KR102209037B1 - 발광 소자 - Google Patents

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Abstract

실시 예는 기판, 상기 기판 상에 배치되는 제1 도전형 반도체층, 활성층, 및 제2 도전형 반도체층을 포함하는 발광 구조물, 상기 기판 아래에 배치되는 p-n 접합층, 상기 기판과 상기 p-n 접합층 사이에 배치되는 본딩층, 및 상기 기판을 통과하여 상기 제1 도전형 반도체층과 상기 본딩층을 전기적으로 연결하는 제1 전극을 포함한다.

Description

발광 소자{A LIGHT EMITTING DEVICE}
실시 예는 발광 소자에 관한 것이다.
일반적으로 발광 소자 패키지는 발광 소자(예컨대, LED)를 실장하는 패키지 몸체의 일면과 동일한 면 상에 정전기 보호를 위하여 제너 다이오드(Zener-Diode)를 실장 한다.
제너 다이오드는 패키지 몸체의 어느 위치에도 실장 가능하지만, 최대한 발광 소자 패키지의 효율을 고려하여 제너 다이오드를 실장한다.
발광 소자와 제너 다이오드를 연결하기 위한 와이어의 최소 길이와 제너 다이오드에 의한 빛의 흡수로 인한 광 효율 저하를 방지하기 위한 설계 및 기술이 개발되고 있다.
이러한 예로는 발광 소자 패키지의 캐비티(cavity) 내부에 제너 다이오드를 매립하는 방법이 있지만, 이러한 경우에도 발광 소자와 제너 다이오드 간의 연결을 위해서는 와이어의 사용이 불가피하다.
또한, 제너 다이오드를 캐비티 내에 매립하기 위해서는 캐비티의 측면의 각도가 제한을 받을 수 있으며, 이는 발광 소자 패키지의 광 효율을 개선하고자 하는데 제약이 될 수 있다.
실시 예는 방열 효율, 및 광 추출 효율을 향상시킬 수 있는 발광 소자를 제공하는 것이다.
실시 예에 따른 발광 소자는 기판; 상기 기판 상에 배치되는 제1 도전형 반도체층, 활성층, 및 제2 도전형 반도체층을 포함하는 발광 구조물; 상기 기판 아래에 배치되는 p-n 접합층; 상기 기판과 상기 p-n 접합층 사이에 배치되는 본딩층; 및 상기 기판을 통과하여 상기 제1 도전형 반도체층과 상기 본딩층을 전기적으로 연결하는 제1 전극을 포함한다.
상기 p-n 접합층은 제1 도전형 질화물 반도체층; 및 상기 제1 도전형 질화물 반도체층과 상기 본딩층 사이에 배치되는 제2 도전형 질화물 반도체층을 포함하며, 상기 제1 도전형 질화물 반도체층과 상기 제2 도전형 질화물 반도체층은 p-n 접합 구조를 가질 수 있다.
상기 제1 전극의 일단은 상기 제1 도전형 반도체층의 하면과 접하고, 상기 제1 전극의 타단은 상기 본딩층의 상면과 접할 수 있다.
상기 제1 전극의 일단은 상기 기판의 상면으로부터 돌출된 형태일 수 있다.
상기 제1 전극의 수는 복수 개이고, 복수의 제1 전극들은 서로 이격하여 배치되고, 상기 복수의 제1 전극들 각각의 일단은 상기 제1 도전형 반도체층의 하면과 접하고, 상기 복수의 제1 전극들 각각의 타단은 상기 본딩층의 상면과 접할 수 있다.
상기 발광 소자는 상기 p-n 접합층 아래에 배치되고, 상기 p-n 접합층과 접촉하는 콘택층(contact layer)을 더 포함할 수 있다.
상기 발광 소자는 상기 발광 구조물의 측면, 및 상기 p-n 접합층의 측면 상에 배치되는 패시베이션층을 더 포함할 수 있다.
상기 발광 소자는 상기 제2 도전형 반도체층 상에 배치되는 전도층; 및 상기 전도층 상에 배치되는 제2 전극을 더 포함할 수 있다.
상기 제1 전극은 빛을 반사하는 반사 물질로 이루어질 수 있다.
상기 제1 전극은 상기 제1 도전형 반도체층과 접하는 상면; 상기 본딩층과 접하는 하면; 및 상기 상면과 상기 하면 사이에 위치하는 측면을 포함하며, 상기 기판의 상면을 기준으로 상기 제1 전극의 측면은 경사면일 수 있다.
상기 제1 전극의 상면과 상기 제1 도전형 반도체층의 하면이 접하는 경계면의 면적은 상기 제1 도전형 반도체층의 하면의 전체 면적의 2분의 1 이상일 수 있다.
실시 예는 방열 효율, 및 광 추출 효율을 향상시킬 수 있다.
도 1은 실시 예에 따른 발광 소자의 단면도를 나타낸다.
도 2는 다른 실시 예에 따른 발광 소자의 단면도를 나타낸다.
도 3은 또 다른 실시 예에 따른 발광 소자의 단면도를 나타낸다.
도 4는 실시 예에 따른 발광 소자를 포함하는 발광 소자 패키지를 나타낸다.
도 5는 실시 예에 따른 발광 소자 패키지를 포함하는 조명 장치를 나타낸다.
도 6은 실시 예에 따른 발광 소자 패키지를 포함하는 표시 장치를 나타낸다.
도 7은 실시 예에 따른 발광 소자 패키지를 포함하는 해드 램프를 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.
도 1은 실시 예에 따른 발광 소자(100)의 단면도를 나타낸다.
도 1을 참조하면, 발광 소자(100)는 기판(110), 발광 구조물(120), 전도층(130), 제1 전극(140), 제2 전극(150), 본딩층(160), p-n 접합층(junction layer, 170), 패시베이션층(Passivation layer, 180), 및 콘택층(190)을 포함한다.
기판(110)은 절연성 기판일 수 있다. 또한 기판(110)은 투광성 기판일 수 있다. 예컨대, 기판(110)은 사파이어 기판, 실리콘(Si) 기판, 산화아연(ZnO) 기판, 또는 반도체 기판일 수 있다.
기판(110)의 두께는 50 ㎛ ~ 150 ㎛일 수 있다.
기판(110)의 두께가 50 ㎛ 미만일 경우에는 발광 구조물(120)을 지지할 수 없고, 기판(110)의 두께가 150 ㎛ 초과일 경우에는 발광 소자(100)의 방열 효율이 떨어질 수 있다.
발광 구조물(120)은 기판(110) 상에 배치되며, 빛을 발생할 수 있다.
기판(110)과 발광 구조물(120) 사이의 격자 상수의 차이, 및 열 팽창 계수의 차이에 의한 격자 부정합을 완화하기 위하여 제1 도전형 반도체층(122)과 기판(110) 사이에 버퍼층(미도시)이 배치될 수 있다.
버퍼층은 3족 원소 및 5족 원소를 포함하는 질화물 반도체일 수 있다. 예컨대 버퍼층은 InAlGaN, GaN, AlN, AlGaN, InGaN 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 버퍼층은 단일층 또는 다층 구조일 수 있으며, 2족 원소 또는 4족 원소가 불순물로 도핑될 수도 있다.
또한 제1 도전형 반도체층(122)의 결정성 향상을 위하여 언도프트 반도체층(미도시)이 개재될 수 있다. 언도프트 반도체층은 n형 도펀트가 도핑되지 않아 제1 도전형 반도체층(122)에 비하여 낮은 전기 전도성을 갖는 것을 제외하고는 제1 도전형 반도체층(122)과 동일할 수 있다.
발광 구조물(120)은 제1 도전형 반도체층(122), 활성층(124), 및 제2 도전형 반도체층(126)이 순차적으로 적층된 구조일 수 있다.
제1 도전형 반도체층(122)은 3족-5족, 2족-6족 등의 화합물 반도체일 수 있으며, 제1 도전형 도펀트가 도핑될 수 있다.
제1 도전형 반도체층(122)은 InxAlyGa1 -x-yN(0≤x≤1, 0<y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체일 수 있다. 예컨대, 제1 도전형 반도체층(122)은 InAlGaN, GaN, AlGaN, InGaN, AlN, InN, AlInN 중 어느 하나를 포함하여 형성할 수 있으며, n형 도펀트(예: Si, Ge, Se, Te)가 도핑될 수 있다.
활성층(124)은 제1 도전형 반도체층(122)과 제2 도전형 반도체층(126) 사이에 배치될 수 있으며, 제1 도전형 반도체층(122) 및 제2 도전형 반도체층(126)으로부터 제공되는 전자(electron)와 정공(hole)의 재결합(recombination) 과정에서 발생하는 에너지에 의해 광을 생성할 수 있다.
활성층(124)은 반도체 화합물, 예컨대, 3족-5족, 2족-6족의 화합물 반도체일 수 있으며, 단일 우물 구조, 다중 우물 구조, 양자 선(Quantum-Wire) 구조, 또는 양자 점(Quantum Dot) 구조일 수 있다.
활성층(124)은 InxAlyGa1 -x- yN(0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 가질 수 있다. 예컨대, 활성층(134)은 1회 이상 교대로 배치되는 우물층(미도시), 및 장벽층(미도시)을 포함할 수 있으며, 우물층의 에너지 밴드 갭은 장벽층의 에너지 밴드 갭보다 작을 수 있다.
제2 도전형 반도체층(126)은 활성층(124) 상에 배치될 수 있으며, 3족-5족, 2족-6족 등의 화합물 반도체일 수 있고, 제2 도전형 도펀트가 도핑될 수 있다.
제2 도전형 반도체층(126)은 InxAlyGa1 -x- yN(0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 가지는 반도체일 수 있다. 예컨대, 제2 도전형 반도체층(126)은 InAlGaN, GaN, AlGaN, InGaN, AlN, InN, AlInN 중 어느 하나를 포함할 수 있으며, p형 도펀트(예: Mg, Zn, Ca,Sr, Ba)가 도핑될 수 있다.
전도층(130)은 제2 도전형 반도체층(126) 상에 배치되며, 전반사를 감소시킬 뿐만 아니라, 투광성이 좋기 때문에 활성층(124)으로부터 제2 도전형 반도체층(126)으로 방출되는 빛의 추출 효율을 증가시킬 수 있다.
전도층(130)은 투명 전도성 산화물, 예컨대, ITO(Indium Tin Oxide), TO(Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide), ITZO(Indium Tin Zinc 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), IrOx, RuOx,RuOx/ITO, Ni, Ag, Ni/IrOx/Au, 또는 Ni/IrOx/Au/ITO 중 하나 이상을 이용하여 단층 또는 다층으로 이루어질 수 있다. 또한, 도시하지 않았지만, 전도층(130)은 빛의 추출효율을 향상시키기 위하여 상부면에 요철 구조가 형성될 수 있다.
제1 전극(140)은 기판(110)을 통과하여 제1 도전형 반도체층(122)과 접할 수 있다. 즉 제1 전극(140)은 기판(110)을 통과하여 제1 도전형 반도체층(122)과 본딩층(160)을 전기적으로 연결할 수 있다.
p-n 접합층(170)은 기판(110) 아래에 배치된다.
p-n 접합층(170)은 제1 도전형 질화물 반도체층(172), 및 제2 도전형 질화물 반도체층(174)을 포함하며, 제1 도전형 질화물 반도체층(172)과 제2 도전형 질화물 반도체층(174)은 p-n 접합 구조를 갖는다.
제2 도전형 질화물 반도체층(174)은 본딩층(160)과 제1 도전형 질화물 반도체층(172) 사이에 배치될 수 있다.
제1 도전형 질화물 반도체층(172)은 InxAlyGa1 -x-yN(0≤x≤1, 0<y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체일 수 있다. 예컨대, 제1 도전형 질화물 반도체층(172)은 InAlGaN, GaN, AlGaN, InGaN, AlN, InN, AlInN 중 어느 하나를 포함하여 형성할 수 있으며, n형 도펀트(예: Si, Ge, Se, Te)가 도핑될 수 있다.
제2 도전형 질화물 반도체층(174)은 InxAlyGa1 -x- yN(0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 가지는 반도체일 수 있다. 예컨대, 제2 도전형 질화물 반도체층(174)은 InAlGaN, GaN, AlGaN, InGaN, AlN, InN, AlInN 중 어느 하나를 포함할 수 있으며, p형 도펀트(예: Mg, Zn, Ca,Sr, Ba)가 도핑될 수 있다.
제1 도전형 질화물 반도체층(172)과 제2 도전형 질화물 반도체층(174)의 경계면은 p-n 접합면(173)을 형성할 수 있으며, p-n 접합면(173)은 활성층(122)의 하면에 대향하도록 형성될 수 있다. 예컨대, p-n 접합면(173)은 활성층(122)의 하면과 평행할 수 있다.
p-n 접합층(170)은 발광 소자(100)에 큰 역방향 바이어스 전압, 또는 서지 (surge) 전압이 인가될 때, 발광 소자(100)가 파손되는 것을 방지하는 제너 다이오드(Zener diode) 역할을 할 수 있다.
본딩층(160)은 기판(110)과 p-n 접합층(170) 사이에 배치되며, 기판(110)과 p-n 접합층(170)을 서로 본딩시키는 역할을 한다.
본딩층(160)은 제1 전극(140)과 p-n 접합층(170)을 전기적으로 연결할 수 있도록 도전성 물질로 이루어질 수 있다. 예컨대, 본딩층(160)은 금속 물질, 예를 들어, Ti, Au, Sn, Ni, Cr, Ga, In, Bi, Cu, Ag 또는 Ta 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
예컨대, 본딩층(160)은 기판(110)의 하면에 형성되는 제1 본딩층(미도시), 및 p-n 접합층(170)의 제2 질화물 반도체층(174) 상에 형성되는 제2 본딩층(미도시)을 포함할 수 있으며, 제1 본딩층과 제2 본딩층을 열 융착 방식에 의하여 접합함으로써, 기판(110)과 p-n 접합층(170)을 서로 본딩시킬 수 있다.
제1 전극(140)은 기판(110)의 관통할 수 있고, 제1 전극(140)의 일단은 제1 도전형 반도체층(122)과 접할 수 있고, 제1 전극(140)의 타단은 본딩층(160)에 접할 수 있다.
예컨대, 제1 전극(140)의 일단은 기판(110)의 상면으로부터 돌출된 형태일 수 있고, 제1 도전형 반도체층(122)의 하면과 접할 수 있다. 그리고 제1 전극(140)의 타단은 본딩층(160)의 상면에 접할 수 있다.
도 1에서 제1 전극(140)의 형상은 막대 형상이지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 다면체, 반구, 또는 돔형 등과 같은 다양한 형상으로 구현될 수 있다.
제2 전극(150)은 전도층(130) 상에 배치될 수 있으며, 접촉 저항을 줄이기 위하여 전도층(130)과 오믹 접촉할 수 있다. 제1 전극(140) 및 제2 전극(150)은 발광 구조물(120)에 전원을 제공할 수 있다.
제1 전극(140) 및 제2 전극(150)은 도전성 물질, 예컨대, Ti, Al, Al alloy, In, Ta, Pd, Co, Ni, Si, Ge, Ag, Ag alloy, Au, Hf, Pt, Ru 또는 Au 중에서 적어도 하나를 포함하여 형성하거나, 또는 적어도 하나를 포함하는 합금으로 형성될 수 있으며, 그 형태는 단층 또는 다층일 수 있다.
패시베이션층(180)은 발광 구조물(120), 및 p-n 접합층(170)을 전기적으로 보호하기 위하여 발광 구조물(120)의 측면, 및 p-n 접합층(170)의 측면 상에 배치될 수 있다. 또한 패시베이션층(160)은 본딩층(160)의 측면 상에도 배치될 수 있다. 도 1에는 패시베이션층(180)이 전도층(130)의 상면 상에 배치되지 않지만, 다른 실시 예에서는 패시베이션층이 전도층 상에도 배치될 수 있다.
패시베이션층(180)은 절연 물질, 예컨대, SiO2, SiOx, SiOxNy, Si3N4, 또는 Al2O3 로 형성될 수 있다.
콘택층(190)은 p-n 접합층(170) 아래에 배치되며, p-n 접합층(170)과 접촉할 수 있다. 예컨대, 콘택층(190)은 p-n 접합층(170)의 제1 도전형 질화물 반도체층(172) 아래에 배치될 수 있고, 접촉 저항을 줄이기 위하여 제1 도전형 질화물 반도체층(172)과 오믹 접촉할 수 있다.
일반적으로 수평형 발광 소자는 전극 배치를 위하여 발광 구조물의 일부를 식각하기 때문에, 발광 면적이 감소하지만, 실시 예는 제1 전극(140)이 기판(110) 아래에 배치되는 구조이기 때문에 발광 면적이 감소하지 않는다.
또한 기판(110)의 두께를 150 ㎛ 이하로 함으로써, 실시 예는 방열 효율을 향상시킬 수 있고, 기판(110)에 의하여 흡수되는 광을 줄여 광 추출 효율을 향상시킬 수 있다.
또한 발광 구조물(120)과 p-n 접합층(170)을 단일 칩으로 구성함으로써, 발광 소자의 보호를 위한 별도의 제너 다이오드가 필요하지 않기 때문에, 제조 비용을 줄일 수 있다.
도 2는 다른 실시 예에 따른 발광 소자(100-1)의 단면도를 나타낸다.
도 1과 동일한 도면 부호는 동일한 구성을 나타내며, 동일한 구성에 대해서는 설명을 간단하게 하거나 생략한다.
도 2를 참조하면, 발광 소자(100-1)는 기판(110), 발광 구조물(120), 전도층(130), 제1 전극(140-1,140-2,140-3), 제2 전극(150), 본딩층(160), p-n 접합층(170), 패시베이션층(180), 및 콘택층(190)을 포함한다.
도 2에서 제1 전극(140-1,140-2,140-3)의 수는 복수 개일 수 있고, 복수의 제1 전극들(140-1,140-2,140-3)은 서로 이격하여 배치될 수 있다.
복수의 제1 전극들(140-1,140-2,140-3) 각각은 제1 기판(110)을 관통할 수 있다. 복수의 제1 전극들(140-1,140-2,140-3) 각각의 일단은 제1 도전형 반도체층(122)과 접할 수 있다. 이때 복수의 제1 전극들(140-1,140-2,140-3)이 제1 도전형 반도체층(122)과 접하는 영역들은 서로 다른 영역일 수 있고, 서로 이격될 수 있다. 복수의 제1 전극들(140-1,140-2,140-3) 각각의 일단은 제1 기판(110)의 상면으로부터 돌출된 형태일 수 있다.
복수의 제1 전극들(140-1,140-2,140-3) 각각의 타단은 본딩층(160)과 접할 수 있다. 이때 복수의 제1 전극들(140-1,140-2,140-3)이 본딩층(160)과 접하는 영역들은 서로 다른 영역일 수 있고, 서로 이격될 수 있다.
발광 소자(100-1)는 서로 이격하는 복수 개의 제1 전극들(140-1,140-2,140-3)을 구비함으로써 발광 구조물(120) 내에서 전류 분산을 향상시킬 수 있고, 이로 인하여 발광 효율을 향상시킬 수 있다.
복수의 제1 전극들(140-1,140-2,140-3) 중 일부는 수직 방향으로 제2 전극(150)과 오버랩(overlap)되도록 정렬될 수 있고, 복수의 제1 전극들(140-1,140-2,140-3) 중 다른 일부는 수직 방향으로 제2 전극(150)과 비오버랩되도록 정렬될 수 있다. 이때 수직 방향은 p-n 접합층(170)으로부터 발광 구조물(120)로 향하는 방향으로, 기판(110)에 상면에 수직인 방향일 수 있다. 또는 수직 방향은 발광 구조물(120)의 제1 도전형 반도체층(122), 활성층(124), 및 제2 도전형 반도체층(126)이 적층되는 방향일 수 있다.
도 3은 또 다른 실시 예에 따른 발광 소자(200)의 단면도를 나타낸다.
도 1과 동일한 도면 부호는 동일한 구성을 나타내며, 동일한 구성에 대해서는 설명을 간단하게 하거나 생략한다.
도 3을 참조하면, 발광 소자(200)는 기판(110), 발광 구조물(120), 전도층(130), 제1 전극(210), 제2 전극(150), 본딩층(160), p-n 접합층(170), 패시베이션층(180), 및 콘택층(190)을 포함한다.
도 3을 참조하면, 제1 전극(210)은 발광 구조물(120)로부터 조사되는 빛을 반사시키는 반사 물질로 이루어질 수 있다.
예컨대, 제1 전극(210)은 Ag, Ni, Al, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au, Hf 중 적어도 하나를 포함하는 금속 또는 합금으로 형성될 수 있다.
또는 예컨대, 제1 전극(210)은 상기 금속 또는 합금, 및 투명 전도성 산화물을 이용하여 다층으로 형성될 수 있다. 여기서 투명 전도성 산화물은 전도층(130)의 재료와 동일할 수 있다. 예컨대, 제1 전극(210)은 IZO/Ni, AZO/Ag, IZO/Ag/Ni, 또는 AZO/Ag/Ni 등으로 형성될 수 있다.
제1 전극(210)은 상면(211), 상면(211)과 마주보는 하면(212), 및 상면(211)과 하면(212) 사이에 위치하는 측면(213)을 포함할 수 있다.
제1 전극(210)은 기판(110)을 관통하며, 제1 전극(210)의 상면(211)은 제1 도전형 반도체층(122)의 하면과 접할 수 있다.
제1 전극(210)의 하면(212)은 본딩층(160)의 상면과 접할 수 있다.
제1 전극(210)의 측면(213)은 기판(110)의 관통 부분(11a)과 접할 수 있다.
제1 전극(210)의 기판(110)의 상면으로부터 돌출된 구조일 수 있고, 제1 전극(210)의 측면(213)의 일부, 예컨대, 측면(213)의 상단은 제1 도전형 반도체층(122)과 접할 수 있다.
제1 전극(210)의 상면(211)과 제1 도전형 반도체층(122)의 하면이 접하는 경계면의 면적은 제1 도전형 반도체층(122)의 하면의 전체 면적의 2분의 1 이상일 수 있다.
기판(110)의 상면(또는 하면)을 기준으로 제1 전극(210)의 측면(213)은 경사면일 수 있다. 이때 기판(110)의 상면(또는 하면)과 제1 전극(210)의 측면(213)이 이루는 각도(θ)는 둔각일 수 있다.
제1 전극(210)의 상면(211), 및 하면(212)은 기판(110) 상면과 평행할 수 있으나, 실시 예가 이에 한정되는 것은 아니다.
제1 전극(210)의 상면(211)의 면적은 제1 전극(210)의 하면의 면적보다 작을 수 있다. 제1 전극(210)의 수직 방향의 단면은 사다리꼴 형태일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
제1 전극(210)은 활성층(124)으로부터 기판(110) 방향으로 조사되는 빛을 반사하기 때문에 광 추출 효율을 향상시킬 수 있다.
경사면인 제1 전극(210)에 의하여 반사되는 빛(301, 302,303)은 발광 소자(200)의 상면 방향뿐만 아니라, 발광 소자(200)의 측면 방향으로도 진행할 수 있기 때문에, 실시 예는 지향각을 향상시킬 수 있다.
또한 실시 예는 제1 전극(210)과 제1 도전형 반도체층(122)이 접하는 면적을 증가시킴으로써, 전류 주입 효율을 향상시킬 수 있다.
도 4는 실시 예에 따른 발광 소자를 포함하는 발광 소자 패키지를 나타낸다.
도 4를 참조하면, 발광 소자 패키지는 패키지 몸체(510), 제1 도전층(512), 제2 도전층(514), 발광 소자(520), 반사판(525), 와이어(530), 및 수지층(resin layer, 540)을 포함한다.
패키지 몸체(510)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. 또는 패키지 몸체(510)는 수지 재질, 예컨대, 폴리프탈아미드(PPA:Polyphthalamide), 또는 EMC 수지로 형성될 수 있다. 실시 예는 상술한 몸체의 재질, 구조, 및 형상으로 한정되지 않는다.
패키지 몸체(510)는 측면 및 바닥으로 이루어지는 캐비티(cavity)를 가질 수 있다. 이때 캐비티의 측면은 경사지게 형성될 수 있다.
제1 도전층(512) 및 제2 도전층(514)은 열 배출이나 발광 소자(520)의 장착을 고려하여 서로 전기적으로 분리되도록 패키지 몸체(510)의 표면에 배치될 수 있다. 예컨대, 제1 도전층(512) 및 제2 도전층(514)은 캐비티 내에 배치될 수 있다.
발광 소자(520)는 제1 도전층(512) 및 제2 도전층(514)과 전기적으로 연결되며, 발광 소자(520)로부터 발생하는 열은 제1 도전층(512) 및 제2 도전층(514)을 통하여 방출될 수 있다. 여기서 발광 소자(520)는 실시 예에 따른 발광 소자(100, 100-1, 200)일 수 있다.
발광 소자(100, 100-1,200)의 콘택층(190)은 제2 도전층(514)에 전기적으로 연결될 수 있다. 발광 소자(100,100-1,200)의 제2 전극(150)은 와이어(530)에 의하여 제1 도전층(512)과 전기적으로 연결될 수 있다.
반사판(525)은 발광 소자(520)에서 방출된 빛을 소정의 방향으로 지향하도록 패키지 몸체(510)의 캐비티 측면에 형성된다. 반사판(525)은 광 반사 물질로 이루어지며, 예컨대, 금속 코팅이거나 금속 박편일 수 있다.
수지층(540)은 패키지 몸체(510)의 캐비티 내에 위치하는 발광 소자(520)를 포위하여 발광 소자(520)를 외부 환경으로부터 보호한다. 수지층(540)은 에폭시 또는 실리콘과 같은 무색 투명한 고분자 수지 재질로 이루어진다. 수지층(540)은 발광 소자(520)에서 방출된 광의 파장을 변화시킬 수 있도록 형광체가 포함할 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 5는 실시 예에 따른 발광 소자 패키지를 포함하는 조명 장치를 나타낸다.
도 5를 참조하면, 조명 장치는 커버(1100), 광원 모듈(1200), 방열체(1400), 전원 제공부(1600), 내부 케이스(1700), 및 소켓(1800)을 포함할 수 있다. 또한, 실시 예에 따른 조명 장치는 부재(1300)와 홀더(1500) 중 어느 하나 이상을 더 포함할 수 있다.
커버(1100)는 벌브(bulb) 또는 반구의 형상일 수 있으며, 속이 비어 있고, 일 부분이 개구된 형상일 수 있다. 커버(1100)는 광원 모듈(1200)과 광학적으로 결합될 수 있다. 예를 들어, 커버(1100)는 광원 모듈(1200)로부터 제공되는 빛을 확산, 산란 또는 여기시킬 수 있다. 커버(1100)는 일종의 광학 부재일 수 있다. 커버(1100)는 방열체(1400)와 결합될 수 있다. 커버(1100)는 방열체(1400)와 결합하는 결합부를 가질 수 있다.
커버(1100)의 내면에는 유백색 도료가 코팅될 수 있다. 유백색의 도료는 빛을 확산시키는 확산재를 포함할 수 있다. 커버(1100)의 내면의 표면 거칠기는 커버(1100)의 외면의 표면 거칠기보다 크게 형성될 수 있다. 이는 광원 모듈(1200)로부터의 빛이 충분히 산란 및 확산되어 외부로 방출시키기 위함이다.
커버(1100)의 재질은 유리(glass), 플라스틱, 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 폴리카보네이트(PC) 등일 수 있다. 여기서, 폴리카보네이트는 내광성, 내열성, 강도가 뛰어나다. 커버(1100)는 외부에서 광원 모듈(1200)이 보이도록 투명할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니고 불투명할 수 있다. 커버(1100)는 블로우(blow) 성형을 통해 형성될 수 있다.
광원 모듈(1200)은 방열체(1400)의 일 면에 배치될 수 있으며, 광원 모듈(1200)로부터 발생한 열은 방열체(1400)로 전도될 수 있다. 광원 모듈(1200)은 광원부(1210), 연결 플레이트(1230), 및 커넥터(1250)를 포함할 수 있다. 광원부(1210)는 실시 예에 따른 발광 소자 패키지를 포함할 수 있다.
부재(1300)는 방열체(1400)의 상면 위에 배치될 수 있고, 복수의 광원부(1210)들과 커넥터(1250)가 삽입되는 가이드홈(1310)을 갖는다. 가이드홈(1310)은 광원부(1210)의 기판 및 커넥터(1250)와 대응 또는 정렬될 수 있다.
부재(1300)의 표면은 광 반사 물질로 도포 또는 코팅된 것일 수 있다.
예를 들면, 부재(1300)의 표면은 백색의 도료로 도포 또는 코팅된 것일 수 있다. 이러한 부재(1300)는 커버(1100)의 내면에 반사되어 광원 모듈(1200)을 향하여 되돌아오는 빛을 다시 커버(1100) 방향으로 반사할 수 있다. 따라서, 실시 예에 따른 조명 장치의 광 효율을 향상시킬 수 있다.
부재(1300)는 예로서 절연 물질로 이루어질 수 있다. 광원 모듈(1200)의 연결 플레이트(1230)는 전기 전도성의 물질을 포함할 수 있다. 따라서, 방열체(1400)와 연결 플레이트(1230) 사이에 전기적인 접촉이 이루어질 수 있다. 부재(1300)는 절연 물질로 구성되어 연결 플레이트(1230)와 방열체(1400)의 전기적 단락을 차단할 수 있다. 방열체(1400)는 광원 모듈(1200)로부터의 열과 전원 제공부(1600)로부터의 열을 전달받아 방열할 수 있다.
홀더(1500)는 내부 케이스(1700)의 절연부(1710)의 수납홈(1719)을 막는다. 따라서, 내부 케이스(1700)의 절연부(1710)에 수납되는 전원 제공부(1600)는 밀폐될 수 있다. 홀더(1500)는 가이드 돌출부(1510)를 가질 수 있으며, 가이드 돌출부(1510)는 전원 제공부(1600)의 돌출부(1610)가 관통하는 홀을 가질 수 있다.
전원 제공부(1600)는 외부로부터 제공받은 전기적 신호를 처리 또는 변환하여 광원 모듈(1200)로 제공한다. 전원 제공부(1600)는 내부 케이스(1700)의 수납홈(1719)에 수납될 수 있고, 홀더(1500)에 의해 내부 케이스(1700)의 내부에 밀폐될 수 있다. 전원 제공부(1600)는 돌출부(1610), 가이드부(1630), 베이스(1650), 연장부(1670)를 포함할 수 있다.
가이드부(1630)는 베이스(1650)의 일 측에서 외부로 돌출된 형상을 가질 수 있다. 가이드부(1630)는 홀더(1500)에 삽입될 수 있다. 베이스(1650)의 일 면 위에는 다수의 부품이 배치될 수 있다. 다수의 부품은 예를 들어, 외부 전원으로부터 제공되는 교류 전원을 직류 전원으로 변환하는 직류변환장치, 광원 모듈(1200)의 구동을 제어하는 구동칩, 광원 모듈(1200)을 보호하기 위한 ESD(ElectroStatic discharge) 보호 소자 등을 포함할 수 있으나 이에 대해 한정하지는 않는다.
연장부(1670)는 베이스(1650)의 다른 일 측에서 외부로 돌출된 형상을 가질 수 있다. 연장부(1670)는 내부 케이스(1700)의 연결부(1750) 내부에 삽입될 수 있고, 외부로부터의 전기적 신호를 제공받을 수 있다. 예컨대, 연장부(1670)는 내부 케이스(1700)의 연결부(1750)와 폭이 같거나 작을 수 있다. 연장부(1670)에는 "+ 전선"과 "- 전선"의 각 일 단이 전기적으로 연결될 수 있고, "+ 전선"과 "- 전선"의 다른 일 단은 소켓(1800)에 전기적으로 연결될 수 있다.
내부 케이스(1700)는 내부에 전원 제공부(1600)와 함께 몰딩부를 포함할 수 있다. 몰딩부는 몰딩 액체가 굳어진 부분으로서, 전원 제공부(1600)가 내부 케이스(1700) 내부에 고정될 수 있도록 한다.
도 6은 실시 예에 따른 발광 소자 패키지를 포함하는 표시 장치를 나타낸다.
도 6을 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 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) 상에 실장되는 발광 소자 패키지들(835)을 포함할 수 있다. 여기서, 기판(830)은 PCB 등이 사용될 수 있다. 발광 소자 패키지(835)는 도 4에서 상술한 실시 예일 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(860)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.
도 7은 실시 예에 따른 발광 소자 패키지를 포함하는 해드 램프(head lamp, 900)를 나타낸다. 도 7을 참조하면, 해드 램프(900)는 발광 모듈(901), 리플렉터(reflector, 902), 쉐이드(903), 및 렌즈(904)를 포함한다.
발광 모듈(901)은 기판(미도시) 상에 배치되는 복수의 발광 소자 패키지들(미도시)을 포함할 수 있다. 이때 발광 소자 패키지는 도 4에서 상술한 실시 예일 수 있다.
리플렉터(902)는 발광 모듈(901)로부터 조사되는 빛(911)을 일정 방향, 예컨대, 전방(912)으로 반사시킨다.
쉐이드(903)는 리플렉터(902)와 렌즈(904) 사이에 배치되며, 리플렉터(902)에 의하여 반사되어 렌즈(904)로 향하는 빛의 일부분을 차단 또는 반사하여 설계자가 원하는 배광 패턴을 이루도록 하는 부재로서, 쉐이드(903)의 일측부(903-1)와 타측부(903-2)는 서로 높이가 다를 수 있다.
발광 모듈(901)로부터 조사되는 빛은 리플렉터(902) 및 쉐이드(903)에서 반사된 후 렌즈(904)를 투과하여 차체 전방을 향할 수 있다. 렌즈(904)는 리플렉터(902)에 의하여 반사된 빛을 전방으로 굴절시킬 수 있다.
이상에서 실시 예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시 예에 포함되며, 반드시 하나의 실시 예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시 예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시 예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시 예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
110: 기판 120: 발광 구조물
130: 전도층 140: 제1 전극
150: 제2 전극 160: 본딩층
170: p-n 접합층 180: 패시베이션층
190: 콘택층.

Claims (11)

  1. 기판;
    상기 기판 상에 배치되는 제1 도전형 반도체층, 활성층, 및 제2 도전형 반도체층을 포함하는 발광 구조물;
    상기 기판 아래에 배치되는 p-n 접합층;
    상기 기판과 상기 p-n 접합층 사이에 배치되는 본딩층; 및
    상기 기판을 통과하여 상기 제1 도전형 반도체층과 상기 본딩층을 전기적으로 연결하는 제1 전극을 포함하고,
    상기 제1 전극은 빛을 반사하는 반사 물질로 형성되고,
    상기 제1 전극은,
    상기 제1 도전형 반도체층과 접하는 상면;
    상기 본딩층과 접하는 하면; 및
    상기 상면과 상기 하면 사이에 위치하는 측면을 포함하며,
    상기 기판의 상면을 기준으로 상기 제1 전극의 측면은 경사면인 발광 소자.
  2. 제1항에 있어서, 상기 p-n 접합층은,
    제1 도전형 질화물 반도체층; 및
    상기 제1 도전형 질화물 반도체층과 상기 본딩층 사이에 배치되는 제2 도전형 질화물 반도체층을 포함하며, 상기 제1 도전형 질화물 반도체층과 상기 제2 도전형 질화물 반도체층은 p-n 접합 구조를 갖고,
    상기 제1 전극의 일단은 상기 기판의 상면으로부터 돌출된 형태인 발광 소자.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 p-n 접합층 아래에 배치되고, 상기 p-n 접합층과 접촉하는 콘택층(contact layer); 및
    상기 발광 구조물의 측면, 및 상기 p-n 접합층의 측면 상에 배치되는 패시베이션층;
    상기 제2 도전형 반도체층 상에 배치되는 전도층; 및
    상기 전도층 상에 배치되는 제2 전극을 더 포함하는 발광 소자.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전극의 상면과 상기 제1 도전형 반도체층의 하면이 접하는 경계면의 면적은 상기 제1 도전형 반도체층의 하면의 전체 면적의 2분의 1 이상인 발광 소자.
  5. 기판;
    상기 기판 상에 배치되는 제1 도전형 반도체층, 활성층, 및 제2 도전형 반도체층을 포함하는 발광 구조물;
    상기 기판 아래에 배치되는 p-n 접합층;
    상기 기판과 상기 p-n 접합층 사이에 배치되는 본딩층; 및
    상기 기판을 통과하여 상기 제1 도전형 반도체층과 상기 본딩층을 전기적으로 연결하는 제1 전극을 포함하고,
    상기 제1 전극의 수는 복수 개이고, 복수의 제1 전극들은 서로 이격하여 배치되고, 상기 복수의 제1 전극들 각각의 일단은 상기 제1 도전형 반도체층의 하면과 접하고, 상기 복수의 제1 전극들 각각의 타단은 상기 본딩층의 상면과 접하는 발광 소자.
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