KR101855063B1 - 발광 소자 - Google Patents

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Abstract

실시예에 따른 발광소자는, 기판, 기판 상에 배치되고, 알루미늄나이트라이드(AlN)를 포함하는 제1 버퍼층, 제1 버퍼층 상에 배치되고, 알루미늄(Al)을 포함하는 삽입층, 및 삽입층 상에 배치되고, 제1 반도체층, 제2 반도체층, 및 제1 및 제2 반도체층 사이에 배치되는 활성층을 포함하는 발광구조물을 포함한다.

Description

발광 소자 {Light emitting device}
실시예는 발광 소자에 관한 것이다.
LED(Light Emitting Diode; 발광 다이오드)는 화합물 반도체의 특성을 이용해 전기 신호를 적외선, 가시광선 또는 빛의 형태로 변환시키는 소자로, 가정용 가전제품, 리모콘, 전광판, 표시기, 각종 자동화 기기 등에 사용되고, 점차 LED의 사용 영역이 넓어지고 있는 추세이다.
보통, 소형화된 LED는 PCB(Printed Circuit Board) 기판에 직접 장착하기 위해서 표면실장소자(Surface Mount Device)형으로 만들어지고 있고, 이에 따라 표시소자로 사용되고 있는 LED 램프도 표면실장소자 형으로 개발되고 있다. 이러한 표면실장소자는 기존의 단순한 점등 램프를 대체할 수 있으며, 이것은 다양한 칼라를 내는 점등표시기용, 문자표시기 및 영상표시기 등으로 사용된다.
LED 반도체는 육방 정계의 구조를 갖는 사파이어(Sapphire)나 실리콘카바이드(SiC)등의 이종 기판에서 금속유기화학기상증착법(MOCVD) 또는 분자선 증착법(molecular beam epitaxy; MBE) 등의 공정을 통해 성장된다.
반도체층은 지지기판 위에 형성될 경우, 반도체층과 기판 사이의 격자상수 및 열팽창 계수의 차이에 의해 반도체층 내에 크랙(crack) 또는 뒤틀림(warpage)이 발생하고, 결정결함(dislocation)이 발생될 수 있다. 반도체층 내의 크랙, 뒤틀림 및 결정결함은 발광 소자의 특성을 악화시킨다. 따라서, 지지기판과 반도체층 사이의 격자 상수 및 열팽창 계수 차이에 기인한 스트레스를 완화하기 위한 고려가 필요하다.
실시예는 기판과 발광구조물 사이에 형성되는 버퍼층에 알루미늄 (Al)을 포함하는 삽입층을 삽입하여 버퍼층의 표면형태가 균일해진 발광소자를 제공한다.
실시예에 따른 발광소자는, 기판, 기판 상에 배치되고, 알루미늄나이트라이드(AlN)를 포함하는 제1 버퍼층, 제1 버퍼층 상에 배치되고, 알루미늄(Al)을 포함하는 삽입층, 및 삽입층 상에 배치되고, 제1 반도체층, 제2 반도체층, 및 제1 및 제2 반도체층 사이에 배치되는 활성층을 포함하는 발광구조물을 포함한다.
실시예에 따른 발광소자는 기판 상에 배치된 버퍼층 위에 알루미늄갈륨나이트라이드를 포함하는 삽입층을 포함하여 발광구조물과의 계면이 균일해 지도록 할 수 있다.
실시예에 따른 발광소자는 삽입층을 포함하여 규소(Si) 또는 갈륨(Ga)의 확산현상을 방지할 수 있다.
실시예에 따른 발광소자는 삽입층을 포함하여 발광구조물과의 사이에 격자정수차이를 완화할 수 있다.
실시예에 따른 발광소자는 삽입층을 초격자구조(Superlattice)로 하여 기판과 발광구조물 간의 분자확산현상을 방지할 수 있다.
도 1 은 실시예에 따른 발광소자의 구조를 도시한 단면도,
도 2a 는 실시예에 따른 발광소자의 구조를 도시한 단면도,
도 2b 는 실시예에 따른 발광소자의 구조를 도시한 단면도,
도 3a 는 실시예의 발광 소자를 포함한 발광소자 패키지를 나타낸 사시도,
도 3b 는 실시예의 발광 소자를 포함한 발광소자 패키지를 나타낸 단면도,
도 4a 는 실시예에 따른 발광소자 모듈을 포함하는 조명장치를 도시한 사시도,
도 4b 는 실시예에 따른 발광소자 모듈을 포함하는 조명장치를 도시한 단면도,
도 5 는 실시예에 따른 발광소자 모듈을 포함하는 백라이트 유닛을 도시한 분해 사시도, 그리고
도 6 은 실시예에 따른 발광소자 모듈을 포함하는 백라이트 유닛을 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 본 발명의 일 실시예에 따른 발광소자(100)의 구조를 도시한 단면도이다.
도 1을 참조하면, 실시예에 따른 발광소자(100)는 기판(110), 기판(110) 상에 배치되고, 알루미늄나이트라이드(AlN)를 포함하는 제1 버퍼층(120), 제1 버퍼층(120) 상에 배치되고, 알루미늄(Al)을 포함하는 삽입층(130), 및 삽입층(130) 상에 배치되고, 제1 반도체층(142), 제2 반도체층(146), 및 제1 및 제2 반도체층(142, 146) 사이에 배치되는 활성층(144)을 포함하는 발광구조물(140)을 포함한다.
기판(110)은 반도체 구조물을 지지할 수 있다. 기판(110)은 그 위에 반도체구조물을 성장시킬 수 있다. 기판(110)은 광 투과적 성질을 가질 수 있다. 예를 들어, 규소(Si)로 일정 두께 이하로 형성하는 경우 광 투과적 성질을 가질 수 있으나, 이에 한정하지 아니한다. 기판(110)은 열전도성이 큰 물질로 형성될 수 있다. 기판(110)의 굴절율은 광 추출 효율을 위해 제1 반도체층(142)의 굴절율보다 작은 것이 바람직하다.
기판(110)은 광 추출 효율을 높이기 위해서, 상면에 PSS(Patterned Substrate) 구조를 구비할 수 있으나, 이에 한정하지 아니한다. 기판(110)은 발광소자(110)에서 발생하는 열의 방출을 용이하게 하여 발광소자(100)의 열적 안정성을 향상시킬 수 있다. 기판(110)은 발광구조물(140)과 격자상수차가 존재하여 발광구조물(140)과의 사이에 버퍼층을 구비할 수 있다.
발광구조물(140)은 기판(110) 상에 배치될 수 있다.
발광구조물(140)은 제1 반도체층(142), 활성층(144) 및 제2 반도체층(146)을 포함할 수 있고, 제1 반도체층(142)과 제2 반도체층(146) 사이에 활성층(144)이 개재된 구성으로 이루어질 수 있다.
제1 반도체층(142)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(Gallium nitride), AlN(Aluminium nitride), AlGaN(Aluminium gallium nitride), InGaN(Indium gallium nitride), InN(Indium nitride), InAlGaN, AlInN 등에서 선택될 수 있다. 제1 반도체층(142)은 예를 들어, 규소(Si), 게르마늄(Ge), 주석(Sn), 셀레늄(Se), 텔루늄(Te)와 같은 n형 도펀트가 도핑될 수 있다.
활성층(144)은 제1 반도체층(142) 상에 형성될 수 있다. 활성층(144)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.
활성층(144)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 작은 밴드 갭을 갖는 물질로 형성될 수 있다.
활성층(144)의 위 또는/및 아래에는 도전성 클래드층(미도시)이 형성될 수 있고, 상기 도전성 클래드층(미도시)은 AlGaN계 반도체로 형성될 수 있으며, 활성층(144)의 밴드 갭보다는 큰 밴드 갭을 가질 수 있다.
제2 반도체층(146)은 활성층(144) 상에 형성될 수 있다. 제2 반도체층(146)은 p형 도펀트가 도핑된 p형 반도체층으로 구현될 수 있다. 제2 반도체층(146)은 InxAlyGa1-x-yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 재료, 예를 들어 GaN(Gallium nitride), AlN(Aluminium nitride), AlGaN(Aluminium gallium nitride), InGaN(Indium gallium nitride), InN(Indium nitride), InAlGaN, AlInN 등에서 선택될 수 있으며 마그네슘(Mg), 아연(Zn), 칼슘(Ca), 스트론튬(Sr), 바륨(Ba) 등의 p형 도펀트가 도핑될 수 있다.
제1 반도체층(142), 활성층(144) 및 제2 반도체층(146)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.
발광구조물(140)은 제1 반도체층(142) 및 제2 반도체층(146) 내의 도전형 도펀트의 도핑 농도가 균일 또는 불균일하게 형성될 수 있으나, 이에 한정하지 아니한다. 발광구조물(140)의 층간구조는 다양하게 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지 아니한다.
발광구조물(140)은 제2 반도체층(146)상에 제2 반도체층(146)과 반대의 극성을 갖는 제3 반도체층(미도시)을 포함할 수 있다. 발광구조물(140)은 제1 반도체층(142)이 n 형 반도체층이고, 제2 반도체층(146)이 p 형 반도체층으로 구현될 수도 있다. 이에 따라, 발광구조물(140)은 N-P 접합, P-N 접합, N-P-N 접합 및 P-N-P 접합 구조 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
발광구조물(140)은 기판(110)과 격자상수가 다를 수 있다. 발광구조물(140)은 기판(110)과 격자상수가 다름에 따라 발광구조물(140)과 기판(110)이 접하는 경우 발광구조물(140)에 결정결함(dislocation)이 발생할 수 있다.
발광구조물(140)은 갈륨(Ga)을 포함할 수 있다. 발광구조물(140)은 기판(110)과 분자확산현상을 일으킬 수 있다. 발광구조물(140)은 내부의 갈륨(Ga)과 기판(110)에서 확산된 규소(Si)가 반응하는 경우 열융해현상(Meltback)이 발생할 수 있다. 발광구조물(140)은 열융해현상이 발생하는 경우 표면이 파괴되는 결함이 발생될 수 있다.
제1 버퍼층(120)은 기판(110) 상에 배치될 수 있다. 제1 버퍼층(120)은 기판(110)과 발광구조물(140) 사이에 개재될 수 있다. 제1 버퍼층(120)은 상면에 요철을 형성할 수 있다. 제1 버퍼층(120)은 알루미늄나이트라이드(AlN)를 포함할 수 있다.
제1 버퍼층(120)은 삽입층(130)과의 계면에 요철을 구비할 수 있다. 제1 버퍼층(120)은 기판(110)과의 격자상수 차이로 인해 두께가 불규칙적으로 형성될 수 있다. 제1 버퍼층(120)은 삽입층(130)과의 계면에 요철을 구비하여 삽입층(130)과 견고하게 결합할 수 있다. 제1 버퍼층(120)은 요철을 구비하여 발광소자(100)의 지향각을 넓힐 수 있다.
제1 버퍼층(120)은 기판(110)과 발광구조물(140) 간의 분자 확산현상을 막을 수 있다. 제1 버퍼층(120)은 기판(110)과 발광구조물(140)간의 격자상수 차이로 인한 박리현상을 줄일 수 있다. 제1 버퍼층(120)은 기판(110)과 발광구조물(140) 간의 분자확산현상으로 일어날 수 있는 열융해현상(Meltback)을 방지할 수 있다.
제1 버퍼층(120)은 상면에 삽입층(130)이 배치될 수 있다. 제1 버퍼층(120)은 삽입층(130)과 함께 구비되어 기판(110)과 발광구조물(140)을 이격시킬 수 있다. 제1 버퍼층(120)은 삽입층(130)과 함께 구비되어 기판(110)과 발광구조물(140) 사이의 분자확산현상을 차단할 수 있다.
제1 버퍼층(120)은 두께가 30 내지 50nm로 형성될 수 있다. 제1 버퍼층(120)은 두께가 30nm이하인 경우 분자의 확산현상을 차단하는 효과가 현저히 감소하고, 두께가 50nm이상인 경우 발광소자(100)의 슬림화가 저해될 뿐만 아니라, 광 추출효율도 감소할 수 있다.
삽입층(130)은 제1 버퍼층(120) 상에 배치될 수 있다. 삽입층(130)은 발광구조물(140)의 하부에 배치될 수 있다. 삽입층(130)은 제1 버퍼층(120)과 발광구조물(140)을 이격시킬 수 있다. 삽입층(130)은 제1 버퍼층(120)의 상면에 형성된 요철위에 배치될 수 있다. 삽입층(130)은 상면이 매끄러울 수 있다. 삽입층(130)은 상면이 평평하게 형성되어 상면으로부터 제1 버퍼층(120)의 하면까지의 거리가 근사적으로 균일할 수 있다.
삽입층(130)은 알루미늄(Al)을 포함할 수 있다. 일실시예에 따라서 삽입층(130)은 알루미늄갈륨나이트라이드(AlGaN)로 형성될 수 있다. 삽입층(130)은 내부의 알루미늄(Al)이 기판(110)에서 확산된 규소(Si)와 반응을 할 수 있다. 삽입층(130)은 알루미늄(Al)을 포함하여 발광구조물(140)의 갈륨나이트라이드(GaN)과 기판에서 확산된 규소(Si)와의 반응을 차단시킬 수 있다.
삽입층(130)은 분자확산현상을 차단할 수 있다. 삽입층(130)은 제1 버퍼층(120)의 분자확산현상을 차단하는 기능을 도울 수 있다. 삽입층(130)은 제1 버퍼층(120)의 표면결함으로 인하여 발생할 수 있는 발광구조물(140)의 결함발생을 예방할 수 있다. 삽입층(130)은 내부에 포함된 알루미늄(Al)과 기판(110)에 포함된 규소(Si)가 확산현상으로 만나 결합하여도 열융해현상(Meltback)은 발생하지 않을 수 있다. 삽입층(130)은 내부에 포함하는 알루미늄의 반응성이 높고, 확산거리가 짧아 열융해현상을 막을 수 있다.
삽입층(130)은 고온의 분위기에서 형성될 수 있다. 삽입층(130)은 1000 내지 1200℃에서 형성될 수 있다. 삽입층(130)은 1000℃ 이하의 온도에서 형성되는 경우 상면을 균일하게 하기 힘들고, 1200℃이상의 온도는 삽입층(130)을 성장시키기 어려울 수 있다.
삽입층(130)의 두께는 100 내지 500nm일 있다. 삽입층(130)의 두께는 제1 버퍼층(120)의 상면의 요철의 높이 따라 변동될 수 있다. 삽입층(130)은 두께가 100nm이하인 경우 분자확산현상의 억제효과가 줄어들 수 있고, 두께가 500nm이상인 경우 발광소자(100)의 슬림화가 저해되고, 광추출량이 감소할 수 있다.
삽입층(130)은 알루미늄갈륨나이트라이드(AlxGa1 - xN, 0.1≤x≤0.4)로 형성될 수 있다. 삽입층(130)은 x가 0.1이하인 경우는 알루미늄의 함량이 충분치 않아 실리콘 입자가 발광구조물(140)로 확산되는 것을 막기에 부족하고 x가 0.4 이상인 경우는 그 기능을 유지하기 위해 삽입층(140)의 두께를 과도하게 키워야할 수 있다.
제2 버퍼층(150)은 삽입층(130) 상에 배치될 수 있다. 제2 버퍼층(150)은 발광구조물(140)의 하부에 배치될 수 있다. 제2 버퍼층(150)은 삽입층(130)과 발광구조물(140)을 이격시킬 수 있다. 제2 버퍼층(150)은 알루미늄나이트라이드(AlN)로 형성될 수 있다.
제2 버퍼층(150)은 평탄하게 형성될 수 있다. 제2 버퍼층(150)은 균일하게 성장된 삽입층(130) 상에 배치되어 상면이 평탄할 수 있다. 제2 버퍼층(150)은 발광구조물(140)과의 격자정수 차이를 완화시킬 수 있다.
제2 버퍼층(150)은 기판(110)과 발광구조물(150) 사이에 일어날 수 있는 분자확산현상을 방지할 수 있다. 제2 버퍼층(150)은 분자확산현상을 방지하여 열융해현상(Meltback)을 막을 수 있다. 제2 버퍼층(150)은 제1 버퍼층(120)과 삽입층(130)의 기능을 보충할 수 있다. 제2 버퍼층(150)은 발광구조물(140)과 격자정수차이를 완화하여 계면박리현상을 방지할 수 있다.
제2 버퍼층(150)은 1200 내지 1300℃에서 형성될 수 있다. 제2 버퍼층(150)은 1200℃ 이하에서 형성되는 경우 알루미늄나이트라이드의 결정성이 떨어질 수 있고, 1300℃ 이상에서는 층의 성장이 어려울 수 있다.
제2 버퍼층(150)은 두께가 50 내지 100nm일 수 있다. 제2 버퍼층(150)은 두께가 50nm이하인 경우 분자확산방지효과가 저해될 수 있고, 두께가 100nm 이상인 경우에는 발광소자(100)의 슬림화에 저해가 될 수 있고, 광추출량을 감소시킬 수 있다.
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광소자의 구조를 도시한 단면도이고, 도 2b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광소자의 구조를 도시한 단면도이다.
도 2a 및 도 2b를 참조하면, 실시예에 따른 발광소자(200)는 삽입층(230)이 다층구조로 형성될 수 있다. 삽입층(230)은 제1층(232), 및 제2 층(234)을 포함할 수 있다.
삽입층(230)은 다층구조를 형성하여 발광소자(200)내의 분자확산현상을 방지할 수 있다. 삽입층(230)은 발광구조물(240)과 기판(210) 사이의 격자상수 차이를 완화시킬 수 있다. 삽입층(230)은 발광구조물(240)과 기판(210) 사이의 계면박리현상을 완화할 수 있다.
삽입층(230)은 제1 층(232), 및 제2 층(234)을 포함할 수 있다. 삽입층(230)은 제1 층(232)과 제2 층(234)이 적층되어 형성될 수 있다. 삽입층(230)은 제1 층(232)과 제2 층(234)이 쌍을 이룰 수 있다. 삽입층(230)은 제1 층(232)과 제2 층(234)의 쌍이 다중으로 적층될 수 있다.
제1 층(232)은 제2 층(234)과 쌍을 이룰 수 있다. 제1 층(232)은 제2 층(234)과 쌍을 이루어 초격자구조(SuperLattice: SLs)를 형성할 수 있다. 제1 층(232)은 알루미늄(Al)을 포함할 수 있다. 제1 층(232)은 실시예에 따라 알루미늄갈륨나이트라이드(AlxGa1 - xN, 0.1≤x≤0.4), 알루미늄나이트라이드(AlN), 또는 알루미늄갈륨나이트라이드(AlxGa1 - xN, 0.3≤x≤0.4) 중에 한가지 물질로 형성될 수 있다.
제2 층(234)은 제1 층(232)과 쌍을 이룰 수 있다. 제2 층(234)은 실시예에 따라 갈륨나이트라이드(GaN), 또는 알루미늄갈륨나이트라이드(AlyGa1 - yN, 0.05≤y≤0.1) 중에 한가지 물질로 형성될 수 있다.
일 실시예에 따른 삽입층(230)은, 제1 층(232)이 알루미늄갈륨나이트라이드(AlxGa1-xN, 0.1≤x≤0.4)로 형성되는 경우 제2 층(234)은 갈륨나이트라이드(GaN)로 형성될 수 있다. 알루미늄갈륨나이트라이드(AlxGa1-xN)의 x가 0.1 이하인 경우에는 알루미늄의 함량이 적어 분자확산현상 방지효과가 떨어질 수 있고, x가 0.4 이상인 경우에는 제1 층(232)의 두께가 두꺼워져야 분자확산현상 방지효과를 가질 수 있어, 발광소자(200)의 슬림화를 저해시킬 수 있다.
다른 실시예에 따른 삽입층(230)은, 제1 층(232)이 알루미늄나이트라이드(AlN)로 형성되는 경우 제2 층(234)은 갈륨나이트라이드(GaN)로 형성될 수 있다. 본 실시예에 따른 삽입층(230)은 상면이 평평하게 형성되고 기판(210)과 발광구조물(240) 간의 분자확산현상을 차단할 수 있다.
다른 실시예에 따른 삽입층(230)은, 제1 층(232)이 알루미늄갈륨나이트라이드(AlxGa1-xN, 0.3≤x≤0.4)로 형성되는 경우 제2 층(234)은 알루미늄갈륨나이트라이드(AlyGa1-yN, 0.05≤y≤0.1)로 형성될 수 있다. 본 실시예는 알루미늄의 함량이 상이한 두개의 층을 반복적으로 적층하여 분자확산 방지효과를 극대화할 수 있다.
도 2a를 참조하면, 삽입층(230)은 제1 층(232)과 제2 층(234)이 쌍을 형성할 수 있다. 도 2b를 참조하면, 삽입층(230)은 제1 층(232)과 제2 층(234)이 쌍을 이루어 다중으로 적층되어 초격자구조를 형성할 수 있다.
삽입층(230)은 제1 층(232)과 제2 층(234)의 1 내지 5쌍이 적층될 수 있다. 삽입층(230)은 제1 층(232)과 제2 층(234)의 적어도 1쌍이 적층되어야 분자확산방지의 기능을 확보할 수 있고, 5쌍 이상이 적층되는 경우에는 광추출량이 저하될 수 있다.
삽입층(230)은 제1 층(232)과 제2 층(234)이 쌍을 이루어 적층되어 표면을 균일하게 형성할 수 있다. 삽입층(230)은 기판(210)에서 발광구조물(240)로 규소(Si)입자가 확산되는 것을 효과적으로 차단할 수 있다.
도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광소자 패키지(300)를 나타낸 사시도이며, 도 3b는 다른 실시예에 따른 발광소자 패키지(300)의 단면을 도시한 단면도이다.
도 3a 및 도 3b 를 참조하면, 실시예에 따른 발광소자 패키지(300)는 캐비티가 형성된 몸체(310), 몸체(310)에 실장된 제1 및 제2 전극(340, 350) 제1 및 제2 전극과 전기적으로 연결되는 발광소자(320) 및 캐비티에 형성되는 봉지재(330)를 포함할 수 있고, 봉지재(330)는 형광체(미도시)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 발광소자(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.
봉지재(330)는 캐비티에 충진될 수 있으며, 형광체(미도시)를 포함할 수 있다. 봉지재(330)는 투명한 실리콘, 에폭시, 및 기타 수지 재질로 형성될 수 있다. 봉지재(330)는 캐비티 내에 충진한 후, 이를 자외선 또는 열 경화하는 방식으로 형성될 수 있다.
형광체(미도시)는 발광소자(320)에서 방출되는 광의 파장에 따라 종류가 선택되어 발광소자 패키지(300)가 백색광을 구현하도록 할 수 있다.
봉지재(330)에 포함되어 있는 형광체(미도시)는 발광소자(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.
형광체(미도시)는 발광소자(320)에서 방출되는 제1 빛을 가지는 광에 의해 여기 되어 제2 빛을 생성할 수 있다. 예를 들어, 발광소자(320)가 청색 발광 다이오드이고 형광체(미도시)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 발광소자 패키지(300)는 백색 빛을 제공할 수 있다.
발광소자(320)가 녹색 발광 다이오드인 경우는 magenta 형광체 또는 청색과 적색의 형광체(미도시)를 혼용하는 경우, 발광소자(320)가 적색 발광 다이오드인 경우는 Cyan형광체 또는 청색과 녹색 형광체를 혼용하는 경우를 예로 들 수 있다.
형광체(미도시)는 YAG계, TAG계, 황화물계, 실리케이트계, 알루미네이트계, 질화물계, 카바이드계, 니트리도실리케이트계, 붕산염계, 불화물계, 인산염계 등의 공지된 것일 수 있다.
몸체(310)에는 제1 전극(340) 및 제2 전극(350)이 실장될 수 있다. 제1 전극(340) 및 제2 전극(350)은 발광소자(320)와 전기적으로 연결되어 발광소자(320)에 전원을 공급할 수 있다.
제1 전극(340) 및 제2 전극(350)은 서로 전기적으로 분리되며, 발광소자(320)에서 발생된 빛을 반사시켜 광 효율을 증가시킬 수 있다. 제1 전극(340) 및 제2 전극(350)은 발광소자(320)에서 발생된 열을 외부로 배출시킬 수 있다.
도 3b에서는 발광소자(320)가 제1 전극(340) 상에 실장되었으나, 이에 한정되지 않으며, 발광소자(320)와 제1 전극(340) 및 제2 전극(350)은 와이어 본딩(wire bonding) 방식, 플립 칩(flip chip) 방식 또는 다이 본딩 방식 중 어느 하나에 의해 전기적으로 연결될 수도 있다.
제1 전극(340) 및 제2 전극(350)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. 제1 전극(340) 및 제2 전극(350)은 단층 또는 다층 구조를 가지도록 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
발광소자(320)는 제1 전극(340) 상에 실장되며, 예를 들어, 적색, 녹색, 청색, 백색 등의 빛을 방출하는 발광 소자 또는 자외선을 방출하는 UV(Ultra Violet) 발광 소자일 수 있으나, 이에 대해 한정하지는 않는다. 발광 소자(320)는 한 개 이상 실장될 수 있다.
발광소자(320)는 그 전기 단자들이 모두 상부 면에 형성된 수평형 타입(Horizontal type)이거나, 또는 상, 하부 면에 형성된 수직형 타입(Vertical type), 또는 플립 칩 모두에 적용 가능하다.
발광소자(320)는 삽입층(미도시)을 포함할 수 있다. 발광소자(320)는 제1 버퍼층(미도시)과 발광구조물(미도시) 사이에 삽입층(미도시)을 구비하여 기판(미도시)에서 발광구조물(미도시)로의 분자확산현상을 막고, 표면을 균일하게 하여 발광구조물(미도시)의 신뢰성을 확보할 수 있다.
상기 삽입층(미도시)을 포함한 발광소자(320)를 포함하여 발광소자 패키지(300)의 신뢰도와 광추출량을 극대화할 수 있다.
실시예에 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.
발광소자 패키지(300), 기판, 광학 부재는 라이트 유닛으로 기능할 수 있다. 또 다른 실시 예는 발광소자(미도시) 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 4a는 일 실시예에 따른 발광소자를 포함하는 조명 시스템(400)을 도시한 사시도이며, 도 4b는 도 4a의 조명 시스템의 D-D' 단면을 도시한 단면도이다.
즉, 도 4b 는 도 4a의 조명 시스템(400)을 길이방향(Z)과 높이방향(X)의 면으로 자르고, 수평방향(Y)으로 바라본 단면도이다.
도 4a 및 도 4b를 참조하면, 조명 시스템(400)은 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(443)이 체결되며, 몸체(410)는 발광소자 패키지(444)에서 발생한 열이 몸체(410)의 상부면을 통해 외부로 방출할 수 있도록 전도성 및 열 발산 효과가 우수한 금속재질로 형성될 수 있고, 이에 한정하지 아니한다.
발광소자 패키지(444)는 발광소자(미도시)를 포함한다.
발광소자(미도시)는 삽입층(미도시)을 포함할 수 있다. 발광소자(320)는 제1 버퍼층(미도시)과 발광구조물(미도시) 사이에 삽입층(미도시)을 구비하여 기판(미도시)에서 발광구조물(미도시)로의 분자확산현상을 막고, 표면을 균일하게 하여 발광구조물(미도시)의 신뢰성을 확보할 수 있다.
상기 삽입층(미도시)을 포함한 발광소자(320)를 포함하여 발광소자 패키지(444) 및 조명 시스템(400)의 광추출 효율이 향상되고 조명 시스템(400)의 신뢰성이 더욱 향상될 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. 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 있으며, 이에 한정되지 않는다.
커버(430)는 내부의 발광소자 모듈(443)을 외부의 이물질 등으로부터 보호할 수 있다. 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.
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 하는바, 커버(430)는 폴리에틸렌테레프탈레이트 (Polyethylen?Terephthalate;?PET), 폴리카보네이트(Polycarbonate;?PC), 또는 폴리메틸 메타크릴레이트(Polymethyl Methacrylate; PMMA) 등을 포함하는 재질로 형성될 수 있다.
마감캡(450)은 몸체(410)의 양단에 위치하며 전원장치(미도시)를 밀폐하는 용도로 사용될 수 있다. 마감캡(450)에는 전원 핀(452)이 형성되어 있어, 실시예에 따른 조명 시스템(400)은 기존의 형광등을 제거한 단자에 별도의 장치 없이 곧바로 사용할 수 있게 된다.
도 5는 일 실시예에 따른 발광소자를 포함하는 액정표시장치의 분해 사시도이다.
도 5는 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, 560, 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.
발광소자 패키지(524)는 발광소자(미도시)를 포함한다. 발광소자(미도시)는 삽입층(미도시)을 포함할 수 있다. 발광소자(320)는 제1 버퍼층(미도시)과 발광구조물(미도시) 사이에 삽입층(미도시)을 구비하여 기판(미도시)에서 발광구조물(미도시)로의 분자확산현상을 막고, 표면을 균일하게 하여 발광구조물(미도시)의 신뢰성을 확보할 수 있다.
상기 삽입층(미도시)을 포함한 발광소자(320)를 포함하여 백라이트 유닛(570)의 광추출 효율이 향상되고 백라이트 유닛(570)의 신뢰성이 더욱 향상될 수 있다. 발광소자 패키지(444)는 발광소자(미도시)를 포함한다.
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 6은 실시예에 따른 발광소자를 포함하는 액정표시장치의 분해 사시도이다. 다만, 도 5에서 도시하고 설명한 부분에 대해서는 반복하여 상세히 설명하지 않는다.
도 6은 실시예에 따른 직하 방식의 액정 표시 장치(600)이다. 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 5에서 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)은 복수의 발광소자 패키지(622)와 복수의 발광소자 패키지(622)가 실장되어 모듈을 이룰 수 있도록 PCB기판(621)을 포함할 수 있다.
발광소자 패키지(622)는 발광소자(미도시)를 포함한다. 발광소자(미도시)는 제1 버퍼층(미도시)과 발광구조물(미도시) 사이에 삽입층(미도시)을 구비하여 기판(미도시)에서 발광구조물(미도시)로의 분자확산현상을 막고, 표면을 균일하게 하여 발광구조물(미도시)의 신뢰성을 확보할 수 있다.
상기 삽입층(미도시)을 포함한 발광소자(320)를 이용하여 백라이트 유닛(670)의 광추출 효율이 향상되고 백라이트 유닛(670)의 신뢰성이 더욱 향상될 수 있다.
반사 시트(624)는 발광소자 패키지(622)에서 발생한 빛을 액정표시패널(610)이 위치한 방향으로 반사시켜 빛의 이용 효율을 향상시킨다.
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
110 : 기판 120 : 제1 버퍼층
130 : 삽입층 140 : 발광구조물
142 : 제1 반도체층 144 : 활성층
146 : 제2 반도체층 150 : 제2 버퍼층
300 : 발광소자 패키지

Claims (16)

  1. 기판;
    상기 기판 상에 배치되고, 알루미늄나이트라이드(AlN)를 포함하는 제1 버퍼층;
    상기 제1 버퍼층 상에 배치되고, 알루미늄(Al)을 포함하는 삽입층; 및
    상기 삽입층 상에 배치되고, 제1 반도체층, 제2 반도체층, 및 상기 제1 및 제2 반도체층 사이에 배치되는 활성층을 포함하는 발광구조물;을 포함하며,
    상기 삽입층과 상기 발광구조물 사이에서 접촉되게 배치되고, 알루미늄나이트라이드(AlN)를 포함하는 제2 버퍼층을 더 포함하며,
    상기 삽입층은 제1층, 및 제2층을 포함하며, 상기 제1 층은 알루미늄갈륨나이트라이드(AlxGa1-xN, 0.3≤≤x≤≤0.4)를 포함하고, 상기 제2 층은 알루미늄갈륨나이트라이드(AlyGa1-yN, 0.05≤≤y≤≤0.1)를 포함하며,
    상기 삽입층은 알루미늄의 함량이 서로 상이한 상기 제1 층과 제2 층이 반복하여 적층되며,
    상기 삽입층은 1000 내지 1200℃에서 형성되고,
    상기 제2 버퍼층은 1200 내지 1300℃에서 형성되며,
    상기 제1 버퍼층의 두께는 30 내지 50nm이며,
    상기 제2 버퍼층의 두께는 50 내지 100nm인 발광소자.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 버퍼층과 상기 삽입층의 계면은 요철을 형성하는 발광소자.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 삽입층의 두께는 100 내지 500nm인 발광소자.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 제1항에 있어서,
    상기 삽입층은 상기 제1층과 제2층의 1 내지 5쌍이 적층되는 발광소자.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 기판은 규소(Si)를 포함하는 발광소자.
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