KR102252474B1 - 발광소자 - Google Patents

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Abstract

실시예는 기판; 상기 기판 상에 배치되고, 베이스층과 상기 베이스층 상의 복수 개의 돌출 구조물을 포함하는 제1 도전형 반도체층; 상기 각각의 돌출 구조물의 측면과 상부면에 배치된 활성층 및 제2 도전형 반도체층; 및 상기 제2 도전형 반도체층의 측면과 상부면에 배치된 형광층을 포함하는 발광소자를 제공한다.

Description

발광소자{LIGHT EMITTNG DEVICE}
실시예는 발광소자에 관한 것으로 보다 상세하게는, 발광 구조물의 품질이 향상되고 백색광을 구현하는 발광소자에 관한 것이다.
GaN, AlGaN 등의 3-5 족 화합물 반도체는 넓고 조정이 용이한 밴드 갭 에너지를 가지는 등의 많은 장점으로 인해 광 전자 공학 분야(optoelectronics)와 전자 소자를 위해 등에 널리 사용된다.
특히, 반도체의 3-5족 또는 2-6족 화합물 반도체 물질을 이용한 발광 다이오드(Ligit 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.
발광소자에서, 기판과 발광 구조물은 이종의 재료이므로 격자 상수 부정합(lattice mismatch)이 매우 크고 이들 사이에 열 팽창 계수 차이도 매우 크기 때문에, 결정성을 악화시키는 전위(dislocation), 멜트 백(melt-back), 크랙(crack), 피트(pit), 표면 모폴로지(surface morphology) 불량 등이 발생할 수 있다.
상술한 문제점을 해결하고자 발광 구조물을 기판과 발광 구조물 사이에 버퍼층을 형성할 수도 있으나, 전위가 여전히 형성되어 발광 구조물의 품질을 악화시킬 수도 있으며, 활성층에서 빛에너지가 아닌 발광 구조물에서 열에너지가 방출되어 발광소자 자체의 효율을 저하시킬 수 있다.
또한, 발광 구조물을 나노 로드 형상으로 제조하여 전위 등의 성장을 억제하는 시도가 있다.
도 1은 종래의 나노 로드 형상의 발광소자를 나타낸 도면이다.
종래의 발광소자(100)는 기판(112) 위에 적어도 하나의 질화물 반도체층(115)과, 적어도 하나의 질화물 반도체층(115) 위에 구비된 것으로 적어도 하나의 관통홀(116)을 포함하는 마스크층(117)과, 마스크층(117)의 관통홀(116)로부터 돌출되어 서로 이격되게 형성된 발광 나노 로드(126)들을 포함할 수 있다.
마스크층(17)은 리소그래피 공정에 의해 원하는 관통홀 패턴으로 식각하여 형성될 수 있고, 관통홀(116)은 예를 들어, 원형, 타원형, 다각형 등의 단면 형상을 가질 수 있다.
마스크층(117) 상에는 나노 로드가 형성되지 않고, 상기 관통홀(116)을 통해 발광 나노 로드(126)가 형성될 수 있다. 발광 나노 로드(126)는 상기 관통홀(116)을 통해 성장된 나노 코어(120), 나노 코어(120) 표면에 형성된 발광층(123), 상기 발광층(123) 표면에 형성된 반도체층(125)을 포함할 수 있다. 발광층(123)은 나노 코어(120)로부터 방사형으로 성장되어 나노 코어(120)의 표면을 둘러싸는 형태가 될 수 있다.
나노 코어(120)에서 발광층(123)에 전자가 공급되고, 반도체층(125)에서 발광층(123)에 정공이 공급될 수 있으며, 발광층에서 전자와 정공의 결합에 의해 빛이 방출될 수 있다. 여기서, 발광 나노 로드들의 표면적을 통해 빛이 방출되며, 빛의 방출 면적이 넓어 발광 효율이 높을 수 있다.
발광 나노 로드(126)들 사이의 상기 마스크 상에 제1 충진층(130)이 형성될 수 있다. 제1 충진층(130)은 발광 나노 로드(126)의 높이보다 작은 높이로 형성될 수 있다. 제1 충진층(130)은 절연체로 형성될 수 있다.
발광 나노 로드(126)와 제1 충진층(130)의 표면에 제1 도전층(133)이 구비될 수 있다. 그리고, 상기 발광 나노 로드 사이의 상기 제1 도전층(133) 상에 제2 충진층(135)이 구비될 수 있다. 상기 제2 충진층(135)은 절연체 또는 도전체로 형성될 수 있다.
제1 도전층(133)과 제2 충진층(135) 상에 제1 전극(137)이 구비될 수 있다. 상기 제1 전극(137)을 통해 전류가 주입되어 제1 도전층(133)을 통해 발광 나노 로드로 흐름으로써 전류 주입 효율을 높일 수 있다. 상기 마스크층(117)과 제1 충진층(130) 사이 및 반도체층(125)과 제1 충진층(130) 사이에 보호층(127)이 더 구비될 수 있다.
제1 충진층(130)은 제1 전극(137)에서 주입된 전류가 제1 도전층(133)을 통해 흐를 때 발광층(123)으로 흐르지 않고, 다른 곳으로 누출되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 상기 보호층(127)은 제1 충진층(130)이 마스크층(117)이나 반도체층(125)에 잘 부착되도록 함으로써 전류 누출 방지율을 더욱 높일 수 있고, 제1 충진층(130)과 보호층(127)은 발광층(123)에서 전자와 전공 결합률을 높일 수 있도록 기여할 수 있다.
그러나, 상술한 종래의 나노 로드 형상의 발광 소자는 다음과 같은 문제점이 있다.
도 1에서는 나노 로드 형상의 발광 구조물 사이의 갭(gap)을 절연성의 제1 충진층과 절연성 또는 도전성의 제2 충진층이 채워서 플랫하게 되고, 플랫한 면 위에 제1 전극(137)이 배치되어 전류가 주입될 수 있다. 그리고, 발광층(123)에서 방출되는 단색광으로부터 백색광을 구현하기 위하여, 패키징 공정시에 몰딩 부재에 형광체를 별도로 포함하여야 한다.
따라서, 나노 로드 형상의 발광 소자로부터 백색광을 방출하는 발광소자 패키지를 제조할때, 복잡한 공정을 거치고 또한 제조비용도 상승하게 된다.
실시예는 발광소자의 품질을 향상시키고, 나노 로드 형상의 발광소자로부터 백색광을 구현하는데 있어서 제조 공정을 간소화하고 제조비용을 절감하고자 한다.
실시예는 기판; 상기 기판 상에 배치되고, 베이스층과 상기 베이스층 상의 복수 개의 돌출 구조물을 포함하는 제1 도전형 반도체층; 상기 각각의 돌출 구조물의 측면과 상부면에 배치된 활성층 및 제2 도전형 반도체층; 및 상기 제2 도전형 반도체층의 측면과 상부면에 배치된 형광층을 포함하는 발광소자를 제공한다.
형광층은, 상기 활성층에서 방출된 제1 파장 영역의 광을 흡수하여 제2 파장 영역의 광을 방출할 수 있다.
형광층은 갭 필링 물질과 형광 물질을 포함할 수 있다.
형광층은 도전성 또는 절연성일 수 있다.
형광층은 절연성이고, 상기 형광층의 상부에 상기 제2 도전형 반도체층이 노출될 수 있다.
발광소자는 형광층 상에 배치되고 상기 제2 도전형 반도체층과 접촉하는 투명 도전층을 더 포함할 수 있다.
각각의 돌출 구조물 상에 배치된 활성층에서 서로 다른 파장 영역의 광을 방출할 수 있고, 이때 서로 다른 파장 영역의 광에 의하여 여기되어, 상기 형광층에서 적어도 2가지 영역의 파장의 광을 방출할 수 있다.
발광소자는 기판 상에 배치되고, 상기 복수 개의 돌출 구조물을 나누는 마스크를 더 포함할 수 있다.
발광소자는 제2 도전형 반도체층의 둘레에 배치되는 도전층을 더 포함할 수 있다.
본 실시예에 따른 발광소자는 패키지에서 형광체를 사용하지 않고, 돌출 구조물 사이의 빈 공간을 형광층이 채워서 돌출 구조물을 안정적으로 지지하고, 형광층 내의 유기 발광 물질에서 활성층에서 방출되는 제1 파장 영역의 광을 흡수하며 여기되어 제2 파장 영역의 광을 방출할 수 있으며, 제1 파장 영역의 광과 제2 파장 영역의 광의 조합에 의하여 백색광을 구현할 수 있다.
도 1은 종래의 발광소자를 나타낸 도면이고,
도 2a는 발광소자의 제1 실시예를 나타낸 도면이고,
도 2b는 발광소자의 제2 실시예를 나타낸 도면이고,
도 2c는 발광소자의 제3 실시예를 나타낸 도면이고,
도 3a는 발광소자를 포함하는 발광소자 패키지의 제1 실시예를 나타낸 도면이고,
도 3b는 발광소자를 포함하는 발광소자 패키지의 제2 실시예를 나타낸 도면이고,
도 4a는 실시예에 따른 발광소자 패키지에서 방출되는 광의 파장별 분포를 나타낸 도면이고,
도 4b는 종래의 발광소자 패키지에서 방출되는 광의 파장별 분포를 나타낸 도면이고,
도 5는 발광소자가 배치된 영상표시장치의 일실시예를 나타낸 도면이고,
도 6은 발광소자가 배치된 조명장치의 일실시예를 나타낸 도면이다.
이하 상기의 목적을 구체적으로 실현할 수 있는 본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.
본 발명에 따른 실시예의 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.
도 2a는 발광소자의 제1 실시예를 나타낸 도면이다.
본 실시예에 따른 발광소자(200a)는, 기판(210), 기판(210) 상의 발광 구조물(220), 각각의 돌출 구조물(222b) 사이에 배치되는 마스크(280), 각각의 돌출 구조물(222b) 둘레의 도전층(240) 사이에 배치되는 형광층(250), 상기 형광층(250) 상에 배치되는 투명 전극층(260)과, 제1 전극(290)과 제2 전극(295)를 포함할 수 있다.
기판(210)은 반도체 물질 성장에 적합한 물질이나 캐리어 웨이퍼로 형성될 수 있으며, 열 전도성이 뛰어난 물질로 형성될 수 있고, 전도성 기판 또는 절연성 기판을 포함할 수 있다. 예컨대, 사파이어(Al2O3), SiO2, SiC, Si, GaAs, GaN, ZnO, GaP, InP, Ge, Ga203 중 적어도 하나를 사용할 수 있다.
사파이어 등으로 기판(210)을 형성하고, 기판(210) 상에 GaN이나 AlGaN 등을 포함하는 발광구조물(220)이 배치될 때, GaN이나 AlGaN과 사파이어 사이의 격자 부정합(lattice mismatch)이 매우 크고 이들 사이에 열 팽창 계수 차이도 매우 크기 때문에, 결정성을 악화시키는 전위(dislocation), 멜트 백(melt-back), 크랙(crack), 피트(pit), 표면 모폴로지(surface morphology) 불량 등이 발생할 수 있으므로, AlN 등으로 버퍼층(미도시)을 형성할 수 있다.
도시되지는 않았으나, 버퍼층(미도시)과 발광구조물(220)의 사이에는 언도프드 GaN층이나 AlGaN층이 배치되어, 발광구조물(220) 내로 상술한 전위 등이 전달되는 것을 방지할 수 있다.
발광 구조물(220)은 제1 도전형 반도체층(222)과 활성층(224) 및 제2 도전형 반도체층(226)을 포함하여 이루어진다.
제1 도전형 반도체층(222)은 베이스층(222a)과 돌출 구조물(222b)을 포함하는데, 베이스층(222a)은 기판(210)의 전면 상에 얇은 박막으로 형성될 수 있고, 돌출 구조물(222b)은 베이스층(222a) 상에 복수 개의 돌출 구조물이 성장되어 이루어진다.
돌출 구조물(222b)은 도시된 바와 같이 베이스층(222a)으로부터 수직한 방향으로 측면이 배치되고, 상부면은 플랫하여 측면과 수직하게 배치되고 있다.
돌출 구조물(222b)은 수평 방향의 크기(R)이 나노 스케일이나, 경우에 따라서 10 마이크로 미터 내외의 스케일을 가질 수 있다. 돌출 구조물(222b)의 수평 방향의 크기(R)은 인접한 마스크(280) 사이의 거리(d)보다 클 수 있으며, 예를 들면 R은 d의 2배 이상일 수 있다. 상술한 거리(d)는 베이스층(222a)으로부터 돌출 구조물(222b)이 성장될 수 있는, 인접한 마스크(280) 사이의 개구부의 직경일 수 있다.
제1 도전형 반도체층(222)에서 베이스층(222a)의 높이(h1)는 100 나노미터 내지 10 마이크로 미터일 수 있는데, 100 나노미터보다 작으면 제1 도전형 반도체층(222)의 성장에 충분하지 않을 수 있고, 10 마이크로 미터보다 크면 발광 구조물(220)의 두께가 너무 증가할 수 있다.
돌출 구조물(222b)의 높이(h2)와 돌출 구조물(222b) 사이의 피치(pitch. P)은, 발광 구조물(220)에서 방출되는 빛의 파장과 광량에 따라 다를 수 있다.
돌출 구조물은 단면이 6각 기둥이거나 원형 또는 다각형일 수 있고, 각각의 돌출 구조물은 규칙적인 배열 외에 불규칙하게도 배치될 수 있으며, 각각의 돌출 구조물의 크기나 형상은 서로 같을 수 있으나 다를 수도 있다.
도 2a에서, 베이스층(222a)과 돌출 구조물(222b)을 점선으로 구획하고 있으나 동일한 재료로 이루어질 수 있고, 마스크(280)를 사용하기 이전과 이후에 각각 성장될 수 있다.
마스크(280)는 절연물질로 이루어질 수 있고, 베이스층(222a)과 돌출 구조물(222b)를 나눌 수 있고, 또한 각각의 돌출 구조물(222b)을 나눌 수도 있다. 마스크(280)는 전류가 도전층(240)을 흐를 때 다른 곳으로 전류가 누출되는 것을 방지할 수 있다.
제1 도전형 반도체층(222)은 Ⅲ-Ⅴ족, Ⅱ-Ⅵ족 등의 화합물 반도체로 구현될 수 있으며, 제1 도전형 도펀트가 도핑되어 제1 도전형의 반도체층일 수 있다. 제1 도전형 반도체층(222)은 AlxInyGa(1-x-y)N (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질, AlGaN, GaN, InAlGaN, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP, AlGaInP 중 어느 하나 이상으로 형성될 수 있다.
제1 도전형 반도체층(222)이 n형 반도체층인 경우, 제1 도전형 도펀트는 Si, Ge, Sn, Se, Te 등과 같은 n형 도펀트를 포함할 수 있다. 제1 도전형 반도체층(222)은 단층 또는 다층으로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
활성층(224)과 제2 도전형 반도체층(226)은 돌출 구조물(222b)의 상부면과 측면, 그리고 마스크(280)의 일부 영역의 위에 얇은 박막으로 각각 형성될 수 있다.
활성층(224)은 제1 도전형 반도체층(222)의 측면과 상부면에 배치되며, 단일 우물 구조(Double Hetero Structure), 다중 우물 구조, 단일 양자 우물 구조, 다중 양자 우물(MQW:Multi Quantum Well) 구조, 양자점 구조 또는 양자선 구조 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
활성층(224)은 Ⅲ-Ⅴ족 원소의 화합물 반도체 재료를 이용하여 우물층과 장벽층, 예를 들면 AlGaN/AlGaN, InGaN/GaN, InGaN/InGaN, AlGaN/GaN, InAlGaN/GaN, GaAs(InGaAs)/AlGaAs, GaP(InGaP)/AlGaP 중 어느 하나 이상의 페어 구조로 형성될 수 있으나 이에 한정되지는 않는다. 우물층은 장벽층의 에너지 밴드 갭보다 작은 에너지 밴드 갭을 갖는 물질로 형성될 수 있다.
제2 도전형 반도체층(226)은 활성층(224)의 표면에 반도체 화합물로 형성될 수 있다. 제2 도전형 반도체층(226)은 Ⅲ-Ⅴ족, Ⅱ-Ⅵ족 등의 화합물 반도체로 구현될 수 있으며, 제2 도전형 도펀트가 도핑될 수 있다. 제2 도전형 반도체층(226)은 예컨대, InxAlyGa1 -x-yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질, AlGaN, GaN AlInN, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP, AlGaInP 중 어느 하나 이상으로 형성될 수 있으며, 예를 들어 제2 도전형 반도체층(226)이 AlxGa(1-x)N으로 이루어질 수 있다.
제2 도전형 반도체층(226)은 제2 도전형 도펀트가 도핑되어 제2 도전형의 반도체층일 수 있는데, 제2 도전형 반도체층(226)이 p형 반도체층일 경우 제2 도전형 도펀트는 Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등과 같은 p형 도펀트일 수 있다. 제2 도전형 반도체층(226)은 단층 또는 다층으로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
도시되지는 않았으나, 활성층(224)과 제2 도전형 반도체층(226)의 사이에는 전자 차단층(Electron blocking layer)이 배치될 수 있다. 전자 차단층은 초격자(superlattice) 구조로 이루어질 수 있는데, 초격자는 예를 들어 제2 도전형 도펀트로 도핑된 AlGaN이 배치될 수 있고, 알루미늄의 조성비를 달리하는 GaN이 층(layer)을 이루어 복수 개 서로 교번하여 배치될 수도 있다.
마스크(280)의 상부와 각각의 제2 도전형 반도체층(226)의 둘레에 도전층(240)이 배치될 수 있고, 도전층(240)은 투명 도전성 물질, 예를 들면 ITO(Indium-Tin-Oxide) 등으로 이루어질 수 있다.
형광층(250)은 도전층(240)과 접촉하고, 각각의 돌출 구조물(222b) 사이의 갭(gap)을 채우며 배치되는데, 형광층(250)은 절연성 물질 또는 도전성 물질로 이루어질 수 있다. 형광층(250)은 갭 필링 물질(gap filling material)과 형광 물질을 포함하여 이루어진다.
갭 필링 물질이 절연성 물질로 이루어질 경우 절연물질은 비전도성인 산화물이나 질화물로 이루어질 수 있고, 보다 상세하게는 실리콘 산화물(SiO2)층, 산화 질화물층, 산화 알루미늄층으로 이루어질 수 있다. 형광층(250)은 상기 갭 필링층에 따라서 도전성 물질 또는 절연성 물질로 이루어질 수 있다.
형광층(250)은 형광 물질을 포함하여, 활성층(224)에서 방출되는 제1 파장 영역의 광을 흡수하고 제2 파장 영역의 광을 방출할 수 있다. 형광 물질은 종래의 발광소자 패키지 내의 몰딩부에 포함되는 형광체일 수 있고, 보다 상세하게는 유기발광 물질일 수 있고, 폴리머 계열의 물질로 이루어질 수 있으며, 폴리머는 도전성 물질 또는 절연성 물질로 이루어질 수 있다.
형광층(250) 상에는 투명 도전층(260)이 배치되는데, 투명 도전층(260)의 일부는 돌출 구조물(222b) 상의 제2 도전형 반도체층(226)과 접촉할 수 있다.
돌출 구조물(222b) 사이에 형광층(250)이 형성되어 나노 스케일 또는 마이크로 스케일의 돌출 구조물를 안정적으로 지지하고, 돌출 구조물(222b)과 형광층(250)의 상부에 투명 도전층(260)이 형성되어 제2 전극(295)을 안정적으로 지지할 수 있다.
형광층(250)이 절연성인 경우, 형광층(250)의 상부에 제2 도전형 반도체층(226) 또는 도전층(240)이 노출되어 투명 도전층(260)과 전기적으로 접촉할 수 있다.
제1 전극(290)은 제1 도전형 반도체층(222) 중 베이스층(222a)의 일부가 노출된 영역에 형성될 수 있다. 제1 전극(290)과 제2 전극(295)은 알루미늄(Al), 티타늄(Ti), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 구리(Cu), 금(Au) 중 적어도 하나를 포함하여 단층 또는 다층 구조로 형성될 수 있으며, 각각 와이어(미도시)에 연결될 수 있다.
상술한 실시예에 따른 발광소자(200a)는 돌출 구조물(222b) 사이의 빈 공간을 형광층(250)이 채워서 돌출 구조물(222b)을 안정적으로 지지하고, 형광층(250) 내의 유기 발광 물질에서 활성층(224)에서 방출되는 제1 파장 영역의 광을 흡수하며 여기되어 제2 파장 영역의 광을 방출할 수 있으며, 제1 파장 영역의 광과 제2 파장 영역의 광의 조합에 의하여 백색광을 구현할 수 있다.
그리고, 도 2a의 실시예에서 투명 도전층(260)은 반사 전극층일 수도 있으며, 반사 전극층은 도전성이고 광반사율이 우수한 은(Ag), 알루미늄(Al) 등일 수 있다. 이때, 활성층(224)에서 방출된 제1 파장 영역의 광과 형광층(250)에서 방출된 제2 파장 영역의 광은 상술한 반사 전극층에 의하여 반사되어 하부로 진행할 수 있으며, 발광소자는 플립 칩 타입으로 패키지 내에 배치될 수 있다.
또한, 각 돌출 구조물 상에 배치된 활성층(224)에서 서로 다른 파장 영역의 광을 방출할 수 있는데, 이때 형광층(250)에서는 상술한 서로 다른 파장 영역의 광에 의하여 여기되어 2가지 이상의 파장 영역의 광을 방출할 수도 있다.
구체적으로 설명하면 다음과 같다.
백색 발광소자를 구현하기 위하여 종래에는 활성층에서 청색 파장 영역의 광을 방출하고 황색 형광체를 사용하는데, CRI(연색지수)가 우수한 발광소자를 구현하기 위하여 활성층에서 청색 파장 영역의 광을 방출하고 황색 형광체와 적색 형광체를 패키지에서 배치하고 있다. 그러나, 적색 형광체는 고가이고 광효율이 떨어진다.
따라서, 본 실시예에 따른 발광소자에서는 각각의 돌출 구조물에 배치된 활성층에서 방출되는 광의 파장이 다를 수 있으며, 보다 상세하게는 적색과 청색 파장 영역의 광이 각각 방출될 수 있고, 이때 형광층에는 황색 형광 물질이 배치될 수 있다.
또한, 다른 실시예에 따르면 각각의 돌출 구조물에 배치된 활성층에서 적색과 녹색 및 청색 파장 영역의 광을 각각 방출하여 백색을 구현할 수도 있다.
도 2b는 발광소자의 제2 실시예를 나타낸 도면이다.
도 2b에 도시된 실시예에 따른 발광소자(200b)는 도 2a에 도시된 실시예와 유사하나, 돌출 구조물(222b)의 상부면이 측면과 둔각을 이루며 배치되고 있다.
도 2c는 발광소자의 제3 실시예를 나타낸 도면이다.
도 2c에 도시된 실시예에 따른 발광소자(200c)는 도 2a에 도시된 실시예와 유사하나, 투명 도전층(260)이 생략되고 있다. 즉, 형광층(250)의 상부로 돌출 구조물(222b) 상의 도전층(240)이 일부 노출되고 있으며, 제2 전극(295)은 형광층(250) 상에 배치되고 있으며, 이때 형광층(250)은 도전성일 수 있다.
도 3a는 발광소자를 포함하는 발광소자 패키지의 제1 실시예를 나타낸 도면이다.
본 실시예에 따른 발광소자 패키지(400a)는 캐비티를 포함하는 몸체(410)와, 상기 몸체(410)에 설치된 제1 리드 프레임(Lead Frame, 421) 및 제2 리드 프레임(422)과, 상기 몸체(410)에 설치되어 상기 제1 리드 프레임(421) 및 제2 리드 프레임(422)과 각각 전기적으로 연결되는 상술한 실시예들에 따른 발광소자(200c)와, 상기 캐비티에 형성된 몰딩부(450)를 포함한다.
몸체(410)는 실리콘 재질, 합성수지 재질, 또는 금속 재질을 포함하여 형성될 수 있다. 상기 몸체(410)가 금속 재질 등 도전성 물질로 이루어지면, 도시되지는 않았으나 상기 몸체(410)의 표면에 절연층이 코팅되어 상기 제1,2 리드 프레임(421, 422) 간의 전기적 단락을 방지할 수 있다.
제1 리드 프레임(421) 및 제2 리드 프레임(422)은 서로 전기적으로 분리되며, 상기 발광소자(200c)에 전류를 공급한다. 또한, 제1 리드 프레임(421) 및 제2 리드 프레임(422)은 발광소자(200c)에서 발생된 광을 반사시켜 광 효율을 증가시킬 수 있으며, 발광소자(200c)에서 발생된 열을 외부로 배출시킬 수도 있다.
발광소자(200c)는 도 2c에 도시된 발광소자일 수 있거, 제1 리드 프레임(421)과 제2 리드 프레임(422)에 와이어(440)로 본딩될 수 있다.
몰딩부(450)는 발광소자(200c)를 포위하여 보호할 수 있고, 본 실시예에서는 발광소자(200c) 내의 형광층에 형광 물질이 포함되어 있으므로, 별도의 형광체가 포함되지 않을 수 있다.
도 3b는 발광소자를 포함하는 발광소자 패키지의 제2 실시예를 나타낸 도면이다.
본 실시예에 따른 발광소자 패키지(400b)에는 발광소자(200a)가 플립 칩 타입으로 배치되고 있으며, 발광소자(200a)는 도 2a에 도시된 실시예에 따르되 투명 도전층 대신 반사 전극층이 배치된 실시예일 수 있다.
그리고, 몸체(410)는 캐비티를 가지고, 캐비티의 바닥에 서브 마운트(415)가 배치되고, 서브 마운트(415) 상에 제1 리드 프레임(421)과 제2 리드 프레임(422)이 배치된 점에서 도 3a에 도시된 실시예와 상이하다.
발광소자 패키지는 상술한 실시예들에 따른 발광소자가 하나 또는 복수 개를 탑재할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
도 4a는 실시예에 따른 발광소자에서 방출되는 광의 파장별 분포를 나타낸 도면이고, 도 4b는 종래의 발광소자에서 방출되는 광의 파장별 분포를 나타낸 도면이다.
가로축은 광의 파장을 세로축은 광의 세기를 각각 나타내고, 청색으로 표시된 그래프가 각각의 돌출 구조물의 활성층에서 적색과 녹색 및 청색 파장 영역의 광을 방출하여 백색이 구현된 발광소자의 광 세기이고, 적색으로 표시된 그래프가 활성층에서 청색 파장 영역의 광이 방출되고 황색 형광체를 사용하여 백색을 구현하는 발광소자의 광 세기이고, 점선으로 표시된 그래프가 눈의 색시인성(Eye sensitivity function)을 나타낸 그래프이다.
도 4b에서는 눈의 색시인성과 발광소자의 광 세기가 500 나노미터 내지 600 나노미터에서 차이가 커서 손실(loss)이 발생하나, 도 4a에서는 이러한 손실이 발생하지 않음을 알 수 있다.
이하에서는 상술한 발광소자 패키지가 배치된 조명 시스템의 일실시예로서, 영상표시장치와 조명장치를 설명한다.
도 5는 발광소자가 배치된 영상표시장치의 일실시예를 나타낸 도면이다.
도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 영상표시장치(500)는 광원 모듈과, 바텀 커버(510) 상의 반사판(520)과, 상기 반사판(520)의 전방에 배치되며 상기 광원모듈에서 방출되는 빛을 영상표시장치 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)의 발광소자는 상술한 바와 같다.
바텀 커버(510)는 영상표시장치(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.
도 6은 발광소자가 배치된 조명장치의 일실시예를 나타낸 도면이다.
본 실시예에 따른 조명 장치는 커버(1100), 광원 모듈(1200), 방열체(1400), 전원 제공부(1600), 내부 케이스(1700), 소켓(1800)을 포함할 수 있다. 또한, 실시 예에 따른 조명 장치는 부재(1300)와 홀더(1500) 중 어느 하나 이상을 더 포함할 수 있고, 광원 모듈(1200)은 상술한 실시예들에 따른 발광소자 패키지를 포함할 수 있다.
커버(1100)는 벌브(bulb) 또는 반구의 형상을 가지며, 속이 비어 있고, 일 부분이 개구된 형상으로 제공될 수 있다. 상기 커버(1100)는 상기 광원 모듈(1200)과 광학적으로 결합될 수 있다. 예를 들어, 상기 커버(1100)는 상기 광원 모듈(1200)로부터 제공되는 빛을 확산, 산란 또는 여기 시킬 수 있다. 상기 커버(1100)는 일종의 광학 부재일 수 있다. 상기 커버(1100)는 상기 방열체(1400)와 결합될 수 있다. 상기 커버(1100)는 상기 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. 상기 커버(1100)의 내면의 표면 거칠기는 상기 커버(1100)의 외면의 표면 거칠기보다 크게 형성될 수 있다. 이는 상기 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, 폴리카보네이트는내광성, 내열성, 강도가 뛰어나다. 상기 커버(1100)는 외부에서 상기 광원 모듈(1200)이 보이도록 투명할 수 있고, 불투명할 수 있다. 상기 커버(1100)는 블로우(blow) 성형을 통해 형성될 수 있다.
광원 모듈(1200)은 상기 방열체(1400)의 일 면에 배치될 수 있다. 따라서, 광원 모듈(1200)로부터의 열은 상기 방열체(1400)로 전도된다. 상기 광원 모듈(1200)은 발광소자 패키지(1210), 연결 플레이트(1230), 커넥터(1250)를 포함할 수 있다.
부재(1300)는 상기 방열체(1400)의 상면 위에 배치되고, 복수의 발광소자 패키지(1210)들과 커넥터(1250)이 삽입되는 가이드홈(1310)들을 갖는다. 가이드홈(1310)은 상기 발광소자 패키지(1210)의 기판 및 커넥터(1250)와 대응된다.
부재(1300)의 표면은 빛 반사 물질로 도포 또는 코팅된 것일 수 있다. 예를 들면, 부재(1300)의 표면은 백색의 도료로 도포 또는 코팅된 것일 수 있다. 이러한 상기 부재(1300)는 상기 커버(1100)의 내면에 반사되어 상기 광원 모듈(1200)측 방향으로 되돌아오는 빛을 다시 상기 커버(1100) 방향으로 반사한다. 따라서, 실시 예에 따른 조명 장치의 광 효율을 향상시킬 수 있다.
부재(1300)는 예로서 절연 물질로 이루어질 수 있다. 상기 광원 모듈(1200)의 연결 플레이트(1230)는 전기 전도성의 물질을 포함할 수 있다. 따라서, 상기 방열체(1400)와 상기 연결 플레이트(1230) 사이에 전기적인 접촉이 이루어질 수 있다. 상기 부재(1300)는 절연 물질로 구성되어 상기 연결 플레이트(1230)와 상기 방열체(1400)의 전기적 단락을 차단할 수 있다. 상기 방열체(1400)는 상기 광원 모듈(1200)로부터의 열과 상기 전원 제공부(1600)로부터의 열을 전달받아 방열한다.
홀더(1500)는 내부 케이스(1700)의 절연부(1710)의 수납홈(1719)을 막는다. 따라서, 상기 내부 케이스(1700)의 상기 절연부(1710)에 수납되는 상기 전원 제공부(1600)는 밀폐된다. 홀더(1500)는 가이드 돌출부(1510)를 갖는다. 가이드 돌출부(1510)는 상기 전원 제공부(1600)의 돌출부(1610)가 관통하는 홀을 갖는다.
전원 제공부(1600)는 외부로부터 제공받은 전기적 신호를 처리 또는 변환하여 상기 광원 모듈(1200)로 제공한다. 전원 제공부(1600)는 상기 내부 케이스(1700)의 수납홈(1719)에 수납되고, 상기 홀더(1500)에 의해 상기 내부 케이스(1700)의 내부에 밀폐된다. 상기 전원 제공부(1600)는 돌출부(1610), 가이드부(1630), 베이스(1650), 연장부(1670)를 포함할 수 있다.
상기 가이드부(1630)는 상기 베이스(1650)의 일 측에서 외부로 돌출된 형상을 갖는다. 상기 가이드부(1630)는 상기 홀더(1500)에 삽입될 수 있다. 상기 베이스(1650)의 일 면 위에 다수의 부품이 배치될 수 있다. 다수의 부품은 예를 들어, 외부 전원으로부터 제공되는 교류 전원을 직류 전원으로 변환하는 직류변환장치, 상기 광원 모듈(1200)의 구동을 제어하는 구동칩, 상기 광원 모듈(1200)을 보호하기 위한 ESD(ElectroStatic discharge) 보호 소자 등을 포함할 수 있으나 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 연장부(1670)는 상기 베이스(1650)의 다른 일 측에서 외부로 돌출된 형상을 갖는다. 상기 연장부(1670)는 상기 내부 케이스(1700)의 연결부(1750) 내부에 삽입되고, 외부로부터의 전기적 신호를 제공받는다. 예컨대, 상기 연장부(1670)는 상기 내부 케이스(1700)의 연결부(1750)의 폭과 같거나 작게 제공될 수 있다. 상기 연장부(1670)에는 "+ 전선"과 "- 전선"의 각 일 단이 전기적으로 연결되고, "+ 전선"과 "- 전선"의 다른 일 단은 소켓(1800)에 전기적으로 연결될 수 있다.
내부 케이스(1700)는 내부에 상기 전원 제공부(1600)와 함께 몰딩부를 포함할 수 있다. 몰딩부는몰딩 액체가 굳어진 부분으로서, 상기 전원 제공부(1600)가 상기 내부 케이스(1700) 내부에 고정될 수 있도록 한다.
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, 200a~200c: 발광소자 210: 기판
220: 발광 구조물 222: 제1 도전형 반도체층
222a: 베이스층 222b: 돌출 구조물
224: 활성층 226: 제2 도전형 반도체층
240: 도전층 250: 형광층
260: 투명 도전층 280: 마스크
290: 제1 전극 295: 제2 전극
400a, 400b: 발광소자 패키지 500: 영상표시장치

Claims (10)

  1. 기판;
    상기 기판 상에 배치되고, 베이스층과 상기 베이스층 상의 복수 개의 돌출 구조물을 포함하는 제1 도전형 반도체층;
    상기 각각의 돌출 구조물의 측면과 상부면에 배치된 활성층 및 제2 도전형 반도체층;상기 제2 도전형 반도체층의 측면에 배치된 형광층;
    상기 제2 도전형 반도체층의 측면에서, 상기 제2 도전형 반도체층과 상기 형광층의 사이에 배치되는 도전층;
    상기 제2 도전형 반도체층의 상부와 상기 형광층의 상부에 배치되는 투명 도전층; 및
    상기 기판 상에 배치되고, 상기 복수 개의 돌출 구조물을 나누는 복수 개의 마스크를 포함하고,
    상기 제1 도전형 반도체층의 상면의 높이는, 상기 형광층과 상기 투명 도전층의 경계면의 높이보다 높고,
    인접한 상기 마스크들 사이의 거리보다 상기 인접한 마스크들 사이의 영역 위에 배치된 제1 도전형 반도체층의 가로 방향의 폭이 더 크고,
    상기 도전층은 상기 마스크의 상면과 상기 제2 도전형 반도체층의 측면 및 상면에 각각 직접 접촉하는 발광소자.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 형광층은, 상기 활성층에서 방출된 제1 파장 영역의 광을 흡수하여 제2 파장 영역의 광을 방출하는 발광소자.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 형광층은 갭 필링 물질과 형광 물질을 포함하는 발광소자.
  4. 삭제
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 형광층은 절연성이고, 상기 형광층의 상부에 상기 제2 도전형 반도체층이 노출되는 발광소자.
  6. 삭제
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 각각의 돌출 구조물 상에 배치된 활성층에서 서로 다른 파장 영역의 광을 방출하고, 상기 서로 다른 파장 영역의 광에 의하여 여기되어, 상기 형광층에서 적어도 2가지 영역의 파장의 광을 방출하는 발광소자.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
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