolyMethylMethAcrylate; PMMA), 폴리카보네이트(PolyCarbonate; PC), 또는 폴리에틸렌(PolyEthylene; PE) 등으로 형성될 수 있다. 또한, 도광판(540)이 생략되면 에어 가이드 방식의 표시장치가 구현될 수 있다.

상기 제1 프리즘 시트(550)는 지지필름의 일면에, 투광성이면서 탄성을 갖는 중합체 재료로 형성되는데, 상기 중합체는 복수 개의 입체구조가 반복적으로 형성된 프리즘층을 가질 수 있다. 여기서, 상기 복수 개의 패턴은 도시된 바와 같이 마루와 골이 반복적으로 스트라이프 타입으로 구비될 수 있다.

상기 제2 프리즘 시트(560)에서 지지필름 일면의 마루와 골의 방향은, 상기 제1 프리즘 시트(550) 내의 지지필름 일면의 마루와 골의 방향과 수직할 수 있다. 이는 광원 모듈과 반사시트로부터 전달된 빛을 상기 패널(570)의 전방향으로 고르게 분산하기 위함이다.

본 실시예에서 상기 제1 프리즘시트(550)과 제2 프리즘시트(560)가 광학시트를 이루는데, 상기 광학시트는 다른 조합 예를 들어, 마이크로 렌즈 어레이로 이루어지거나 확산시트와 마이크로 렌즈 어레이의 조합 또는 하나의 프리즘 시트와 마이크로 렌즈 어레이의 조합 등으로 이루어질 수 있다.

상기 패널(570)은 액정 표시 패널(Liquid crystal display)가 배치될 수 있는데, 액정 표시 패널(560) 외에 광원을 필요로 하는 다른 종류의 디스플레이 장치가 구비될 수 있다.

상기 패널(570)은, 유리 바디 사이에 액정이 위치하고 빛의 편광성을 이용하기 위해 편광판을 양 유리바디에 올린 상태로 되어있다. 여기서, 액정은 액체와 고체의 중간적인 특성을 가지는데, 액체처럼 유동성을 갖는 유기분자인 액정이 결정처럼 규칙적으로 배열된 상태를 갖는 것으로, 상기 분자 배열이 외부 전계에 의해 변화되는 성질을 이용하여 화상을 표시한다.

표시장치에 사용되는 액정 표시 패널은, 액티브 매트릭스(Active Matrix) 방식으로서, 각 화소에 공급되는 전압을 조절하는 스위치로서 트랜지스터를 사용한다.

상기 패널(570)의 전면에는 컬러 필터(580)가 구비되어 상기 패널(570)에서 투사된 빛을, 각각의 화소마다 적색과 녹색 및 청색의 빛만을 투과하므로 화상을 표현할 수 있다.

실시예에 따른 표시장치(500)는 발광소자 패지지(535)에 사용되는 발광소자의 광추출 효율이 향상될 수 있으므로, 표시장치의 광특성이 향상될 수 있다.

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 : 발광소자 110 : 기판
115 : 버퍼층 120 : 발광 구조물
122 : 제1 도전형 반도체층 124 : 활성층
126 : 제2 도전형 반도체층 130 : 오믹층
140 : 반사층 150 : 접합층
160 : 도전성 지지기판 170 : 제1 전극
180 : 광추출 구조 182 : 제1층
182a, 182b : 요부, 철부 184 : 나노 공동
186 : 제2층 200 : 나노 패턴물
210 : 마스크 220 : 포토 레지스트
300 : 발광소자 패키지 310 : 패키지 몸체
321 : 제1 리드 프레임 322 : 제2 리드 프레임
330 : 도전성 접착층 340 :와이어
350 : 몰딩부 360 : 형광체
400 : 헤드 램프 410 : 발광소자 모듈
420 : 리플렉터 430 : 쉐이드
440 : 렌즈
800 : 표시장치 810 : 바텀 커버
820 : 반사판 830 : 회로 기판 모듈
840 : 도광판 850, 860 : 제1,2 프리즘 시트
870 : 패널 880 : 컬러필터

Claims

도전성 지지기판;
상기 도전성 지지기판 위에 접합층으로 결합된 반사층;
상기 반사층 위에 배치된 오믹층;
상기 오믹층 위에 배치되고, 제1 도전형 반도체층, 제2 도전형 반도체층 및 상기 제1 도전형 반도체층과 제2 도전형 반도체층 사이에 배치되는 활성층을 포함하는 발광 구조물; 및
상기 발광 구조물 상에 배치되는 광추출 구조를 포함하고,
상기 광추출 구조는 나노 요철이 형성된 제1층과 나노 공동을 사이에 두고 상기 제1층 상에 배치되는 제2층을 포함하고,
상기 나노 요철은 상기 제1 층의 상면에 구비된 요부와 철부를 포함하고, 상기 제2 층의 하면은 상기 나노 요철의 상기 철부와 직접 접촉하고 상기 요부와 마주보고 이격되며, 상기 제2 층의 하면과 상기 나노 요철의 요부의 사이에 상기 나노 공동이 구비되고, 상기 나노 요철의 상기 요부와 마주보고 이격되는 상기 제2 층의 하면은 볼록한 형상과 오목한 형상을 가지는 발광소자.
삭제
삭제
제1 항에 있어서,
상기 제2층은 상기 나노 요철 내에 적어도 일부가 삽입된 발광소자.
제 1 항 또는 제4 항에 있어서, 상기 제1층은,
산화물을 포함하되, 상기 산화물은 ITO, SiO₂, Al₂O₃, ZnO, TiO₂, 폴리머 중 어느 하나를 포함하고, 상기 제 2 층은 ITO, 산화물, 에폭시 물질 중 어느 하나인 발광소자.
삭제
제 1 항 또는 제 4 항에 있어서,
상기 나노 요철은 깊이가 400 나노미터 내지 1 마이크로 미터이고, 단면은 원형이고, 상기 단면의 지름이 0.1 마이크로 미터 내지 0.5 마이크로 미터인 발광소자.
삭제
제 1 항 또는 제 4 항에 있어서,
상기 나노 요철은 크기가 상기 활성층에서 방출되는 빛의 파장보다 작고, 0.5 내지 0.7 마이크로 미터의 주기를 갖고 규칙적으로 배열된 발광소자.
삭제
삭제
삭제
제 1 항 또는 제 4 항에 있어서,
상기 나노 공동의 높이는 상기 나노 요철의 깊이보다 작고, 상기 나노 공동의 높이는 상기 나노 요철의 높이의 80 내지 100%이고, 상기 나노 공동의 단면은 원형이고, 상기 나노 공동의 단면의 지름은 0.1 마이크로 미터 내지 0.5 마이크로 미터인 발광소자.
삭제
삭제
제 1 항 또는 제 4 항에 있어서,
상기 제1층은 굴절률이 1.5 내지 2.5인 발광소자.
제 1 항 또는 제4 항에 있어서,
상기 제1층은 상기 제2층과 동일한 재료로 이루어진 발광소자.
삭제
삭제
삭제
삭제