KR102443694B1 - 전류 확산 특성 및 광 추출 효율을 향상시킬 수 있는 발광 소자 - Google Patents

전류 확산 특성 및 광 추출 효율을 향상시킬 수 있는 발광 소자 Download PDF

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Abstract

본 발명의 발광 소자는 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 갖는 발광 구조물; 상기 발광 구조물 상에 형성된 전류 차단층; 상기 전류 차단층 상에 형성된 반사층; 상기 반사층을 커버하도록 형성된 보호층; 상기 보호층 상부에 형성된 전극층; 및 상기 보호층, 전류 차단층 및 상기 발광 구조물의 상부에 부분적으로 형성된 투명 전극층을 포함한다.

Description

전류 확산 특성 및 광 추출 효율을 향상시킬 수 있는 발광 소자{Light emitting diode(LED) device for improving current spread characteristics and light extraction efficiency}
본 발명의 기술적 사상은 발광 소자(Light emitting diode(LED) device)에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전류 확산 특성(current spread characteristics) 및 광 추출 효율(light extraction efficiency)을 향상시킬 수 있는 발광 소자에 관한 것이다.
발광 소자(light emitting diode(LED) device)는 낮은 소비전력 및 고휘도 등의 여러 장점 때문에 광원으로써 널리 사용될 수 있다. 발광 소자는 발광 신뢰도가 높아야 하고, 고휘도를 구현하고 발광 효율을 높이기 위해서는 전류 확산 특성 및 광 추출 효율을 향상시키는 것이 필요하다.
본 발명의 기술적 사상이 해결하고자 하는 과제는 발광 신뢰도가 좋으면서 전류 확산 특성 및 광 추출 효율도 향상시킬 수 있는 발광 소자를 제공하는 데 있다.
상술한 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 발광 소자는 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 갖는 발광 구조물; 상기 발광 구조물 상에 형성된 전류 차단층; 상기 전류 차단층 상에 형성된 반사층; 상기 반사층을 커버하도록 형성된 보호층; 상기 보호층 상부에 형성된 전극층; 및 상기 보호층, 전류 차단층 및 상기 발광 구조물의 상부에 부분적으로 형성된 투명 전극층을 포함한다.
삭제
본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 있어서, 상기 발광 구조물은 기판 또는 도전층 상에 위치할 수 있다. 상기 전극층은 상기 전류 차단층의 상부에 형성되어 있을 수 있다.
본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 있어서, 상기 보호층은 상기 반사층의 양측면 및 상면에 형성되어 있을 수 있다. 상기 전류 차단층 및 상기 보호층은 상기 반사층을 둘러싸는 밀봉층일 수 있다. 상기 전류 차단층 및 상기 보호층은 상기 반사층을 둘러싸면서 상기 반사층의 일부 표면을 노출하는 부분 밀봉층일 수 있다.
본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 있어서, 상기 전류 차단층은 제1 콘택홀을 구비하고, 상기 반사층은 상기 제1 콘택홀을 통해 상기 제2 도전형 반도체층과 전기적으로 연결될 수 있다.
본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 있어서, 상기 보호층은 제2 콘택홀을 구비하고, 상기 투명 전극층은 상기 제2 콘택홀을 통해 상기 반사층과 전기적으로 연결될 수 있다.
본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 발광 소자는 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 갖는 발광 구조물; 상기 발광 구조물의 일 영역 상에 형성된 제1 전류 차단층; 상기 제1 전류 차단층 상에 형성된 제1 반사층; 상기 제1 반사층을 커버하도록 형성된 제1 보호층; 상기 제1 보호층 상부에 형성되어 상기 제2 도전형 반도체층과 전기적으로 연결된 제2 도전형 전극층; 상기 발광 구조물의 타 영역에서 상기 제1 도전형 반도체층과 전기적으로 연결된 제1 도전형 전극층 및 상기 제1 보호층, 제1 전류 차단층 및 제2 도전형 반도체층 상에 부분적으로 형성된 투명 전극층을 포함한다.
삭제
본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 있어서, 상기 발광 구조물은 기판 또는 도전층 상에 형성되어 있을 수 있다. 상기 제2 도전형 전극층은 상기 제1 전류 차단층의 상부에 형성되어 있을 수 있다.
본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 보호층은 상기 제1 반사층의 양측면 및 상면에 형성되어 있을 수 있다. 상기 제1 전류 차단층 및 상기 제1 보호층은 상기 제1 반사층을 둘러싸는 제1 밀봉층일 수 있다. 상기 제1 전류 차단층 및 상기 제1 보호층은 상기 제1 반사층을 둘러싸면서 상기 제1 반사층의 일부 표면을 노출하는 제1 부분 밀봉층일 수 있다.
본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 도전형 전극층은 상기 제1 도전형 반도체층을 노출하는 메사형 홀 내에 형성되어 있을 수 있다. 상기 메사형 홀은 상기 제1 도전형 반도체층의 표면보다 낮게 리세스 되어 있을 수 있다. 상기 메사형 홀의 내벽에 제2 전류 차단층이 더 형성되어 있을 수 있다.
본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 있어서, 상기 제2 전류 차단층 상에 형성된 제2 반사층 및 상기 제2 반사층을 커버하도록 형성된 제2 보호층을 더 포함할 수 있다. 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 있어서, 상기 제2 반사층 상부의 상기 제2 보호층 상에는 상기 제1 도전형 전극층이 형성되어 있을 수 있다.
본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 있어서, 상기 제2 보호층은 상기 제2 반사층의 양측면 및 상면에 형성되어 있을 수 있다. 상기 제2 전류 차단층 및 상기 제2 보호층은 상기 제2 반사층을 둘러싸는 제2 밀봉층일 수 있다. 상기 제2 전류 차단층 및 상기 제2 보호층은 상기 제2 반사층을 둘러싸면서 상기 반사층의 일부 표면을 노출하는 제2 부분 밀봉층일 수 있다.
본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 발광 소자는 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 갖는 발광 구조물; 상기 발광 구조물의 일 영역 상에 형성되고 상기 발광 구조물을 노출하는 제1 콘택홀을 갖는 제1 전류 차단층; 상기 제1 전류 차단층 상에서 상기 제1 콘택홀을 통하여 상기 제2 도전형 반도체층과 전기적으로 연결된 제1 반사층; 상기 제1 반사층을 커버하면서 상기 제1 반사층을 노출하는 제2 콘택홀을 갖는 제1 보호층; 상기 제1 보호층 상부에 형성되어 상기 제2 도전형 반도체층과 전기적으로 연결된 제2 도전형 전극층; 및 상기 발광 구조물의 타 영역에서 상기 제1 도전형 반도체층과 전기적으로 연결된 제1 도전형 전극층을 포함한다.
본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 있어서, 상기 제2 도전형 전극층은 상기 제1 전류 차단층의 상부에 형성되어 있고, 상기 제1 보호층은 상기 제1 반사층의 양측면 및 상면에 형성되어 있을 수 있다.
본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 전류 차단층 및 상기 제1 보호층은 상기 제1 반사층을 둘러싸면서 상기 제1 반사층의 일부 표면은 상기 제1 콘택홀 및 제2 콘택홀을 통하여 노출하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 도전형 전극층은 상기 제1 도전형 반도체층을 노출하는 메사형 홀 내에 형성되어 있을 수 있다.
본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 있어서, 상기 메사형 홀의 내벽에는 상기 제2 도전형 반도체층을 노출하는 제3 콘택홀을 갖는 제2 전류 차단층이 형성되어 있고, 상기 제2 전류 차단층 상에는 상기 제3 콘택홀을 통하여 전기적으로 연결되는 제2 반사층이 형성되어 있고, 상기 제2 반사층을 커버하면서 상기 제2 반사층을 노출하는 제4 콘택홀을 갖는 제2 보호층이 형성되어 있을 수 있다.
본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 있어서, 상기 제2 반사층 상부의 상기 제2 보호층 상에는 상기 제4 콘택홀을 통하여 전기적으로 연결되는 제1 도전형 전극층이 형성되어 있을 수 있다.
본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 도전형 전극층은 상기 제2 전류 차단층의 상부에 형성되어 있고, 상기 제2 보호층은 상기 제2 반사층의 양측면 및 상면에 형성되어 있을 수 있다.
본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 있어서, 상기 제2 전류 차단층 및 상기 제2 보호층은 상기 제2 반사층을 둘러싸면서 상기 제2 반사층의 일부 표면은 상기 제3 콘택홀 및 제4 콘택홀을 통하여 노출될 수 있다.
본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 보호층 및 제2 도전형 반도체층 상에 상기 제2 콘택홀을 통하여 상기 제1 반사층과 전기적으로 연결된 투명 전극층이 더 형성되어 있을 수 있다.
본 발명의 기술적 사상의 발광 소자는 발광 구조물의 일부 영역에 전류 차단층 및 반사층이 형성되어 있고, 반사층을 커버하는 보호층이 형성되어 있다. 그리고, 본 발명의 기술적 사상의 발광 소자는 보호층의 상부에 전극층이 형성되어 있을 수 있다.
이에 따라, 본 발명의 기술적 사상의 발광 소자는 전류 차단층 및 반사층을 구비하여 전류 확산 특성을 좋게 할 수 있고, 반사층 및 보호층을 구비하여 발광 신뢰도롤 향상시킴과 아울러 광 추출 효율을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 발광 소자의 요부 단면도이다.
도 2는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 발광 소자의 요부 단면도이다.
도 3은 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 발광 소자의 요부 단면도이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 발광 소자의 요부 단면도이다.
도 6은 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 발광 소자의 요부 단면도이다.
도 7은 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 발광 소자의 요부 단면도이다.
도 8은 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 발광 소자의 평면도이다.
도 9 내지 도 15는 도 4 및 도 5의 발광 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 16 내지 도 20은 도 7의 발광 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 21 및 도 22는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자를 포함하는 백색 광원 모듈의 개략적인 단면도이다.
도 23은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자로써 조명 장치에 채용 가능한 백색 광원 모듈의 개략적인 단면도이다.
도 24는 본 발명의 기술적 사상을 이용하여 제조된 발광 소자에 이용될 수 있는 완전 복사체 스펙트럼을 나타내는 CIE 색도도이다.
도 25는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 발광 소자에 이용될 수 있는 파장 변환 물질로써 양자점(quantum dot, QD)의 단면 구조를 나타내는 개략도이다.
도 26은 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 발광 소자를 포함하는 백라이트 유닛의 개략적인 사시도이다.
도 27은 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 발광 소자를 포함하는 직하형 백라이트 유닛의 일 실시예를 나타내는 도면이다.
도 28은 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 발광 소자를 포함하는 백라이트 유닛의 일 실시예를 나타내는 도면이다.
도 29는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 발광 소자를 포함하는 직하형 백라이트 유닛을 설명하기 위한 도면이다.
도 30은 도 29의 광원 모듈을 확대하여 도시한 도면이다.
도 31은 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 발광 소자를 포함하는 직하형 백라이트 유닛을 설명하기 위한 도면이다.
도 32 내지 도 34는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 발광 소자를 포함하는 백라이트 유닛을 설명하기 위한 도면이다.
도 35는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 발광 소자를 포함하는 디스플레이 장치의 개략적인 분해 사시도이다.
도 36은 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 발광 소자를 포함하는 평판 조명 장치를 간략하게 나타내는 사시도이다.
도 37은 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 발광 소자를 포함하는 조명 장치를 간략하게 나타내는 분해 사시도이다.
도 38은 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 발광 소자를 포함하는 바(bar) 타입의 조명 장치를 개략적으로 나타내는 분해 사시도이다.
도 39는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 발광 소자를 구비하는 조명 장치를 개략적으로 나타내는 분해 사시도이다.
도 40은 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 발광 소자를 구비하는 실내용 조명 제어 네트워크 시스템을 설명하기 위한 개략도이다.
도 41은 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 발광 소자를 구비하는 네트워크 시스템을 설명하기 위한 개략도이다.
도 42는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 발광 소자를 구비하는 조명 기구의 스마트 엔진과 모바일 기기의 통신 동작을 설명하기 위한 블록도이다.
도 43은 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 발광 소자를 구비하는 스마트 조명 시스템을 모식적으로 나타낸 개념도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려 이들 실시예들은 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다. 또한, 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이다.
명세서 전체에 걸쳐서, 막, 영역 또는 웨이퍼(기판) 등과 같은 하나의 구성요소가 다른 구성요소 "상에", "연결되어", 또는 "커플링되어" 위치한다고 언급할 때는, 상술한 하나의 구성요소가 직접적으로 다른 구성요소 "상에", "연결되어", 또는 "커플링되어" 접촉하거나, 그 사이에 개재되는 또 다른 구성요소들이 존재할 수 있다고 해석될 수 있다. 반면에, 하나의 구성요소가 다른 구성요소 "직접적으로 상에", "직접 연결되어", 또는 "직접 커플링되어" 위치한다고 언급할 때는, 그 사이에 개재되는 다른 구성요소들이 존재하지 않는다고 해석된다. 동일한 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
본 명세서에서 제1, 제2등의 용어가 다양한 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들은 이들 용어에 의해 한정되어서는 안됨은 자명하다. 이들 용어는 하나의 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 다른 영역, 층 또는 부분과 구별하기 위하여만 사용된다. 따라서, 이하 상술할 제1부재, 부품, 영역, 층 또는 부분은 본 발명의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제2부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 지칭할 수 있다.
또한, "상의" 또는 "위의" 및 "하의" 또는 "아래의"와 같은 상대적인 용어들은 도면들에서 도해되는 것처럼 다른 요소들에 대한 어떤 요소들의 관계를 기술하기 위해 여기에서 사용될 수 있다. 상대적 용어들은 도면들에서 묘사되는 방향에 추가하여 소자의 다른 방향들을 포함하는 것을 의도한다고 이해될 수 있다. 예를 들어, 도면들에서 소자가 뒤집어 진다면(turned over), 다른 요소들의 상부의 면 상에 존재하는 것으로 묘사되는 요소들은 상술한 다른 요소들의 하부의 면 상에 방향을 가지게 된다. 그러므로, 예로써 든 "상의"라는 용어는, 도면의 특정한 방향에 의존하여 "하의" 및 "상의" 방향 모두를 포함할 수 있다. 구성 요소가 다른 방향으로 향한다면(다른 방향에 대하여 90도 회전), 본 명세서에 사용되는 상대적인 설명들은 이에 따라 해석될 수 있다.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및/또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.
이하, 본 발명의 실시예들은 본 발명의 이상적인 실시예들을 개략적으로 도시하는 도면들을 참조하여 설명한다. 도면들에 있어서, 예를 들면, 제조 기술 및/또는 공차(tolerance)에 따라, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 발명 사상의 실시예는 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니 되며, 예를 들면 제조상 초래되는 형상의 변화를 포함하여야 한다. 이하 실시예들은 하나 또는 복수개를 조합하여 구성할 수도 있다.
본 명세서에서, '상', '상부', '상면', '하', '하부', '하면', '측면' 등의 용어는 도면을 기준으로 한 것이며, 실제로는 소자가 배치되는 방향에 따라 달라질 수 있다. 본 명세서에서의 도면들은 필요한 구성 요소만을 도시한 것이다. 본 명세서에서의 도면들은 발광 소자의 일부만을 도시한 것이다.
도 1은 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 발광 소자의 요부 단면도이다.
구체적으로, 발광 소자(100)는 제1 도전형 반도체층(104), 활성층(106) 및 제2 도전형 반도체층(108)을 구비하는 발광 구조물(110)을 포함할 수 있다. 발광 구조물(110)은 기판(102) 또는 도전층(102e) 상에 위치할 수 있다. 발광 구조물(110)을 기판(102) 상에 위치시킬 경우, 발광 소자(100)는 수평형 발광 소자에 이용될 수 있다.
기판(102)은 발광 구조물(110)을 성장시키기 위한 성장 기판일 수 있다. 기판(102)은 반도체 웨이퍼일 수 있다. 기판(102)은 실리콘계 기판일 수 있다. 실리콘계 기판은 실리콘(Si) 기판 또는 실리콘 카바이드 기판(SiC)일 수 있다. 기판(102)으로 실리콘계 기판을 이용할 경우, 대구경화에 보다 적합하고 상대적으로 가격이 낮아 생산성이 향상될 수 있다. 아울러서, 기판(102)은 도전성 기판, 예컨대 금속 기판일 수 있다.
기판(102)은 사파이어, MgAl2O4, MgO, LiAlO2, LiGaO2, GaN, AlN 등과 같은 절연성 기판을 이용할 수 있다. 사파이어는, 전기 절연성을 가지며 육각-롬보형(Hexa-Rhombo R3c) 대칭성을 갖는 결정체로서 c축 및 a측 방향의 격자 상수가 각각 13.001Å과 4.758Å이며, C(0001)면, A(1120)면, R(1102)면 등을 가질 수 있다. 이 경우, C면은 비교적 질화물 박막의 성장이 용이하며, 고온에서 안정하기 때문에 질화물 성장용 기판으로 사용될 수 있다.
도전층(102e)은 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 금(Au)과 같은 도전성 물질층일 수 있다. 도전층(102e)은 제1 도전형 반도체층(104)에 전류를 인가할 수 있어 제1 도전형 전극층으로 이용될 수 있다. 발광 구조물(110)을 도전층(102e) 상에 위치시킬 경우, 발광 소자(100)는 수직형 발광 소자에 이용될 수 있다.
발광 구조물(110)을 구성하는 제1 도전형 반도체층(104)은 n형 반도체층일 수 있다. 발광 구조물(110)을 구성하는 제2 도전형 반도체층(108)은 p형 반도체층일 수 있다. 제1 도전형 반도체층(104) 및 제2 도전형 반도체층(108)은 질화물 반도체, 예컨대, GaN/InGaN 물질로 이루어질 수 있다. 제1 도전형 반도체층(104) 및 제2 도전형 반도체층(108)은 질화물 반도체, 예컨대, AlxInyGa1-x-yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성을 갖는 물질로 이루어질 수 있다.
제1 도전형 반도체층(104) 및 제2 도전형 반도체층(108)은 단일층으로 이루어질 수도 있지만, 도핑 농도, 조성 등의 특성이 서로 다른 복수의 층을 구비할 수도 있다. 제1 도전형 반도체층(104) 및 제2 도전형 반도체층(108)은 질화물 반도체 외에도 AlInGaP나 AlInGaAs 계열의 반도체를 이용할 수도 있다.
제1 도전형 반도체층(104)과 제2 도전형 반도체층(108)의 사이에 배치된 활성층(106)은 전자와 정공의 재결합에 의해 소정의 에너지를 갖는 광을 방출할 수 있다. 활성층(106)은 양자 우물층과 양자 장벽층이 서로 교대로 적층된 다중 양자우물(MQW)구조, 예컨대, 질화물 반도체일 경우, GaN/InGaN 구조가 사용될 수 있다. 활성층(106)은 질화물 반도체를 이용한 단일 양자우물(SQW) 구조가 사용될 수도 있다.
발광 구조물(110) 상에 전류 차단층(112, current blocking layer)이 형성되어 있다. 전류 차단층(112)은 활성층(106)에 전류가 국부적으로 인가되지 않고 넓게 확산하게 하여 전류 확산 특성(current spread characteristics)을 향상시키는 역할을 수행할 수 있다. 전류 차단층(112)은 절연층일 수 있다. 전류 차단층(112)은 실리콘 산화막(SiO2), 실리콘 질화막(SiN) 또는 알루미늄 산화막(Al2O3)일 수 있다. 전류 차단층(112)은 앞서 제시한 물질에 제한되지 않을 수 있다. 전류 차단층(112)아울러서, 전류 차단층(112)은 발광 구조물(110)에서 방출되는 광이 흡수되는 것을 최소화 할 수 있는 투명층으로 구성될 수 있다.
전류 차단층(112) 상에 반사층(116)이 형성될 수 있다. 반사층(116)은 발광 구조물(110)에서 방출되는 광을 반사시킬 수 있는 물질일 수 있다. 반사층(116)은 은(Ag) 또는 알루미늄(Al)으로 구성될 수 있다. 반사층(116)이 있을 경우, 발광 소자(100)의 광 추출 효율을 향상시킬 수 있다.
반사층(116) 상에 반사층(116)을 커버하도록 보호층(120)이 형성되어 있다. 보호층(120)은 반사층(116)의 양측면 및 상면에 형성되어 있다. 보호층(120)은 실리콘 산화막(SiO2) 또는 실리콘 질화막(SiN) 등의 절연층일 수 있다. 보호층(120)은 은 산화막(AgO) 또는 알루미늄 산화막(Al2O3)일 수 있다. 보호층(120)은 앞서 제시한 물질에 제한되지 않을 수 있다. 아울러서, 보호층(120)은 발광 구조물(110)에서 방출되는 광이 흡수되는 것을 최소화 할 수 있는 투명층으로 구성될 수 있다.
보호층(120)을 형성하지 않을 경우, 반사층(116)을 구성하는 입자들이 이동하는 이동(migration) 현상이나 입자들이 뭉치는 뭉침(agglomeration) 현상이 발생하여 발광 소자(100)의 신뢰성을 저하시킬 수 있다.
보호층(120)을 형성하지 않을 경우, 후술하는 투명 전극층(128)과 반사층(116)이 반응하여 반사층(116)의 반사도를 저하시키거나 발광 소자(100)의 신뢰성을 낮출 수 있다. 보호층(120)을 형성하지 않을 경우, 후술하는 투명 전극층(128)과 반사층(116) 사이의 접착력이 낮아 발광 소자(100)의 신뢰성을 낮출 수 있다.
전류 차단층(112) 및 보호층(120)은 반사층(116)을 둘러싸는 밀봉층(124)일 수 있다. 반사층(116)을 둘러싸는 밀봉층(124)으로 인하여 발광 구조물(110)에서 방출되는 광이 반사층(116)에서 잘 반사되어 광 추출 효율을 더욱 향상시킬 수 있다.
아울러서, 전류 차단층(112), 반사층(116) 및 보호층(120)을 포함하는 전체 구조는 활성층(106)에 전류가 국부적으로 인가되지 않고 넓게 확산하게 하여 전류 확산 특성을 향상시키는 역할을 수행할 수 있다.
보호층(120), 전류 차단층(112) 및 발광 구조물(110) 상에 투명 전극층(128)이 형성되어 있다. 투명 전극층(128)은 전류가 활성층(106)에 전류가 국부적으로 인가되지 않고 넓게 확산하게 하여 전류 확산 특성을 향상시키는 역할을 수행할 수 있다.
투명 전극층(128)은 도 1에서 포함하여 도시하였지만 필요에 따라 선택적으로 형성하거나 형성하지 않을 수 있다. 투명 전극층(128)이 형성되지 않을 경우, 후술하는 전극층(130)이 배선 라인을 통하여 제2 도전형 반도체층(108)과 전기적으로 연결될 수 있다.
또한, 투명 전극층(128)은 도 1에서 보호층(120), 전류 차단층(112) 및 발광 구조물(110) 상에 전체적으로 형성한 것을 도시하였지만, 투명 전극층(128)은 보호층(120), 전류 차단층(112) 및 발광 구조물(110) 상에서 부분적으로 형성될 수 있다.
투명 전극층(128)은 발광 구조물(110)에서 방출되는 광의 투과될 수 있는 물질로 형성될 수 있다. 투명 전극층(128)은 인듐-주석계 산화물(ITO), 인듐 산화물(IO), 주석계 산화물(SnO2), 아연계 산화물(ZnO), 또는 인듐-아연계 산화물(IZO)로 구성할 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이 반사층(116)은 전류 차단층(112) 및 보호층(120)으로 보호되어 있기 때문에, 투명 전극층(128)과 반사층(116)간의 접착력 문제 및 반사층(116)의 반사도 저하 문제 등이 해결될 수 있다.
반사층(116) 상부의 투명 전극층(128) 상에 전극층(130)이 형성되어 있다. 전극층(130)은 도전 물질로 구성될 수 있다. 전극층(130)은 투명 전극층(128)과 반응이 잘 일어나지 않을 물질로 구성될 수 있다. 전극층(130)은 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 알루미늄(Al), 금(Au) 또는 구리(Cu)로 구성될 수 있다.
전극층(130)은 투명 전극층(128)의 일부분에 형성될 수 있다. 전극층(130)은 투명 전극층(128)을 통하여 제2 도전형 반도체층(108)에 전류를 인가하기 때문에 제2 도전형 전극층일 수 있다. 전극층(130)은 발광 구조물(110)에서 방출되는 광이 반사층(116)에서 반사되도록 반사층(116)이 차지하는 영역보다 작게 구성될 수 있다.
이상과 같은 발광 소자(100)는 발광 구조물(110) 상에 반사층(116) 및 보호층(120)을 구비하여 광 추출 효율을 향상시킬 수 있다. 아울러서, 발광 소자(100)는 발광 구조물(110) 상에 전류 차단층(112) 또는 투명 전극층(128)을 구비하여 전류 확산 특성을 향상시킬 수 있다.
도 2는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 발광 소자의 요부 단면도이다.
구체적으로, 발광 소자(200)는 도 1과 비교할 때 제2 도전형 반도체층(108)에 전기적으로 연결되는 반사층(116-1)을 포함하는 것을 제외하고는 구성 및 효과 면에서 동일할 수 있다. 이에 따라, 도 2의 설명에서 도 1과 동일한 것은 생략하거나 간단히 설명한다.
발광 소자(200)는 기판(102) 또는 도전층(102e) 상에 위치하는 발광 구조물(110)을 포함할 수 있다. 발광 구조물(110)은 앞서 설명한 바와 같이 제1 도전형 반도체층(104), 활성층(106) 및 제2 도전형 반도체층(108)을 포함할 수 있다.
발광 구조물(110) 상에 제1 콘택홀(134)을 구비하는 전류 차단층(112-1)이 위치할 수 있다. 전류 차단층(112-1)은 도 1의 전류 차단층(112)에 해당하며 동일 기능을 가질 수 있고 동일한 물질로 구성될 수 있다. 제1 콘택홀(134)은 제2 도전형 반도체층(108)의 일부를 노출할 수 있다.
전류 차단층(112-1) 상에서 제1 콘택홀(134)을 통해 제2 도전형 반도체층(108)과 전기적으로 연결되는 반사층(116-1)이 형성될 수 있다. 반사층(116-1)은 제1 콘택홀(134) 내에 형성되는 제1 반사 플러그(136) 및 제1 반사 플러그(136)와 연결되면서 전류 차단층(112-1) 상에 형성되는 제1 반사 플레이트(138)를 포함할 수 있다.
반사층(116-1)은 제2 도전형 반도체층(108)과 전기적으로 연결되기 때문에 전극 역할을 수행할 수 있다. 아울러서, 반사층(116-1)은 도 1의 반사층(116)에 해당하며 동일 기능을 가질 수 있고 동일한 물질로 구성될 수 있다.
반사층(116-1) 상에 반사층(116-1)을 커버하면서 제2 콘택홀(142)을 갖는 보호층(120-1)이 형성되어 있다. 보호층(120-1)은 도 1의 보호층(120)에 해당하며 동일 기능을 가질 수 있고 동일한 물질로 구성될 수 있다. 제2 콘택홀(142)은 반사층(116-1)의 일부를 노출시킬 수 있다. 제2 콘택홀(142)은 제1 반사 플레이트(138)의 표면 일부를 노출시킬 수 있다.
전류 차단층(112-1) 및 보호층(120-1)은 반사층(116-1)을 둘러싸면서 제1 콘택홀(134) 및 제2 콘택홀(142)에 의해 반사층(116-1)의 일부 표면을 노출하는 부분 밀봉층(124-1)일 수 있다. 제1 부분 밀봉층(124-1)은 발광 구조물(110)의 일 영역에서 방출되는 광이 제1 반사층(116-1)에서 잘 반사되어 광 추출 효율을 더욱 향상시킬 수 있다.
보호층(120-1), 반사층(116-1), 전류 차단층(112-1), 및 발광 구조물(110) 상에서 제2 콘택홀(142)을 통해 반사층(116-1)과 전기적으로 연결되는 투명 전극층(128-1)이 형성될 수 있다. 투명 전극층(128-1)은 도 2에서 포함하여 도시하였지만 필요에 따라 선택적으로 형성하거나 형성하지 않을 수 있다. 투명 전극층(128-1)이 형성되지 않을 경우, 후술하는 전극층(130)이 반사층(116-1)을 통하여 제2 도전형 반도체층(108)과 전기적으로 연결될 수 있다. 투명 전극층(128-1)은 도 1의 투명 전극층(128)과 동일 기능을 가질 수 있고 동일한 물질로 구성될 수 있다.
투명 전극층(128-1)은 제2 콘택홀(142) 내에 형성되는 제1 투명 플러그(144) 및 제1 투명 플러그(144)와 연결되면서 보호층(120-1), 전류 차단층(112-1), 및 발광 구조물(110) 상에 형성되는 제1 투명 플레이트(146)를 포함할 수 있다.
필요에 따라서, 투명 전극층(128-1)은 제1 투명 플러그(144) 상에는 위치하지 않을 수 있고 제1 투명 플레이트(146) 상의 임의의 위치에 형성될 수 있다. 이때 제2 도전형 전극층(130)이 제1 투명 플레이트(146)와 전기적으로 연결되며, 또한 제2 콘택홀(142)을 통해 제1 반사층(116-1)과 전기적으로 연결될 수 있다.
반사층(116-1) 상부의 투명 전극층(128-1) 상에 전극층(130)이 형성되어 있다. 전극층(130)은 발광 구조물(110)에서 방출되는 광이 반사층(116-1)에서 반사되도록 반사층(116-1)이 차지하는 영역보다 작게 구성될 수 있다.
도 3은 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 발광 소자의 요부 단면도이다.
구체적으로, 발광 소자(300)는 도 1과 비교할 때 기판(102) 또는 도전층(102e) 상에 요철 구조(103)가 형성된 것을 제외하고는 구성 및 효과 면에서 동일할 수 있다. 이에 따라, 도 3의 설명에서 도 1과 동일한 것은 생략하거나 간단히 설명한다.
발광 소자(300)는 기판(102) 또는 도전층(102e), 발광 구조물(110), 반사층(116), 전류 차단층(112) 및 보호층(120)을 포함하는 밀봉층(124)을 포함할 수 있다. 발광 구조물(110)은 앞서 설명한 바와 같이 제1 도전형 반도체층(104), 활성층(106) 및 제2 도전형 반도체층(108)을 포함할 수 있다.
발광 소자(300)는 기판(102) 또는 도전층(102e)의 표면 상에 요철 구조(103)가 형성될 수 있다. 요철 구조(103)는 발광 구조물(110)에서 발광된 광을 잘 반사되도록 할 수 있다. 이에 따라, 발광 소자(300)는 요철 구조로 인하여 광 추출 효율을 더욱 향상시킬 수 있다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 발광 소자의 요부 단면도이다.
구체적으로, 도 4의 발광 소자(400)는 일 영역 단면을 나타내며, 도 5의 발광 소자(400)는 타 영역 단면을 나타낸다. 발광 소자(400)는 단면 방향에 따라 다양한 구조를 가질 수 있다.
발광 소자(400)는 도 1 및 도 3과 비교할 때 발광 구조물(110)의 타 영역에 제1 도전형 전극층(132), 제2 반사층(118) 및 제2 밀봉층(126)이 더 형성된 것을 제외하고는 구성 및 효과 면에서 동일할 수 있다. 이에 따라, 도 4 및 도 5의 설명에서 도 1 및 도 3과 동일한 것은 생략하거나 간단히 설명한다.
발광 소자(400)는 기판(102) 또는 도전층(102e) 상에 위치하는 발광 구조물(110)을 포함할 수 있다. 기판(102)은 앞서 설명한 바와 같이 성장 기판 또는 도전 기판일 수 있다. 발광 소자(400)는 기판(102) 상에 발광 구조물(110)을 형성하고, 제1 도전형 전극층(132) 및 제2 도전형 전극층(130)을 포함할 경우 수평형 발광 소자에 이용될 수 있다.
기판(102) 또는 도전층(102e)의 표면 상에는 도 3에 도시한 바와 같이 광 추출 효율을 향상시키기 위하여 요철 구조(103)가 형성될 수 있다. 발광 구조물(110)은 앞서 설명한 바와 같이 제1 도전형 반도체층(104), 활성층(106) 및 제2 도전형 반도체층(108)을 포함할 수 있다.
발광 구조물(110)의 일 영역 상에는 제1 전류 차단층(112)이 형성되어 있다. 제1 전류 차단층(112)은 도 1의 전류 차단층(112)에 해당하며 동일 기능을 가질 수 있고 동일한 물질로 구성될 수 있다. 제1 전류 차단층(112) 상에 제1 반사층(116)이 형성되어 있다. 제1 반사층(116)은 도 1의 반사층(116)에 해당하며 동일 기능을 가질 수 있고 동일한 물질로 구성될 수 있다.
제1 반사층(116) 상에 제1 반사층(116)을 커버하도록 제1 보호층(120)이 형성되어 있다. 제1 보호층(120)은 제1 반사층(116)의 양측면 및 상면에 형성될 수 있다. 제1 보호층(120)은 도 1의 보호층(120)에 해당하며 동일 기능을 가질 수 있고 동일한 물질로 구성될 수 있다. 제1 전류 차단층(112) 및 제1 보호층(120)은 제1 반사층(116)을 둘러싸는 제1 밀봉층(124)일 수 있다.
제1 보호층(120), 제1 전류 차단층(112) 및 제2 도전형 반도체층(108) 상에 형성된 투명 전극층(128)이 형성되어 있다. 투명 전극층(128)은 앞서 설명한 바와 같이 필요에 따라 선택적으로 형성하거나 형성하지 않을 수 있다. 투명 전극층(128)이 형성되지 않을 경우, 후술하는 제2 도전형 전극층(130)이 배선 라인을 통하여 제2 도전형 반도체층(108)과 전기적으로 연결될 수 있다.
제1 반사층(116) 상부의 투명 전극층(128) 상에 제2 도전형 전극층(130)이 형성되어 있다. 제2 도전형 전극층(130)은 도 1의 전극층(130)에 해당하며 동일 기능을 가질 수 있고 동일한 물질로 구성될 수 있다. 제2 도전형 전극층(130)은 제1 전류 차단층(112)의 상부에 형성되어 있다. 제2 도전형 전극층(130)은 투명 전극층(128)을 통하여 제2 도전형 반도체층(108)과 전기적으로 연결될 수 있다.
발광 구조물(110)의 타 영역에 메사형 홀(109)이 형성되어 있다. 메사형 홀(109)은 제1 도전형 반도체층(104)을 노출하게 형성되어 있다. 메사형 홀(109)은 발광 구조물(110)의 일부를 식각하여 형성될 수 있다. 메사형 홀(109)은 제1 도전형 반도체층(104)의 표면보다 낮게 리세스되어 있을 수 있다.
메사형 홀(109)의 내벽에는 도 4 및 도 5에 도시한 바와 같이 제2 전류 차단층(114)이 형성될 수 있다. 제2 전류 차단층(114)은 제1 전류 차단층(112)과 동일 기능을 가질 수 있고 동일한 물질로 구성될 수 있다. 더하여, 제2 전류 차단층(114)은 제1 도전형 반도체층(104)을 포함하는 발광 구조물(110)을 보호하는 역할을 수행할 수 있다. 제2 전류 차단층(114)은 발광 구조물(110)을 보호하는 패시베이션층일 수 있다.
제2 전류 차단층(112) 상에 제2 반사층(118)이 형성되어 있다. 제2 반사층(118)은 제1 반사층(116)과 동일 기능을 가질 수 있고 동일한 물질로 구성될 수 있다. 제2 반사층(118)은 발광 구조물(110)의 타 영역에서 방출되는 광을 반사시켜 발광 효율을 증가시킬 수 있다.
제2 반사층(118) 상에 제2 반사층(118)을 커버하도록 제2 보호층(122)이 형성되어 있다. 제2 보호층(122)은 제2 반사층(118)의 양측면 및 상면에 형성될 수 있다. 제2 보호층(122)은 제1 보호층(120)과 동일 기능을 가질 수 있고 동일한 물질로 구성될 수 있다. 제2 보호층(122)은 제2 반사층(118)을 보호하여 발광 소자(400)의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
제2 전류 차단층(114) 및 제2 보호층(122)은 제2 반사층(118)을 둘러싸는 제2 밀봉층(126)일 수 있다. 제2 반사층(118)을 둘러싸는 제2 밀봉층(126)으로 인하여 발광 구조물(110)의 타 영역에서 방출되는 광이 제2 반사층(118)에서 잘 반사되어 광 추출 효율을 더욱 향상시킬 수 있다.
발광 구조물(110)의 타 영역에서 도 4에 도시한 바와 같이 제2 반사층(118) 상부의 제2 보호층(122) 상에 제1 도전형 전극층(132)이 형성될 수 있다. 발광 구조물(110)의 타 영역에서 도 5에 도시한 바와 같이 제2 전류 차단층(114) 내에는 제1 도전형 반도체층(104)을 노출하는 콘택홀(131)이 형성될 수 있다. 이에 따라, 제1 도전형 전극층(132)은 콘택홀(131)을 통해 제1 도전형 반도체층(104)과 전기적으로 연결될 수 있다.
이상과 같은 발광 소자(400)는 발광 구조물(110)의 일 영역 및 타 영역 상에 제1 반사층(116) 및 제2 반사층(118)과, 제1 보호층(120) 및 제2 보호층(122)을 구비하여 광 추출 효율을 향상시킬 수 있다.
아울러서, 발광 소자(400)는 발광 구조물(110)의 일 영역 및 타 영역 상에 제1 전류 차단층(112) 및 제2 전류 차단층(114)이 형성되어 있고, 발광 구조물(110)의 일 영역에 투명 전극층(128)을 구비하여 전류 확산 특성을 향상시킬 수 있다.
도 6은 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 발광 소자 패키지의 요부 단면도이다.
구체적으로, 발광 소자(500)는 도 5와 비교할 때 제2 도전형 반도체층(108)에 전기적으로 연결되는 제1 반사층(116-1)을 포함하는 것을 제외하고는 구성 및 효과 면에서 동일할 수 있다. 발광 소자(500)는 발광 구조물(110)의 일 영역에 제1 전류 차단층(112-1), 제1 반사층(116-1). 제1 보호층(120-1), 투명 전극층(128-1), 및 제2 도전형 전극층(130)이 형성된 것이 도 2와 동일할 수 있다. 이에 따라, 도 6의 설명에서 도 2 및 도 5와 동일한 것은 생략하거나 간단히 설명한다.
발광 소자(500)는 기판(102) 또는 도전층(102e) 상에 위치하는 발광 구조물(110)을 포함할 수 있다. 발광 구조물(110)은 앞서 설명한 바와 같이 제1 도전형 반도체층(104), 활성층(106) 및 제2 도전형 반도체층(108)을 포함할 수 있다.
발광 구조물(110)의 일 영역 상에 제1 콘택홀(134)을 구비하는 제1 전류 차단층(112-1)이 위치할 수 있다. 제1 전류 차단층(112-1)은 도 5의 제1 전류 차단층(112)과 동일 기능을 가질 수 있고 동일한 물질로 구성될 수 있다. 제1 콘택홀(134)은 제2 도전형 반도체층(108)의 일부를 노출할 수 있다.
제1 전류 차단층(112-1) 상에서 제1 콘택홀(134)을 통해 제2 도전형 반도체층(108)과 전기적으로 연결되는 제1 반사층(116-1)이 형성될 수 있다. 제1 반사층(116-1)은 도 5의 제1 반사층(116)과 동일 기능을 가질 수 있고 동일한 물질로 구성될 수 있다.
제1 반사층(116-1)은 제1 콘택홀(134) 내에 형성되는 제1 반사 플러그(136) 및 제1 반사 플러그(136)와 연결되면서 제1 전류 차단층(112-1) 상에 형성되는 제1 반사 플레이트(138)를 포함할 수 있다. 제1 반사층(116-1)은 제2 도전형 반도체층(108)과 전기적으로 연결되기 때문에 전극 역할을 수행할 수 있다.
제1 반사층(116-1) 상에 제1 반사층(116-1)을 커버하면서 제2 콘택홀(142)을 갖는 제1 보호층(120-1)이 형성되어 있다. 제1 보호층(120-1)은 도 5의 제1 보호층(120)과 동일 기능을 가질 수 있고 동일한 물질로 구성될 수 있다. 제2 콘택홀(142)은 제1 반사층(16-1)의 일부를 노출시킬 수 있다. 제2 콘택홀(142)은 제1 반사 플레이트(138)의 표면 일부를 노출시킬 수 있다.
제1 전류 차단층(112-1) 및 제1 보호층(120-1)은 제1 반사층(116-1)을 둘러싸면서 제1 콘택홀(134) 및 제2 콘택홀(142)에 의해 제1 반사층(116-1)의 일부 표면을 노출하는 제1 부분 밀봉층(124-1)일 수 있다. 제1 부분 밀봉층(124-1)은 발광 구조물(110)의 일 영역에서 방출되는 광이 제1 반사층(116-1)에서 잘 반사되어 광 추출 효율을 더욱 향상시킬 수 있다.
제1 보호층(120-1), 제1 반사층(116-1), 제1 전류 차단층(112-1), 및 발광 구조물(110) 상에서 제2 콘택홀(142)을 통해 제1 반사층(116-1)과 전기적으로 연결되는 투명 전극층(128-1)이 형성될 수 있다. 투명 전극층(128-1)은 필요에 따라 선택적으로 형성하는 것이며, 형성되지 않을 수 있다. 투명 전극층(128-1)은 도 5의 투명 전극층(128)과 동일 기능을 가질 수 있고 동일한 물질로 구성될 수 있다.
투명 전극층(128-1)은 제2 콘택홀(142) 내에 형성되는 제1 투명 플러그(144) 및 제1 투명 플러그(144)와 연결되면서 제1 보호층(120-1), 제1 전류 차단층(112-1), 및 발광 구조물(110) 상에 형성되는 제1 투명 플레이트(146)를 포함할 수 있다.
제1 반사층(116-1) 상부의 투명 전극층(128-1) 상에 제2 도전형 전극층(130)이 형성되어 있다. 제2 도전형 전극층(130)은 발광 구조물(110)에서 방출되는 광이 제1 반사층(116-1)에서 반사되도록 제1 반사층(116-1)이 차지하는 영역보다 작게 구성될 수 있다.
발광 구조물(110)의 타 영역에 메사형 홀(109)이 형성되어 있다. 메사형 홀(109)은 제1 도전형 반도체층(104)을 노출하게 형성되어 있다. 메사형 홀(109)은 발광 구조물(110)의 일부를 식각하여 형성될 수 있다. 메사형 홀(109)은 제1 도전형 반도체층(104)의 표면보다 낮게 리세스되어 있을 수 있다.
메사형 홀(109)의 내벽에는 도 6에 도시한 바와 같이 제2 전류 차단층(114)이 형성될 수 있다. 제2 전류 차단층(114)은 제1 전류 차단층(112-1)과 동일 기능을 가질 수 있고 동일한 물질로 구성될 수 있다. 제2 전류 차단층(114)은 제1 도전형 반도체층(104)을 포함하는 발광 구조물(110)을 보호하는 역할을 수행할 수 있다. 제2 전류 차단층(114)은 발광 구조물(110)을 보호하는 패시베이션층일 수 있다.
도 6에 도시한 바와 같이 발광 구조물(110)의 타 영역에서 제2 전류 차단층(114) 내에는 제1 도전형 반도체층(104)을 노출하는 콘택홀(131)이 형성될 수 있다. 이에 따라, 제1 도전형 전극층(132)은 콘택홀(131)을 통해 상기 제1 도전형 반도체층(104)과 전기적으로 연결될 수 있다.
도 7은 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 발광 소자 패키지의 요부 단면도이다.
구체적으로, 발광 소자(600)는 도 4와 비교할 때 제1 도전형 반도체층(104)에 전기적으로 연결되는 제2 반사층(118-1)을 포함하는 것을 제외하고는 구성 및 효과 면에서 동일할 수 있다. 그리고, 발광 소자(600)는 발광 구조물(110)의 일 영역에 제1 전류 차단층(112), 제1 반사층(116). 제1 보호층(120), 투명 전극층(128), 및 제2 도전형 전극층(130)이 형성된 것이 도 1과 동일할 수 있다. 이에 따라, 도 7의 설명에서 도 1 및 도 4와 동일한 것은 생략하거나 간단히 설명한다.
발광 소자(600)는 기판(102) 또는 도전층(102e) 상에 위치하는 발광 구조물(110)을 포함할 수 있다. 발광 구조물(110)은 앞서 설명한 바와 같이 제1 도전형 반도체층(104), 활성층(106) 및 제2 도전형 반도체층(108)을 포함할 수 있다.
발광 구조물(110)의 일 영역에 발광 구조물(110)의 일 영역 상에는 제1 전류 차단층(112)이 형성되어 있다. 제1 전류 차단층(112) 상에 제1 반사층(116)이 형성되어 있다. 제1 반사층(116) 상에 제1 반사층(116)을 커버하도록 제1 보호층(120)이 형성되어 있다. 제1 보호층(120)은 제1 반사층의 양측면 및 상면에 형성될 수 있다. 제1 전류 차단층(112) 및 제1 보호층(120)은 제1 반사층(116)을 둘러싸는 제1 밀봉층(124)일 수 있다.
제1 보호층(120), 제1 전류 차단층(112) 및 제2 도전형 반도체층(108) 상에 투명 전극층(128)이 형성되어 있다. 투명 전극층(128)은 필요에 따라 선택적으로 형성하거나 형성하지 않을 수 있다. 제1 반사층(116) 상부의 투명 전극층(128) 상에 제2 도전형 전극층(130)이 형성되어 있다. 제2 도전형 전극층(130)은 제1 전류 차단층(112)의 상부에 형성되어 있다. 제2 도전형 전극층(130)은 투명 전극층(128)을 통하여 제2 도전형 반도체층(108)과 전기적으로 연결될 수 있다.
발광 구조물(110)의 타 영역에 메사형 홀(109)이 형성되어 있다. 메사형 홀(109)은 제1 도전형 반도체층(104)을 노출하게 형성되어 있다. 메사형 홀(109)은 발광 구조물(110)의 일부를 식각하여 형성될 수 있다. 메사형 홀(109)은 제1 도전형 반도체층(104)의 표면보다 낮게 리세스되어 있을 수 있다.
메사형 홀(109)의 내벽에는 7에 도시한 바와 같이 제2 전류 차단층(114)이 형성될 수 있다. 제2 전류 차단층(114)은 제1 전류 차단층(112)과 동일 기능을 가질 수 있고 동일한 물질로 구성될 수 있다. 제2 전류 차단층(114)은 제1 도전형 반도체층(104)을 포함하는 발광 구조물(110)을 보호하는 역할을 수행할 수 있다. 제2 전류 차단층(114)은 발광 구조물(110)을 보호하는 패시베이션층일 수 있다.
제2 전류 차단층(114) 상에서 제3 콘택홀(115)을 통해 제1 도전형 반도체층(104)과 전기적으로 연결되는 제2 반사층(118-1)이 형성될 수 있다. 제2 반사층(118-1)은 제3 콘택홀(115) 내에 형성되는 제1 반사 플러그(136) 및 제1 반사 플러그(136)와 연결되면서 제2 전류 차단층(114) 상에 형성되는 제1 반사 플레이트(138)를 포함할 수 있다.
제2 반사층(118-1)은 제1 도전형 반도체층(104)과 전기적으로 연결되기 때문에 전극 역할을 수행할 수 있다. 제2 반사층(118-1)은 발광 구조물(110)의 타 영역에서 방출되는 광을 반사시켜 광 추출 효율을 향상시킬 수 있다. 아울러서, 제2 반사층(118-1)은 제1 반사층(116)과 동일 기능을 가질 수 있고 동일한 물질로 구성될 수 있다.
제2 반사층(118-1) 상에 제2 반사층(118-1)을 커버하면서 제4 콘택홀(129)을 갖는 제2 보호층(122)이 형성되어 있다. 제2 보호층(122)은 제1 보호층(120)과 동일 기능을 가질 수 있고 동일한 물질로 구성될 수 있다. 제4 콘택홀(129)은 제2 반사층(118-1)의 일부를 노출시킬 수 있다.
제2 전류 차단층(114) 및 제2 보호층(122)은 제2 반사층(118-1)을 둘러싸면서 제3 콘택홀(115) 및 제4 콘택홀(129)에 의해 제2 반사층(118-1)의 일부 표면을 노출하는 제1 부분 밀봉층(126)일 수 있다. 제1 부분 밀봉층(126)은 발광 구조물(110)의 타 영역에서 방출되는 광이 제2 반사층(118-1)에서 잘 반사되어 광 추출 효율을 더욱 향상시킬 수 있다.
제2 반사층(118-1) 상에 제4 콘택홀(129)을 통해 전기적으로 연결되는 제1 도전형 전극층(132-1)이 형성되어 있다. 제1 도전형 전극층(132-1)은 발광 구조물(110)에서 방출되는 광이 제2 반사층(118-1)에서 반사되도록 제2 반사층(118-1)이 차지하는 영역보다 작게 구성될 수 있다.
도 8은 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 발광 소자의 평면도이고, 도 9 내지 도 15는 도 4 및 도 5의 발광 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
구체적으로, 도 9 내지 도 15에서, 도 4 및 도 5와 동일한 것은 생략하거나 간단히 설명한다. 도 15는 도 8의 B-B' 단면도이다. 도 9 내지 도 15는 기판(102) 상에 발광 소자(400)를 구현하는 것을 설명하기 위하여 제공된다.
도 9를 참조하면, 기판(102) 상에 제1 도전형 반도체층(104), 활성층(106) 및 제2 도전형 반도체층(108)을 구비하는 발광 구조물(110)을 형성한다. 기판은 발광 구조물(110)을 성장시키지 위한 성장 기판, 예컨대 사파이어 기판일 수 있다. 기판(102)의 표면에는 필요에 따라서 요철 구조(103)를 형성할 수 있다.
제1 도전형 반도체층(104)은 n형 반도체층일 수 있다. 제2 도전형 반도체층(108)은 p형 반도체층일 수 있다. 제1 도전형 반도체층(104) 및 제2 도전형 반도체층(108)은 앞서 설명한 바와 같이 질화물 반도체로 형성할 수 있다. 제1 도전형 반도체층(104) 및 제2 도전형 반도체층(108)은 질화물 반도체 외에도 AlInGaP나 AlInGaAs 계열의 반도체로 형성할 수도 있다.
활성층(106)은 양자 우물층과 양자 장벽층이 서로 교대로 적층된 다중 양자우물(MQW)구조, 예컨대, 질화물 반도체일 경우, GaN/InGaN 구조를 이용할 수 있다. 활성층(106)은 질화물 반도체를 이용한 단일 양자우물(SQW) 구조가 이용될 수도 있다.
도 10을 참조하면, 발광 구조물(110)의 일부 영역을 선택적으로 식각하여 메사형 홀(109)을 형성한다. 메사형 홀(109)은 제1 도전형 반도체층(104)을 노출하게 형성한다. 메사형 홀(109)은 제1 도전형 반도체층(104)의 표면보다 낮게 리세스되게 형성한다.
도 11을 참조하면, 발광 구조물(110)의 일 영역에 제1 전류 차단층(112)을 형성한다. 제2 도전형 반도체층(108)의 일부 영역 상에 제1 전류 차단층(112)을 형성한다. 발광 구조물(110)의 타 영역, 즉 메사형 홀의 내벽 상에 제2 전류 차단층(114)을 형성한다. 제1 전류 차단층(112) 및 제2 전류 차단층(114)은 동시에 형성할 수도 있고, 각각 별도로 형성할 수 있다.
제1 전류 차단층(112) 및 제2 전류 차단층(114)은 활성층(106)에 전류가 국부적으로 인가되지 않고 넓게 확산하게 하여 전류 확산 특성(current spread characteristics)을 향상시키는 역할을 수행할 수 있다. 제1 전류 차단층(112) 및 제2 전류 차단층(114)은 절연층일 수 있다. 제2 전류 차단층(114)은 발광 구조물(110)을 보호하는 역할을 수행할 수 있다. 이에 따라, 제2 전류 차단층(114)은 발광 구조물(110)을 보호하는 패시베이션층일 수 있다.
제1 전류 차단층(112) 및 제2 전류 차단층(114)은 실리콘 산화막(SiO2) 또는 실리콘 질화막(SiN)일 수 있다. 아울러서, 제1 전류 차단층(112) 및 제2 전류 차단층(114)은 발광 구조물(110)에서 방출되는 광이 흡수되는 것을 최소화 할 수 있는 투명층으로 구성될 수 있다.
도 12를 참조하면, 제1 전류 차단층(112) 및 제2 전류 차단층(114) 상에 각각 제1 반사층(116) 및 제2 반사층(118)을 형성한다. 제1 반사층(116) 및 제2 반사층(118)은 발광 구조물(110)에서 방출되는 광을 반사시킬 수 있는 물질로 형성한다.
제1 반사층(116) 및 제2 반사층(118)은 은(Ag) 또는 알루미늄(Al)으로 구성될 수 있다. 제1 반사층(116) 및 제2 반사층(118)이 있을 경우, 발광 소자(100)의 일 영역 및 타 영역에서 광 추출 효율을 향상시킬 수 있다.
계속하여, 제1 반사층(116) 및 제2 반사층(118)을 각각 커버하도록 제1 보호층(120) 및 제2 보호층(122)을 형성한다. 제1 보호층(120) 및 제2 보호층(122)은 각각 제1 반사층(116) 및 제2 반사층(118)의 양측면 및 상면에 형성한다.
제1 보호층(120) 및 제2 보호층(122)은 절연층으로 형성한다. 제1 보호층(120) 및 제2 보호층(122)은 실리콘 산화막(SiO2), 실리콘 질화막(SiN), 은 산화막(AgO) 또는 알루미늄 산화막(Al2O3)으로 형성한다. 아울러서, 제1 보호층(120) 및 제2 보호층(122)은 발광 구조물(110)에서 방출되는 광이 흡수되는 것을 최소화 할 수 있는 투명층으로 형성한다.
제1 보호층(120) 및 제2 보호층(122)을 형성하지 않을 경우, 제1 반사층(116) 및 제2 반사층(118)을 구성하는 입자들이 이동하는 이동(migration) 현상이나 입자들이 뭉치는 뭉침(agglomeration) 현상이 발생하여 발광 소자의 신뢰성을 저하시킬 수 있다.
제1 보호층(120) 및 제2 보호층(122)을 형성하지 않을 경우, 후술하는 투명 전극층(128)과 제1 반사층(116)이 반응하여 제1 반사층(116)의 반사도를 저하시키거나 발광 소자의 신뢰성을 낮출 수 있다. 제1 보호층(120) 및 제2 보호층(122)을 형성하지 않을 경우, 후술하는 투명 전극층(128)과 제1 반사층(116)간의 접착력이 낮아 발광 소자의 신뢰성이 낮아질 수 있다.
제1 전류 차단층(112) 및 제1 보호층(120)은 제1 반사층(116)을 둘러싸는 제1 밀봉층(124)일 수 있다. 제2 전류 차단층(114) 및 제2 보호층(122)은 제2 반사층(118)을 둘러싸는 제2 밀봉층(126)일 수 있다. 제1 반사층(116) 및 제2 반사층(118)을 각각 둘러싸는 제1 밀봉층(124) 및 제2 밀봉층(126)으로 인하여 발광 구조물(110)에서 방출되는 광이 제1 반사층(116) 및 제2 반사층(118)에서 잘 반사되어 광 추출 효율을 더욱 향상시킬 수 있다.
아울러서, 제1 전류 차단층(112), 제1 반사층(116) 및 제1 보호층(120)을 포함하는 전체 구조 및 제2 전류 차단층(114), 제2 반사층(118) 및 제2 보호층(122)을 포함하는 전체 구조는 각각 활성층(106)에 전류가 국부적으로 인가되지 않고 넓게 확산하게 하여 전류 확산 특성을 향상시키는 역할을 수행할 수 있다.
도 13을 참조하면, 제1 보호층(120), 제1 전류 차단층(112) 및 발광 구조물(110) 상에 투명 전극층(128)을 형성한다. 투명 전극층(128)은 전류가 활성층(106)에 전류가 국부적으로 인가되지 않고 넓게 확산하게 하여 전류 확산 특성을 향상시키는 역할을 수행할 수 있다. 투명 전극층(128)은 필요에 따라 선택적으로 형성될 수 있다. 투명 전극층(128)은 제1 보호층(120), 제1 전류 차단층(112) 및 발광 구조물(110) 상에서 부분적으로 형성될 수 있다.
투명 전극층(128)은 발광 구조물(110)에서 방출되는 광이 투과될 수 있는 물질로 형성한다. 투명 전극층(128)은 인듐-주석계 산화물(ITO), 인듐 산화물(IO), 주석계 산화물(SnO2), 아연계 산화물(ZnO), 또는 인듐-아연계 산화물(IZO)로 구성할 수 있다.
제1 반사층(116)은 제1 전류 차단층(112) 및 제1 보호층(120)으로 보호되어 있기 때문에, 투명 전극층(128)과 제1 반사층(116)간의 접착력 문제 및 제1 반사층(116)의 반사도 저하 문제 등이 해결될 수 있다.
도 14 및 도 15를 참조하면, 도 14에 도시한 바와 같이 제1 반사층(116) 상부의 투명 전극층(128) 상에 제2 도전형 전극층(130)을 형성한다. 제2 도전형 전극층(130)은 투명 전극층(128)을 통하여 제2 도전형 반도체층(108)에 전류를 인가할 수 있다. 제2 도전형 전극층(130)은 투명 전극층(128)의 일부분에 형성할 수 있다.
도 14에 도시한 바와 같이 제2 반사층(118) 상의 제2 보호층(122) 상에 제1 도전형 전극층(132)을 형성한다. 도 11에 도시한 바와 같이 앞서 제2 전류 차단층(114)을 형성한 후, 도 15에 도시한 바와 같이 제2 전류 차단층(114) 내에는 제1 도전형 반도체층(104)을 노출하는 콘택홀(131)를 형성한다.
이렇게 되면, 제1 도전형 전극층(132)은 콘택홀(131)을 통해 제1 도전형 반도체층(104)과 전기적으로 연결될 수 있다. 제2 도전형 전극층(130)은 도 8에 도시한 바와 같이 제2 도전형 반도체층(108)과 배선 라인을 통하여 전기적으로 연결될 수 도 있다. 도 8에서, 참조번호 124, 126은 밀봉층, 즉 절연층을 나타낸다. 제1 도전형 전극층(132) 및 제2 도전형 전극층(130)은 도전 물질로 구성될 수 있다. 제1 도전형 전극층(132) 및 제2 도전형 전극층(130)은 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 알루미늄(Al), 금(Au) 또는 구리(Cu)로 형성할 수 있다.
도 16 내지 도 20은 도 7의 발광 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
구체적으로, 도 16 내지 도 20에서, 도 7과 동일한 것은 생략하거나 간단히 설명한다. 도 16 내지 도 20은 기판(102) 상에 발광 소자(600)를 구현하는 것을 설명하기 위하여 제공된다. 앞서 설명한 바와 같이 도 9 내지 도 11의 제조 공정을 수행한다. 이에 따라, 기판(102) 상에는 제1 도전형 반도체층(104), 활성층(106) 및 제2 도전형 반도체층(108)을 구비하는 발광 구조물(110)이 형성된다. 기판(102)의 표면에는 필요에 따라서 요철 구조(103)가 형성될 수 있다.
발광 구조물의 일부 영역에는 메사형 홀(109)이 형성된다. 발광 구조물(110)의 일부 영역의 제2 도전형 반도체층(108) 상에는 제1 전류 차단층(112)이 형성된다. 메사형 홀(109) 내에는 제2 전류 차단층(114)이 형성된다.
이어서, 도 16에 도시한 바와 같이 메사형 홀(109) 내의 제2 전류 차단층(114) 내에 제3 콘택홀(115)을 형성한다. 제3 콘택홀(115)로 인하여 발광 구조물(110)의 제1 도전형 반도체층(104)의 일부 표면이 노출될 수 있다.
도 17을 참조하면, 제1 전류 차단층(112) 상에 제1 반사층(116)을 형성한다. 메사형 홀(109) 내의 제2 전류 차단층(114) 상에 제3 콘택홀(115)을 통해 제1 도전형 반도체층(104)과 전기적으로 연결되는 제2 반사층(118-1)을 형성한다.
제2 반사층(118-1)은 제3 콘택홀(115) 내의 제1 반사 플러그(136) 및 제1 반사 플러그(136)와 연결되면서 제2 전류 차단층(114) 상에 형성되는 제1 반사 플레이트(138)를 포함할 수 있다. 제2 반사층(118-1)은 제1 도전형 반도체층(104)과 전기적으로 연결되기 때문에 전극 역할을 수행할 수 있다.
제1 반사층(116) 및 제2 반사층(118-1)은 동시에 형성할 수 있다. 제1 반사층(116) 및 제2 반사층(118-1)은 별도의 공정으로 형성할 수 있다. 제1 반사층(116) 및 제2 반사층(118-1)으로 인하여 발광 구조물(110)에서 방출되는 광을 반사시켜 광 추출 효율을 향상시킬 수 있다.
제1 반사층(116) 상에 제1 반사층(116)을 커버하도록 제1 보호층(120)을 형성한다. 제1 보호층(120)은 제1 반사층(116)의 양측면 및 상면에 형성한다. 제1 전류 차단층(112) 및 제1 보호층(120)은 제1 반사층(116)을 둘러싸는 제1 밀봉층(124)을 구성할 수 있다. 제1 밀봉층(124)은 발광 구조물(110)에서 방출되는 광이 제1 반사층(116)에서 잘 반사되어 광 추출 효율을 향상시킬 수 있다. 계속하여, 제2 반사층(118-1) 상에 제2 반사층(118-1)을 커버하는 제2 보호층(122)을 형성한다.
도 18 및 도 19를 참조하면, 도 18에 도시한 바와 같이 제1 보호층(120), 제1 전류 차단층(112) 및 제2 도전형 반도체층(108) 상에 투명 전극층(128)을 형성한다.
도 19에 도시한 바와 같이, 제2 보호층(122)에 제2 반사층(118-1)을 노출하는 제4 콘택홀(129)을 형성한다. 제4 콘택홀(129)은 제2 반사층(118-1)의 일부를 노출시킬 수 있다.
제2 전류 차단층(114) 및 제2 보호층(122)은 제2 반사층(118-1)을 둘러싸면서 제3 콘택홀(115) 및 제4 콘택홀(129)에 의해 제2 반사층(118-1)의 일부 표면을 노출하는 제1 부분 밀봉층(126)을 구성할 수 있다. 제1 부분 밀봉층(126)은 발광 구조물(110)의 타 영역에서 방출되는 광이 제2 반사층(118-1)에서 잘 반사되어 광 추출 효율을 향상시킬 수 있다.
도 20을 참조하면, 제1 반사층(116) 상부의 투명 전극층(128) 상에 제2 도전형 전극층(130)을 형성한다. 제2 도전형 전극층(130)은 제1 전류 차단층(112)의 상부에 형성한다. 제2 도전형 전극층(130)은 투명 전극층(128)을 통하여 제2 도전형 반도체층(108)과 전기적으로 연결될 수 있다. 제2 도전형 전극층(130)은 발광 구조물(110)에서 방출되는 광이 제1 반사층(116)에서 반사되도록 제1 반사층(116)이 차지하는 영역보다 작게 형성한다.
제2 반사층(118-1) 상에 제4 콘택홀(129)을 통해 전기적으로 연결되는 제1 도전형 전극층(132-1)을 형성한다. 제1 도전형 전극층(132-1)은 발광 구조물(110)에서 방출되는 광이 제2 반사층(118-1)에서 반사되도록 제2 반사층(118-1)이 차지하는 영역보다 작게 형성한다.
도 21 및 도 22는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자를 포함하는 백색 광원 모듈의 개략적인 단면도이다.
도 21을 참조하면, LCD 백라이트용 광원 모듈(1100)은, 회로 기판(1110) 및 회로 기판(1110) 상에 실장된 복수의 백색광 발광 장치들(1100a)의 배열을 포함할 수 있다. 회로 기판(1110) 상면에는 백색광 발광장치(1100a)와 접속되는 도전 패턴이 형성될 수 있다.
각각의 백색광 발광 장치(1100a)는, 청색광을 방출하는 발광 소자(1130)가 회로 기판(1110)에 COB(Chip On Board) 방식으로 직접 실장되는 구조를 가질 수 있다. 발광 소자(1130)는 앞서 설명한 본 발명의 일 실시예들에 따른 발광 소자들(100-600)의 적어도 어느 하나 일 수 있다. 각각의 백색광 발광 장치(1100a)는 파장 변환부(1150a, 파장 변환층)가 렌즈 기능을 갖는 반구형상으로 구비되어 넓은 지향각을 나타낼 수 있다. 이러한 넓은 지향각은, LCD 디스플레이의 두께 또는 폭을 감소시키는데 기여할 수 있다.
도 22를 참조하면, LCD 백라이트용 광원 모듈(1200)은, 회로 기판(1110) 및 회로 기판(1110) 상에 실장된 복수의 백색광 발광장치들(1100b)의 배열을 포함할 수 있다. 각각의 백색광 발광장치(1100b)는 패키지 본체(1125)의 반사컵 내에 실장된 청색광을 방출하는 발광 소자(1130) 및 이를 봉지하는 파장 변환부(1150b)를 구비할 수 있다. 발광 소자(1130)는 앞서 설명한 본 발명의 일 실시예들에 따른 발광 소자들(100-600)의 적어도 어느 하나 일 수 있다.
파장 변환부(1150a, 1150b)에는 필요에 따라 형광체 및/또는 양자점과 같은 파장 변환 물질(1152, 1154, 1156)이 함유될 수 있다. 파장 변환 물질에 대한 상세한 설명은 후술하기로 한다
도 23은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자로써 조명 장치에 채용 가능한 백색 광원 모듈의 개략적인 단면도이고, 도 24는 본 발명의 기술적 사상을 이용하여 제조된 발광 소자에 이용될 수 있는 완전 복사체 스펙트럼을 나타내는 CIE 색도도이다.
구체적으로, 도 23의 (a) 및 (b)에 도시된 광원 모듈은 각각 회로 기판 상에 탑재된 복수의 발광 소자 패키지(30, 40, 赤, 27, 50)를 포함할 수 있다. 발광 소자 패키지(30, 40, 赤, 27, 50)는 앞서 설명한 본 발명의 일 실시예들에 따른 발광 소자들(100-600)의 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 하나의 광원 모듈에 탑재된 복수의 발광소자 패키지는 동일한 파장의 빛을 발생시키는 동종(同種)의 패키지로도 구성될 수 있으나, 본 실시예와 같이, 서로 상이한 파장의 빛을 발생시키는 이종(異種)의 패키지로 구성될 수도 있다.
도 23의 (a)를 참조하면, 백색 광원 모듈은 색온도 4000K 와 3000K인 백색 발광 소자 패키지(40,30)와 적색 발광 소자 패키지(赤)를 조합하여 구성될 수 있다. 백색 광원 모듈은 색온도 3000K ~ 4000K 범위로 조절 가능하고 연색성 Ra도 85 ~ 100 범위인 백색광을 제공할 수 있다.
다른 실시예에서, 백색 광원 모듈은, 백색 발광소자 패키지만으로 구성되되, 일부 패키지는 다른 색온도의 백색광을 가질 수 있다. 예를 들어, 도 23의 (b)에 도시된 바와 같이, 색온도 2700K인 백색 발광 소자 패키지(27)와 색온도 5000K인 백색 발광 소자 패키지(50)를 조합하여 색온도 2700K ~ 5000K 범위로 조절 가능하고 연색성 Ra가 85 ~ 99인 백색광을 제공할 수 있다. 여기서, 각 색온도의 발광 소자 패키지 수는 주로 기본 색온도 설정 값에 따라 개수를 달리할 수 있다. 예를 들어, 기본 설정 값이 색온도 4000K 부근의 조명장치라면 4000K에 해당하는 패키지의 개수가 색온도 3000K 또는 적색 발광 소자 패키지 개수보다 많도록 할 수 있다.
이와 같이, 이종의 발광 소자 패키지는 청색 발광 소자에 황색, 녹색, 적색 또는 오렌지색의 형광체를 조합하여 백색광을 발하는 발광 소자와 보라색, 청색, 녹색, 적색 또는 적외선 발광 소자 중 적어도 하나를 포함하도록 구성하여 백색광의 색온도 및 연색성(Color Rendering Index: CRI)을 조절하도록 할 수 있다.
단일 발광소자 패키지에서는, 발광소자인 LED 칩의 파장과 형광체의 종류 및 배합비에 따라, 원하는 색의 광을 결정하고, 백색광일 경우에는 색온도와 연색성을 조절할 수 있다.
예를 들어, LED 칩이 청색광을 발광하는 경우, 황색, 녹색, 적색 형광체 중 적어도 하나를 포함한 발광 소자 패키지는 형광체의 배합비에 따라 다양한 색온도의 백색광을 발광하도록 할 수 있다. 이와 달리, 청색 LED 칩에 녹색 또는 적색 형광체를 적용한 발광 소자 패키지는 녹색 또는 적색광을 발광하도록 할 수 있다. 이와 같이, 백색광을 내는 발광 소자 패키지와 녹색 또는 적색광을 내는 패키지를 조합하여 백색광의 색온도 및 연색성을 조절하도록 할 수 있다. 또한, 보라색, 청색, 녹색, 적색 또는 적외선을 발광하는 발광 소자 중 적어도 하나를 포함하도록 구성할 수도 있다.
이 경우, 조명 장치는 연색성을 나트륨(Na)등에서 태양광 수준으로 조절할 수 있으며, 또한 색온도를 1500K에서 20000K 수준으로 다양한 백색광을 발생시킬 수 있으며, 필요에 따라서는 보라색, 청색, 녹색, 적색, 오렌지색의 가시광 또는 적외선을 발생시켜 주위 분위기 또는 기분에 맞게 조명 색을 조절할 수 있다. 또한, 식물 성장을 촉진할 수 있는 특수 파장의 광을 발생시킬 수도 있다.
청색 발광 소자에 황색, 녹색, 적색 형광체 및/또는 녹색, 적색 발광 소자의 조합으로 만들어지는 백색광은 2개 이상의 피크 파장을 가지며, 도 21에 도시된 바와 같이, CIE 1931 좌표계의 (x, y) 좌표가 (0.4476, 0.4074), (0.3484, 0.3516), (0.3101, 0.3162), (0.3128, 0.3292), (0.3333, 0.3333)을 잇는 선분 영역 내에 위치할 수 있다. 또는, 선분과 흑체 복사 스펙트럼으로 둘러싸인 영역에 위치할 수 있다. 백색광의 색온도는 1500K ~ 20000K 사이에 해당한다. 도 24에서 상기 흑체 복사 스펙트럼(플랑키안 궤적) 하부에 있는 점 E(0.3333, 0.3333) 부근의 백색광은 상대적으로 황색계열 성분의 광이 약해진 상태로 사람이 육안으로 느끼기에는 보다 선명한 느낌 또는 신선한 느낌을 가질 수 있는 영역의 조명 광원으로 사용 될 수 있다. 따라서 상기 흑체 복사 스펙트럼(플랑키안 궤적) 하부에 있는 점 E(0.3333, 0.3333) 부근의 백색광을 이용한 조명 제품은 식료품, 의류 등을 판매하는 상가용 조명으로 효과가 좋다.
한편, 반도체 발광소자로부터 방출되는 광의 파장을 변환하기 위한 물질로서, 형광체 및/또는 양자점과 같은 다양한 물질이 사용될 수 있다
형광체로는 다음과 같은 조성식 및 컬러(color)를 가질 수 있다.
산화물계: 황색 및 녹색 Y3Al5O12:Ce, Tb3Al5O12:Ce, Lu3Al5O12:Ce
실리케이트계: 황색 및 녹색 (Ba,Sr)2SiO4:Eu, 황색 및 등색 (Ba,Sr)3SiO5:Ce
질화물계: 녹색 -SiAlON:Eu, 황색 La3Si6N11:Ce, 등색 -SiAlON:Eu, 적색 CaAlSiN3:Eu, Sr2Si5N8:Eu, SrSiAl4N7:Eu, SrLiAl3N4:Eu, Ln4-x(EuzM1-z)xSi12-yAlyO3+x+yN18-x-y (0.5=x=3, 0<z<0.3, 0<y=4) - 식 (1)
단, 식 (1) 중, Ln은 IIIa 족 원소 및 희토류 원소로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 한 종의 원소이고, M은 Ca, Ba, Sr 및 Mg로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 한 종의 원소일 수 있다.
플루오라이트(fluoride)계: KSF계 적색 K2SiF6:Mn4 +, K2TiF6:Mn4 +, NaYF4:Mn4 +, NaGdF4:Mn4 +, K3SiF7:Mn4 +
형광체 조성은 기본적으로 화학양론(stoichiometry)에 부합하여야 하며, 각 원소들은 주기율표상 각 족들 내 다른 원소로 치환이 가능하다. 예를 들어 Sr은 알카리토류(II)족의 Ba, Ca, Mg 등으로, Y는 란탄계열의 Tb, Lu, Sc, Gd 등으로 치환이 가능하다. 또한, 활성제인 Eu 등은 원하는 에너지 준위에 따라 Ce, Tb, Pr, Er, Yb 등으로 치환이 가능하며, 활성제 단독 또는 특성 변형을 위해 부활성제 등이 추가로 적용될 수 있다.
특히, 플루오라이트계 적색 형광체는 고온/고습에서의 신뢰성 향상을 위하여 각각 Mn을 함유하지 않는 불화물로 코팅되거나 형광체 표면 또는 Mn을 함유하지 않는 불화물 코팅 표면에 유기물 코팅을 더 포함할 수 있다. 상기와 같은 플루어라이트계 적색 형광체의 경우 기타 형광체와 달리 40nm 이하의 협반치폭을 구현할 수 있기 때문에, UHD TV와 같은 고해상도 TV에 활용될 수 있다.
아래 표 1은 청색 LED 칩(440 ~ 460nm) 또는 UV LED 칩(380 ~ 440nm)을 사용한 백색 발광 소자의 응용분야별 형광체 종류이다.
Figure 112016023826114-pat00001
또한, 파장변환부는 형광체를 대체하거나 형광체와 혼합하여 양자점(Quantum Dot, QD)과 같은 파장변환물질들이 사용될 수 있다.
도 25는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 발광 소자에 이용될 수 있는 파장 변환 물질로써 양자점(quantum dot, QD)의 단면 구조를 나타내는 개략도이다.
구체적으로, 양자점(QD)은 III-V 또는 II-VI화합물 반도체를 이용하여 코어(Core)-쉘(Shell)구조를 가질 수 있다. 예를 들면, CdSe, InP 등과 같은 코어(core)와 ZnS, ZnSe과 같은 쉘(shell)을 가질 수 있다. 또한, 상기 양자점은 코어 및 쉘의 안정화를 위한 리간드(ligand) 를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 코어 직경은 1 ~ 30nm, 나아가 3 ~ 10nm일 수 있다, 상기 쉘 두께는 0.1 ~ 20nm, 나아가 0.5 ~ 2nm일 수 있다.
상기 양자점은 사이즈에 따라 다양한 컬러를 구현할 수 있으며, 특히 형광체 대체 물질로 사용되는 경우에는 적색 또는 녹색 형광체로 사용될 수 있다. 양자점을 이용하는 경우, 협반치폭(예, 약 35nm)을 구현할 수 있다.
상기 파장 변환 물질은 봉지재에 함유된 형태로 구현될 수 있으나, 이와 달리, 필름형상으로 미리 제조되어 LED 칩 또는 도광판과 같은 광학구조의 표면에 부착해서 사용할 수도 있다. 이 경우에, 상기 파장변환물질은 균일한 두께의 구조로 원하는 영역에 용이하게 적용할 수 있다.
도 26은 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 발광 소자를 포함하는 백라이트 유닛의 개략적인 사시도이다.
구체적으로, 백라이트 유닛(2000)은 도광판(2040) 및 도광판(2040) 양측면에 제공되는 광원모듈(2010)을 포함할 수 있다. 또한, 백라이트 유닛(2000)은 도광판(2040)의 하부에 배치되는 반사판(2020)을 더 포함할 수 있다. 본 실시예의 백라이트 유닛(2000)은 에지형 백라이트 유닛일 수 있다. 실시예에 따라, 광원모듈(2010)은 도광판(2040)의 일 측면에만 제공되거나, 다른 측면에 추가적으로 제공될 수도 있다. 광원모듈(2010)은 인쇄회로기판(2001) 및 인쇄회로기판(2001) 상면에 실장된 복수의 광원(2005)을 포함할 수 있다. 광원(2005)은 앞서 설명한 본 발명의 일 실시예들에 따른 발광 소자(100-600)의 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
도 27은 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 발광 소자를 포함하는 직하형 백라이트 유닛의 일 실시예를 나타내는 도면이다.
구체적으로, 백라이트 유닛(2100)은 광확산판(2140) 및 광확산판(2140) 하부에 배열된 광원모듈(2110)을 포함할 수 있다. 또한, 백라이트 유닛(2100)은 광확산판(2140) 하부에 배치되며, 광원모듈(2110)을 수용하는 바텀케이스(2160)를 더 포함할 수 있다. 본 실시예의 백라이트 유닛(2100)은 직하형 백라이트 유닛일 수 있다.
광원모듈(2110)은 인쇄회로기판(2101) 및 인쇄회로기판(2101) 상면에 실장된 복수의 광원(2105)을 포함할 수 있다. 광원(2105)은 앞서 설명한 본 발명의 일 실시예들에 따른 발광 소자들(100-600)의 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
도 28은 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 발광 소자를 포함하는 백라이트 유닛의 일 실시예를 나타내는 도면이다.
구체적으로, 도 28은 직하형 백라이트 유닛(2200)에 있어서 광원(2205)의 배치의 일 예를 나타낸다. 광원(2205)은 앞서 설명한 본 발명의 일 실시예들에 따른 발광 소자들(100-600)의 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
본 실시 형태에 따른 직하형 백라이트 유닛(2200)은 기판(2201)상에 배열된 복수의 광원(2205)을 갖추어 구성된다. 광원(2205)들의 배열 구조는 행과 열로 배열된 매트릭스 구조로서 각각의 행과 열은 지그재그 형태를 갖는다. 이는, 복수의 광원(2205)이 일직선상에 행과 열로 배열된 제1 매트릭스의 내부에 동일한 형태의 제2 매트릭스가 배치된 구조로서 상기 제1 매트릭스에 포함된 인접한 4개의 광원(2205)이 이루는 사각형의 내부에 상기 제2 매트릭스의 각 광원(2205)이 위치하는 것으로 이해될 수 있다.
다만, 상기 직하형 백라이트 유닛에 있어서 휘도의 균일성 및 광효율을 보다 향상시키기 위해 필요에 따라서는, 상기 제1 및 제2 매트릭스는 그 배치 구조 및 간격을 서로 다르게 할 수도 있다. 또한, 이러한 복수의 광원 배치 방법 외에, 휘도 균일도를 확보할 수 있도록 인접한 광원간의 거리(S1, S2)를 최적화할 수 있다. 이와 같이, 광원(2205)들로 구성된 행과 열을 일직선상에 배치하지 않고, 지그재그로 배치함에 따라, 동일한 발광 면적에 대하여 약 15% ~ 25% 정도 광원(2205)의 수를 줄일 수 있는 장점이 있다.
도 29는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 발광 소자를 포함하는 직하형 백라이트 유닛을 설명하기 위한 도면이고, 도 30은 도 29의 광원 모듈을 확대하여 도시한 도면이다.
구체적으로, 본 실시예에 따른 백라이트 유닛(2300)은 광학시트(2320) 및 상기 광학시트(2320) 하부에 배열된 광원모듈(2310)을 포함할 수 있다. 광학시트(2320)는 확산시트(2321), 집광시트(2322), 보호시트(2323) 등을 포함할 수 있다.
광원모듈(2310)은 회로 기판(2311), 회로 기판(2311) 상에 실장된 복수의 광원(2312) 및 상기 복수의 광원(2312) 상부에 각각 배치되는 복수의 광학소자(2313)를 포함할 수 있다. 광원(2312)은 앞서 설명한 본 발명의 일 실시예들에 따른 발광 소자들(100-600)의 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
광학소자(2313)는, 굴절을 통해 광의 지향각을 조절할 수 있으며, 특히 광원(2312)의 빛을 넓은 영역으로 확산시키는 광지향각 렌즈가 주로 사용될 수 있다. 이러한 광학소자(2313)가 부착된 광원(2312)은 더 넓은 광 분포를 갖게 되기 때문에 백라이트, 평판 조명 등에 광원모듈이 사용되는 경우, 동일 면적당 필요한 광원(2312)의 개수를 절약할 수 있다.
도 30에 도시한 바와 같이 광학소자(2313)는 광원(2312) 상에 배치되는 바닥면(2313a)과, 광원(2312)의 광이 입사되는 입사면(2313b)과, 광이 외부로 방출되는 출사면(2313c)을 포함할 수 있다. 바닥면(2313a)은 광원(2312)의 광축(Z)이 지나는 중앙에 출사면(2313c) 방향으로 함몰된 홈부(2313d)가 구비될 수 있다. 홈부(2313d)는 그 표면이 광원(2312)의 광이 입사되는 입사면(2313b)으로 정의될 수 있다. 즉, 입사면(2313b)은 상기 홈부(2313d)의 표면을 이룰 수 있다.
바닥면(2313a)은 입사면(2313b)과 연결되는 중앙 영역이 상기 광원(2312)으로 부분적으로 돌출되어 전체적으로 비평판형 구조를 가질 수 있다. 즉, 바닥면(2313a) 전체가 평평한 일반적인 구조와 달리 상기 홈부(2313d) 둘레를 따라서 부분적으로 돌출된 구조를 가질 수 있다. 바닥면(2313a)에는 복수의 지지부(2313f)가 구비될 수 있으며, 상기 광학소자(2313)가 상기 회로 기판(2311) 상에 장착되는 경우 상기 광학소자(2313)를 고정 및 지지할 수 있다.
출사면(2313c)은 바닥면(2313a)과 연결되는 테두리로부터 상부 방향(광출사 방향)으로 돔 형태로 돌출되며, 상기 광축(Z)이 지나는 중앙이 상기 홈부(2313d)를 향해 오목하게 함몰되어 변곡점을 가지는 구조를 가질 수 있다. 출사면(2313c)에는 상기 광축(Z)에서 상기 테두리 방향으로 복수의 요철부(2313e)가 주기적으로 배열될 수 있다. 복수의 요철부(2313e)는 상기 광학소자(2313)의 수평 단면 형상에 대응하는 링 형상을 가질 수 있으며, 상기 광축(Z)을 기준으로 동심원을 이룰 수 있다. 그리고, 광축(Z)을 중심으로 상기 출사면(2313c)의 표면을 따라 주기적인 패턴을 이루며 방사상으로 확산되는 구조로 배열될 수 있다.
복수의 요철부(2313e)는 각각 일정한 주기(pitch)(P)로 이격되어 패턴을 이룰 수 있다. 이 경우, 복수의 요철부(2313e) 사이의 주기(P)는 0.01mm 내지 0.04mm 사이의 범위를 가질 수 있다. 상기 복수의 요철부(2313e)는 광학소자(2313)를 제조하는 과정에서 발생할 수 있는 미세한 가공 오차로 인하여 광학소자들 간의 성능의 차이를 상쇄할 수 있으며, 이를 통해 광 분포의 균일도를 향상시킬 수 있다.
도 31은 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 발광 소자를 포함하는 직하형 백라이트 유닛을 설명하기 위한 도면이다.
구체적으로, 백라이트 유닛(2400)은 회로기판(2401) 상에 광원(2405)이 실장되며, 그 상부에 배치된 하나 이상의 광학 시트(2406)를 구비한다. 광원(2405)은 적색 형광체를 함유한 백색 발광 장치일 수 있다. 광원(2405)이 회로기판(2401) 상에 실장된 모듈일 수 있다. 광원(2405)은 앞서 설명한 본 발명의 일 실시예들에 따른 발광 소자들(100-600)의 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
본 실시예에 채용된 회로기판(2401)은 메인 영역에 해당되는 제1 평면부(2401a)와 그 주위에 배치되어 적어도 일부가 꺾인 경사부(2401b)와, 상기 경사부(2401b)의 외측인 회로 기판(2401)의 모서리에 배치된 제2 평면부(2401c)를 가질 수 있다. 제1 평면부(2401a) 상에는 제1 간격(d1)에 따라 광원(2405)이 배열되며, 경사부(2401b) 상에도 제2 간격(d2)으로 하나 이상의 광원(2405)이 배열될 수 있다. 상기 제1 간격(d1)은 상기 제2 간격(d2)과 동일할 수 있다. 상기 경사부(2401b)의 폭(또는 단면에서는 길이)은 제1 평면부(2401a)의 폭보다 작으며 제2 평면부(2401c)의 폭에 비해서는 길게 형성될 수 있다. 또한, 제2 평면부(2401c)에도 필요에 따라 적어도 하나의 광원(2405)이 배열될 수 있다.
상기 경사부(2401b)의 기울기는 제1 평면부(2401a)를 기준으로 0ㅀ보다는 크며 90ㅀ보다는 작은 범위 안에서 적절하게 조절할 수 있다. 회로기판(2401)은 이러한 구조를 취함으로써 광학 시트(2406)의 가장자리 부근에서도 균일한 밝기를 유지할 수 있다.
도 32 내지 도 34는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 발광 소자를 포함하는 백라이트 유닛을 설명하기 위한 도면이다.
구체적으로, 백라이트 유닛들(2500, 2600, 2700)은 파장 변환부(2550, 2650, 2750)가 광원(2505, 2605, 2705)에 배치되지 않고, 광원(2505, 2605, 2705)의 외부에서 백라이트 유닛들(2500, 2600, 2700) 내에 배치되어 광을 변환시킬 수 있다. 광원(2505, 2605, 2705)은 앞서 설명한 본 발명의 일 실시예들에 따른 발광 소자들(100-600)의 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
도 32의 백라이트 유닛(2500)은 직하형 백라이트 유닛으로, 파장 변환부(2550), 상기 파장변환부(2550)의 하부에 배열된 광원모듈(2510) 및 상기 광원모듈(2510)을 수용하는 바텀케이스(2560)를 포함할 수 있다. 또한, 광원모듈(2510)은 인쇄회로기판(2501) 및 상기 인쇄회로기판(2501) 상면에 실장된 복수의 광원(2505)을 포함할 수 있다.
백라이트 유닛(2500)에서는, 바텀 케이스(2560) 상부에 파장 변환부(2550)가 배치될 수 있다. 따라서, 광원모듈(2510)로부터 방출되는 광의 적어도 일부가 파장 변환부(2550)에 의해 파장 변환될 수 있다. 상기 파장 변환부(2550)는 별도의 필름으로 제조되어 적용될 수 있으나, 도시되지 않은 광확산판과 일체로 결합된 형태로 제공될 수 있다.
도 33 및 도 34의 백라이트 유닛(2600, 2700)은 에지형 백라이트 유닛으로, 파장 변환부(2650, 2750), 도광판(2640, 2740), 상기 도광판(2640, 2740)의 일 측에 배치되는 반사부(2620, 2720) 및 광원(2605, 2705)을 포함할 수 있다. 광원(2605, 2705)에서 방출되는 광은 상기 반사부(2620, 2720)에 의해 상기 도광판(2640, 2740)의 내부로 안내될 수 있다. 도 33의 백라이트 유닛(2600)에서, 파장 변환부(2650)는 도광판(2640)과 광원(2605)의 사이에 배치될 수 있다. 도 34의 백라이트 유닛(2700)에서, 파장 변환부(2750)는 도광판(2740)의 광 방출면 상에 배치될 수 있다.
파장 변환부(2550, 2650, 2750)에는 통상적인 형광체가 포함될 수 있다. 특히, 광원으로부터의 열 또는 수분에 취약한 양자점의 특성을 보완하기 위하여 양자점 형광체를 사용할 수 있다.
도 35는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 발광 소자를 포함하는 디스플레이 장치의 개략적인 분해 사시도이다.
구체적으로, 디스플레이 장치(3000)는, 백라이트 유닛(3100), 광학시트(3200) 및 액정 패널과 같은 화상 표시 패널(3300)을 포함할 수 있다. 백라이트 유닛(3100)은 바텀 케이스(3110), 반사판(3120), 도광판(3140) 및 도광판(3140)의 적어도 일 측면에 제공되는 광원 모듈(3130)을 포함할 수 있다. 광원모듈(3130)은 인쇄회로기판(3131) 및 광원(3132)을 포함할 수 있다.
특히, 광원(3132)은 광방출면에 인접한 측면으로 실장된 사이드뷰 타입 발광소자일 수 있다. 광원(3132)은 앞서 설명한 본 발명의 일 실시예들에 따른 발광 소자들(100-600)의 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 광학시트(3200)는 도광판(3140)과 화상 표시 패널(3300)의 사이에 배치될 수 있으며, 확산시트, 프리즘시트 또는 보호시트와 같은 여러 종류의 시트를 포함할 수 있다.
화상 표시 패널(3300)은 광학시트(3200)를 출사한 광을 이용하여 영상을 표시할 수 있다. 화상 표시 패널(3300)은 어레이 기판(3320), 액정층(3330) 및 컬러 필터 기판(3340)을 포함할 수 있다. 어레이 기판(3320)은 매트릭스 형태로 배치된 화소 전극들, 상기 화소 전극에 구동 전압을 인가하는 박막 트랜지스터들 및 상기 박막 트랜지스터들을 작동시키기 위한 신호 라인들을 포함할 수 있다.
컬러 필터 기판(3340)은 투명기판, 컬러 필터 및 공통 전극을 포함할 수 있다. 상기 컬러 필터는 백라이트 유닛(3100)으로부터 방출되는 백색광 중 특정 파장의 광을 선택적으로 통과시키기 위한 필터들을 포함할 수 있다. 액정층(3330)은 상기 화소 전극 및 상기 공통 전극 사이에 형성된 전기장에 의해 재배열되어 광투과율을 조절할 수 있다. 광투과율이 조절된 광은 컬러 필터 기판(3340)의 상기 컬러 필터를 통과함으로써 영상을 표시할 수 있다. 화상 표시 패널(3300)은 영상 신호를 처리하는 구동회로 유닛 등을 더 포함할 수 있다.
본 실시예의 디스플레이 장치(3000)에 따르면, 상대적으로 작은 반치폭을 가지는 청색광, 녹색광 및 적색광을 방출하는 광원(3132)을 사용하므로, 방출된 광이 컬러 필터 기판(3340)을 통과한 후 높은 색순도의 청색, 녹색 및 적색을 구현할 수 있다.
도 36은 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 발광 소자를 포함하는 평판 조명 장치를 간략하게 나타내는 사시도이다.
구체적으로, 평판 조명 장치(4100)는 광원모듈(4110), 전원공급장치(4120) 및 하우징(4030)을 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따라, 광원 모듈(4110)은 발광소자 어레이를 광원으로 포함할 수 있다. 광원 모듈(4110)은 앞서 설명한 본 발명의 일 실시예들에 따른 발광 소자들(100-600)의 적어도 어느 하나를 광원으로써 포함할 수 있다. 전원 공급 장치(4120)는 발광소자 구동부를 포함할 수 있다.
광원 모듈(4110)은 발광 소자 어레이를 포함할 수 있고, 전체적으로 평면 현상을 이루도록 형성될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따라, 발광 소자 어레이는 발광 소자 및 발광 소자의 구동정보를 저장하는 컨트롤러를 포함할 수 있다.
전원 공급 장치(4120)는 광원 모듈(4110)에 전원을 공급하도록 구성될 수 있다. 하우징(4130)은 광원 모듈(4110) 및 전원 공급 장치(4120)가 내부에 수용되도록 수용 공간이 형성될 수 있고, 일 측면에 개방된 육면체 형상으로 형성되나 이에 한정되는 것은 아니다. 광원 모듈(4110)은 하우징(4130)의 개방된 일 측면으로 빛을 발광하도록 배치될 수 있다.
도 37은 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 발광 소자를 포함하는 조명 장치를 간략하게 나타내는 분해 사시도이다.
구체적으로, 조명 장치(4200)는 소켓(4210), 전원부(4220), 방열부(4230), 광원 모듈(4240) 및 광학부(4250)를 포함할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따라, 광원 모듈(4240)은 발광 소자 어레이를 포함할 수 있고, 전원부(4220)는 발광소자 구동부를 포함할 수 있다.
소켓(4210)은 기존의 조명 장치와 대체 가능하도록 구성될 수 있다. 조명 장치(4200)에 공급되는 전력은 소켓(4210)을 통해서 인가될 수 있다. 도시된 바와 같이, 전원부(4220)는 제1 전원부(4221) 및 제2 전원부(4222)로 분리되어 조립될 수 있다. 방열부(4230)는 내부 방열부(4231) 및 외부 방열부(4232)를 포함할 수 있고, 내부 방열부(4231)는 광원모듈(4240) 및/또는 전원부(4220)와 직접 연결될 수 있고, 이를 통해 외부 방열부(4232)로 열이 전달되게 할 수 있다. 광학부(4250)는 내부 광학부(미도시) 및 외부 광학부(미도시)를 포함할 수 있고, 광원모듈(4240)이 방출하는 빛을 고르게 분산시키도록 구성될 수 있다.
광원 모듈(4240)은 전원부(4220)로부터 전력을 공급받아 광학부(4250)로 빛을 방출할 수 있다. 광원 모듈(4240)은 하나 이상의 발광 소자 패키지(4241), 회로 기판(4242) 및 컨트롤러(4243)를 포함할 수 있고, 컨트롤러(4243)는 발광소자(4241)들의 구동 정보를 저장할 수 있다. 발광 소자 패키지(4241)는 앞서 설명한 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자들(100-600)의 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
도 38은 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 발광 소자를 포함하는 바(bar) 타입의 조명 장치를 개략적으로 나타내는 분해 사시도이다.
구체적으로, 조명 장치(4400)는 방열 부재(4401), 커버(4427), 광원 모듈(4421), 제1 소켓(4405) 및 제2 소켓(4423)을 포함한다. 방열 부재(4401)의 내부 또는/및 외부 표면에 다수개의 방열 핀(4500, 4409)이 요철 형태로 형성될 수 있으며, 방열 핀(4500, 4409)은 다양한 형상 및 간격을 갖도록 설계될 수 있다. 방열 부재(4401)의 내측에는 돌출 형태의 지지대(4413)가 형성되어 있다. 지지대(4413)에는 광원 모듈(4421)이 고정될 수 있다. 방열 부재(4401)의 양 끝단에는 걸림 턱(4411)이 형성될 수 있다.
커버(4427)에는 걸림 홈(4429)이 형성되어 있으며, 걸림 홈(4429)에는 방열 부재(4401)의 걸림 턱(4411)이 후크 결합 구조로 결합될 수 있다. 걸림 홈(4429)과 걸림 턱(4411)이 형성되는 위치는 서로 바뀔 수도 있다.
광원 모듈(4421)은 발광소자 어레이를 포함할 수 있다. 광원 모듈(4421)은 인쇄회로기판(4419), 광원(4417) 및 컨트롤러(4415)를 포함할 수 있다. 컨트롤러(4415)는 광원(4417)의 구동 정보를 저장할 수 있다. 인쇄회로기판(4419)에는 광원(4417)을 동작시키기 위한 회로 배선들이 형성되어 있다. 또한, 광원(4417)을 동작시키기 위한 구성 요소들이 포함될 수도 있다. 광원(4417)은 앞서 설명한 본 발명의 일 실시예들에 따른 발광 소자들(100-600)의 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
제1, 2 소켓(4405, 4423)은 한 쌍의 소켓으로서 방열 부재(4401) 및 커버(4427)로 구성된 원통형 커버 유닛의 양단에 결합되는 구조를 갖는다. 예를 들어, 제1 소켓(4405)은 전극 단자(4403) 및 전원 장치(4407)를 포함할 수 있고, 제2 소켓(4423)에는 더미 단자(4425)가 배치될 수 있다. 또한, 제1 소켓(4405) 또는 제2 소켓(4423) 중의 어느 하나의 소켓에 광센서 및/또는 통신 모듈이 내장될 수 있다. 예를 들어, 더미 단자(4425)가 배치된 제2 소켓(4423)에 광센서 및/또는 통신 모듈이 내장될 수 있다. 다른 예로서, 전극 단자(4403)가 배치된 제1 소켓(4405)에 광센서 및/또는 통신 모듈이 내장될 수도 있다.
도 39는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 발광 소자를 구비하는 조명 장치를 개략적으로 나타내는 분해 사시도이다.
구체적으로, 본 실시예에 따른 조명 장치(4500)에서 도 37에서 개시하는 조명 장치(4200)와의 차이점은 광원 모듈(4240)의 상부에 반사판(4310) 및 통신 모듈(4320)이 포함되어 있다. 반사판(4310)은 광원으로부터의 빛을 측면 및 후방으로 고르게 퍼지게 하여 눈부심을 줄일 수 있다.
반사판(4310)의 상부에는 통신 모듈(4320)이 장착될 수 있으며 상기 통신 모듈(4320)을 통하여 홈-네트워크(home-network) 통신을 구현할 수 있다. 예를 들어, 통신 모듈(4320)은 지그비(Zigbee), 와이파이(WiFi) 또는 라이파이(LiFi)를 이용한 무선 통신 모듈일 수 있으며, 스마트폰 또는 무선 컨트롤러를 통하여 조명 장치의 온(on)/오프(off), 밝기 조절 등과 같은 가정 내외에 설치되어 있는 조명을 컨트롤 할 수 있다. 또한 상기 가정 내외에 설치되어 있는 조명 장치의 가시광 파장을 이용한 라이파이 통신 모듈을 이용하여 TV, 냉장고, 에어컨, 도어락, 자동차 등 가정 내외에 있는 전자 제품 및 자동차 시스템의 컨트롤을 할 수 있다. 상기 반사판(4310)과 통신 모듈(4320)은 커버부(4330)에 의해 커버될 수 있다.
도 40은 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 발광 소자를 구비하는 실내용 조명 제어 네트워크 시스템을 설명하기 위한 개략도이다.
구체적으로, 네트워크 시스템(5000)은 LED 등의 발광 소자를 이용하는 조명 기술과 사물인터넷(IoT) 기술, 무선 통신 기술 등이 융합된 복합적인 스마트 조명-네트워크 시스템일 수 있다. 네트워크 시스템(5000)은, 다양한 조명 장치 및 유무선 통신 장치를 이용하여 구현될 수 있으며, 센서, 컨트롤러, 통신수단, 네트워크 제어 및 유지 관리 등을 위한 소프트웨어 등에 의해 구현될 수 있다.
네트워크 시스템(5000)은 가정이나 사무실 같이 건물 내에 정의되는 폐쇄적인 공간은 물론, 공원, 거리 등과 같이 개방된 공간 등에도 적용될 수 있다. 네트워크 시스템(5000)은, 다양한 정보를 수집/가공하여 사용자에게 제공할 수 있도록, 사물인터넷 환경에 기초하여 구현될 수 있다.
네트워크 시스템(5000)에 포함되는 LED 램프(5200)는, 주변 환경에 대한 정보를 게이트웨이(5100)로부터 수신하여 LED 램프(5200) 자체의 조명을 제어하는 것은 물론, LED 램프(5200)의 가시광 통신 등의 기능에 기초하여 사물인터넷 환경에 포함되는 다른 장치들(5300~5800)의 동작 상태 확인 및 제어 등과 같은 역할을 수행할 수도 있다. LED 램프(5200)는 앞서 설명한 본 발명의 일 실시예들에 따른 발광 소자들(100-600)의 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
네트워크 시스템(5000)은, 서로 다른 통신 프로토콜에 따라 송수신되는 데이터를 처리하기 위한 게이트웨이(5100), 게이트웨이(5100)와 통신 가능하도록 연결되며 LED 발광소자를 포함하는 LED 램프(5200), 및 다양한 무선 통신 방식에 따라 게이트웨이(5100)와 통신 가능하도록 연결되는 복수의 장치(5300~5800)를 포함할 수 있다. 사물인터넷 환경에 기초하여 네트워크 시스템(5000)을 구현하기 위해, LED 램프(5200)를 비롯한 각 장치(5300~5800)들은 적어도 하나의 통신 모듈을 포함할 수 있다. 일 실시예로, LED 램프(5200)는 WiFi, 지그비(Zigbee), LiFi 등의 무선 통신 프로토콜에 의해 게이트 웨이(5100)와 통신 가능하도록 연결될 수 있으며, 이를 위해 적어도 하나의 램프용 통신 모듈(5210)을 가질 수 있다.
네트워크 시스템(5000)은 가정이나 사무실 같이 폐쇄적인 공간은 물론 거리나 공원 같은 개방적인 공간에도 적용될 수 있다. 네트워크 시스템(5000)이 가정에 적용되는 경우, 네트워크 시스템(5000)에 포함되며 사물인터넷 기술에 기초하여 게이트 웨이(5100)와 통신 가능하도록 연결되는 복수의 장치(5300~5800)는 가전 제품(5300), 디지털 도어록(5400), 차고 도어록(5500), 벽 등에 설치되는 조명용 스위치(5600), 무선 통신망 중계를 위한 라우터(5700) 및 스마트폰, 태블릿, 랩톱 컴퓨터 등의 모바일 기기(5800) 등을 포함할 수 있다.
네트워크 시스템(5000)에서, LED 램프(5200)는 가정 내에 설치된 무선 통신 네트워크(Zigbee, WiFi, LiFi 등)를 이용하여 다양한 장치(5300~5800)의 동작 상태를 확인하거나, 주위 환경/상황에 따라 LED 램프(5200) 자체의 조도를 자동으로 조절할 수 있다. 또한 LED 램프(5200)에서 방출되는 가시광선을 이용한 LiFi 통신을 이용하여 네트워크 시스템(5000)에 포함되는 장치들(5300~5800)을 컨트롤 할 수도 있다.
우선, LED 램프(5200)는 램프용 통신 모듈(5210)을 통해 게이트 웨이(5100)로부터 전달되는 주변 환경, 또는 LED 램프(5200)에 장착된 센서로부터 수집되는 주변 환경 정보에 기초하여 LED 램프(5200)의 조도를 자동으로 조절할 수 있다. 예를 들면, 텔레비젼(5310)에서 방송되고 있는 프로그램의 종류 또는 화면의 밝기에 따라 LED 램프(5200)의 조명 밝기가 자동으로 조절될 수 있다. 이를 위해, LED 램프(5200)는 게이트 웨이(5100)와 연결된 램프용 통신 모듈(5210)로부터 텔레비전(5310)의 동작 정보를 수신할 수 있다. 램프용 통신 모듈(5210)은 LED 램프(5200)에 포함되는 센서 및/또는 컨트롤러와 일체형으로 모듈화될 수 있다.
예를 들어, TV프로그램에서 방영되는 프로그램 값이 휴먼드라마일 경우, 미리 셋팅된 설정 값에 따라 조명도 거기에 맞게 12000K 이하의 색 온도, 예를 들면 5000K로 낮아지고 색감이 조절되어 아늑한 분위기를 연출할 수 있다. 반대로 프로그램 값이 개그프로그램인 경우, 조명도 셋팅 값에 따라 색 온도가 5000K 이상으로 높아지고 푸른색 계열의 백색조명으로 조절되도록 네트워크 시스템(5000)이 구성될 수 있다.
또한, 가정 내에 사람이 없는 상태에서 디지털 도어록(5400)이 잠긴 후 일정 시간이 경과하면, 턴-온된 LED 램프(5200)를 모두 턴-오프시켜 전기 낭비를 방지할 수 있다. 또는, 모바일 기기(5800) 등을 통해 보안 모드가 설정된 경우, 가정 내에 사람이 없는 상태에서 디지털 도어록(5400)이 잠기면, LED 램프(5200)를 턴-온 상태로 유지시킬 수도 있다.
LED 램프(5200)의 동작은, 네트워크 시스템(5000)과 연결되는 다양한 센서를 통해 수집되는 주변 환경에 따라서 제어될 수도 있다. 예를 들어 네트워크 시스템(5000)이 건물 내에 구현되는 경우, 빌딩 내에서 조명과 위치센서와 통신모듈을 결합, 건물 내 사람들의 위치정보를 수집하여 조명을 턴-온 또는 턴-오프하거나 수집한 정보를 실시간으로 제공하여 시설관리나 유휴공간의 효율적 활용을 가능케 한다. 일반적으로 LED 램프(5200)와 같은 조명 장치는, 건물 내 각 층의 거의 모든 공간에 배치되므로, LED 램프(5200)와 일체로 제공되는 센서를 통해 건물 내의 각종 정보를 수집하고 이를 시설관리, 유휴공간의 활용 등에 이용할 수 있다.
한편, LED 램프(5200)와 이미지센서, 저장장치, 램프용 통신 모듈(5210) 등을 결합함으로써, 건물 보안을 유지하거나 긴급상황을 감지하고 대응할 수 있는 장치로 활용할 수 있다. 예를 들어 LED 램프(5200)에 연기 또는 온도 감지 센서 등이 부착된 경우, 화재 발생 여부 등을 신속하게 감지함으로써 피해를 최소화할 수 있다. 또한 외부의 날씨나 일조량 등을 고려하여 조명의 밝기를 조절, 에너지를 절약하고 쾌적한 조명환경을 제공할 수도 있다.
앞서 설명한 바와 같이, 네트워크 시스템(5000)은 가정, 오피스 또는 건물 등과 같이 폐쇄적인 공간은 물론, 거리나 공원 등의 개방적인 공간에도 적용될 수 있다. 물리적 한계가 없는 개방적인 공간에 네트워크 시스템(5000)을 적용하고자 하는 경우, 무선 통신의 거리 한계 및 각종 장애물에 따른 통신 간섭 등에 따라 네트워크 시스템(5000)을 구현하기가 상대적으로 어려울 수 있다. 각 조명 기구에 센서와 통신 모듈 등을 장착하고, 각 조명 기구를 정보 수집 수단 및 통신 중개 수단으로 사용함으로써, 상기와 같은 개방적인 환경에서 네트워크 시스템(5000)을 좀 더 효율적으로 구현할 수 있다.
도 41은 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 발광 소자를 구비하는 네트워크 시스템을 설명하기 위한 개략도이다.
구체적으로, 도 41은 개방적인 공간에 적용된 네트워크 시스템(6000)의 일 실시예를 나타낸 것이다. 네트워크 시스템(6000)은 통신 연결 장치(6100), 소정의 간격마다 설치되어 통신 연결 장치(6100)와 통신 가능하도록 연결되는 복수의 조명 기구(6120, 6150), 서버(6160), 서버(6160)를 관리하기 위한 컴퓨터(6170), 통신 기지국(6180), 통신 가능한 장비들을 연결하는 통신망(6190), 및 모바일 기기(6200) 등을 포함할 수 있다.
거리 또는 공원 등의 개방적인 외부 공간에 설치되는 복수의 조명 기구(6120, 6150) 각각은 스마트 엔진(6130, 6140)을 포함할 수 있다. 스마트 엔진(6130, 6140)은 빛을 내기 위한 발광소자, 발광소자를 구동하기 위한 구동 드라이버 외에 주변 환경의 정보를 수집하는 센서, 및 통신 모듈 등을 포함할 수 있다. 스마트 엔진에 포함된 발광 소자는 앞서 설명한 본 발명의 일 실시예들에 따른 발광 소자들(100-600)의 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 통신 모듈에 의해 스마트 엔진(6130, 6140)은 WiFi, Zigbee, LiFi 등의 통신 프로토콜에 따라 주변의 다른 장비들과 통신할 수 있다.
일례로, 하나의 스마트 엔진(6130)은 다른 스마트 엔진(6140)과 통신 가능하도록 연결될 수 있다. 이때, 스마트 엔진(6130, 6140) 상호 간의 통신에는 WiFi 확장 기술(WiFi Mesh)이 적용될 수 있다. 적어도 하나의 스마트 엔진(6130)은 통신망(6190)에 연결되는 통신 연결 장치(6100)와 유/무선 통신에 의해 연결될 수 있다. 통신의 효율을 높이기 위해, 몇 개의 스마트 엔진(6130, 6140)을 하나의 그룹으로 묶어 하나의 통신 연결 장치(6100)와 연결할 수 있다.
통신 연결 장치(6100)는 유/무선 통신이 가능한 액세스 포인트(access point, AP)로서, 통신망(6190)과 다른 장비 사이의 통신을 중개할 수 있다. 통신 연결 장치(6100)는 유/무선 방식 중 적어도 하나에 의해 통신망(6190)과 연결될 수 있으며, 일례로 조명 기구(6120, 6150) 중 어느 하나의 내부에 기구적으로 수납될 수 있다.
통신 연결 장치(6100)는 WiFi 등의 통신 프로토콜을 통해 모바일 기기(6200)와 연결될 수 있다. 모바일 기기(6200)의 사용자는 인접한 주변의 조명 기구(6120)의 스마트 엔진(6130)과 연결된 통신 연결 장치(6100)를 통해, 복수의 스마트 엔진(6130, 6140)이 수집한 주변 환경 정보를 수신할 수 있다. 상기 주변 환경 정보는 주변 교통 정보, 날씨 정보 등을 포함할 수 있다. 모바일 기기(6200)는 통신 기지국(6180)을 통해 3G 또는 4G 등의 무선 셀룰러 통신 방식으로 통신망(6190)에 연결될 수도 있다.
한편, 통신망(6190)에 연결되는 서버(6160)는, 각 조명 기구(6120, 6150)에 장착된 스마트 엔진(6130, 6140)이 수집하는 정보를 수신함과 동시에, 각 조명 기구(6120,6150)의 동작 상태 등을 모니터링할 수 있다. 각 조명 기구(6120, 6150)의 동작 상태의 모니터링 결과에 기초하여 각 조명 기구(6120, 6150)를 관리하기 위해, 서버(6160)는 관리 시스템을 제공하는 컴퓨터(6170)와 연결될 수 있다. 컴퓨터(6160)는 각 조명 기구(6120, 6150), 특히 스마트 엔진(6130, 6140)의 동작 상태를 모니터링하고 관리할 수 있는 소프트웨어 등을 실행할 수 있다.
도 42는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 발광 소자를 구비하는 조명 기구의 스마트 엔진과 모바일 기기의 통신 동작을 설명하기 위한 블록도이다.
구체적으로, 도 42는 가시광 무선통신에 의한 조명 기구(도 41의 6120)의 스마트 엔진(6130)과 모바일 기기(6200)의 통신 동작을 설명하기 위한 블록도이다. 스마트 엔진(6130)이 수집한 정보를 사용자의 모바일 기기(6200)로 전달하기 위해 다양한 통신 방식이 적용될 수 있다.
스마트 엔진(6130)과 연결된 통신 연결 장치(도 40의 6100)를 통해, 스마트 엔진(6130)이 수집한 정보가 모바일 기기(6200)로 전송되거나, 또는 스마트 엔진(6130)과 모바일 기기(6200)가 직접 통신 가능하도록 연결될 수 있다. 스마트 엔진(6130)과 모바일 기기(6200)는 가시광 무선통신(LiFi)에 의해 서로 직접 통신할 수 있다.
스마트 엔진(6130)은 신호 처리부(6510), 제어부(6520), LED 드라이버(6530), 광원부(6540), 센서(6550) 등을 포함할 수 있다. 스마트 엔진(6130)과 가시광 무선통신에 의해 연결되는 모바일 기기(6200)는, 제어부(6410), 수광부(6420), 신호 처리부(6430), 메모리(6440), 입출력부(6450) 등을 포함할 수 있다.
가시광 무선통신(LiFi) 기술은 인간이 눈으로 인지할 수 있는 가시광 파장 대역의 빛을 이용하여 무선으로 정보를 전달하는 무선통신 기술이다. 이러한 가시광 무선통신 기술은 가시광 파장 대역의 빛, 즉 상술한 실시예에서 설명한 발광 패키지로부터의 특정 가시광 주파수를 이용한다는 측면에서 기존의 유선 광통신기술 및 적외선 무선통신과 구별되며, 통신 환경이 무선이라는 측면에서 유선 광통신 기술과 구별된다. 또한, 가시광 무선통신 기술은 RF 무선통신과 달리 주파수 이용 측면에서 규제 또는 허가를 받지 않고 자유롭게 이용할 수 있다는 편리성과 물리적 보안성이 우수하고 통신 링크를 사용자가 눈으로 확인할 수 있다는 차별성을 가지고 있으며, 무엇보다도 광원의 고유 목적과 통신기능을 동시에 얻을 수 있다는 융합 기술로서의 특징을 가지고 있다.
스마트 엔진(6130)의 신호 처리부(6510)는, 가시광 무선통신에 의해 송수신하고자 하는 데이터를 처리할 수 있다. 일 실시예로, 신호 처리부(6510)는 센서(6550)에 의해 수집된 정보를 데이터로 가공하여 제어부(6520)에 전송할 수 있다. 제어부(6520)는 신호 처리부(6510)와 LED 드라이버(6530) 등의 동작을 제어할 수 있으며, 특히 신호 처리부(6510)가 전송하는 데이터에 기초하여 LED 드라이버(6530)의 동작을 제어할 수 있다. LED 드라이버(6530)는 제어부(6520)가 전달하는 제어 신호에 따라 광원부(6540)를 발광시킴으로써, 데이터를 모바일 기기(6200)로 전달할 수 있다.
모바일 기기(6200)는 제어부(6410), 데이터를 저장하는 메모리(6440), 디스플레이와 터치스크린, 오디오 출력부 등을 포함하는 입출력부(6450), 신호 처리부(6430) 외에 데이터가 포함된 가시광을 인식하기 위한 수광부(6420)를 포함할 수 있다. 수광부(6420)는 가시광을 감지하여 이를 전기 신호로 변환할 수 있으며, 신호 처리부(6430)는 수광부에 의해 변환된 전기 신호에 포함된 데이터를 디코딩할 수 있다. 제어부(6410)는 신호 처리부(6430)가 디코딩한 데이터를 메모리(6440)에 저장하거나 입출력부(6450) 등을 통해 사용자가 인식할 수 있도록 출력할 수 있다.
도 43은 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 발광 소자를 구비하는 스마트 조명 시스템을 모식적으로 나타낸 개념도이다.
구체적으로, 스마트 조명 시스템(7000)은, 조명부(7100), 센서부(7200), 서버(7300), 무선통신부(7400), 제어부(7500) 및 정보 저장부(7600)를 포함할 수 있다. 조명부(7100)는 건조물 내 하나 또는 복수의 조명장치를 포함하며, 조명장치의 종류에는 제한이 없다. 예를 들면, 거실, 방, 발코니, 주방, 욕실, 계단, 현관 등의 기본 조명, 무드 조명, 스탠드 조명, 장식 조명 등을 포함할 수 있다. 조명 장치는 앞서 설명한 본 발명의 일 실시예들에 따른 발광 소자들(100-600)의 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
센서부(7200)는 각 조명장치의 점등, 소등, 조명의 세기 등과 관련된 조명상태를 감지하여 이에 따른 신호를 출력하고 이를 서버(7300)에 전달하는 부분이다. 센서부(7200)는 조명장치가 설치된 건조물 내에 마련될 수 있으며, 스마트 조명 시스템의 제어를 받는 모든 조명장치의 조명상태를 감지할 수 있는 위치에 하나 또는 복수로 배치될 수 있고, 각 조명장치마다 함께 마련될 수 있다.
상기 조명상태에 대한 정보는 실시간으로 서버(7300)에 전송하거나, 분 단위, 시 단위 등 소정의 시간단위로 구분하여 시간 차를 두고 전송하는 방식으로 할 수 있다. 서버(7300)는 상기 건조물 내부 및/또는 외부에 설치될 수 있으며, 센서부(7200)로부터 신호를 수신하여 건조물 내 조명부(7100)의 점등 및 소등에 대한 조명상태에 대한 정보를 수집하고, 수집된 정보를 그룹화하고, 이를 토대로 조명패턴을 정의하여 정의된 패턴에 대한 정보를 무선통신부(7400)에 제공한다. 또한, 무선통신부(7400)로부터 수신한 명령을 제어부(7500)로 전송하는 매개체 역할을 수행할 수 있다.
상세하게는, 서버(7300)는 센서부(7200)가 건조물 내 조명상태를 감지하여 전송한 신호를 수신하여 조명상태에 대한 정보를 수집하여 이를 분석할 수 있다. 예를 들면, 서버(7300)는 수집된 정보를 시간별, 일별, 요일 별, 주중 및 주말, 설정된 특정일, 일주일, 한달 등 다양한 기간별 그룹으로 나눌 수 있다. 이후, 서버(7300)는 여러 개로 그룹화된 정보를 토대로 평균적인 일 단위, 주 단위, 주중 단위, 주말 단위 및 월 단위의 조명패턴으로 정의한 '정의된 조명패턴'을 프로그래밍한다. 상기 '정의된 조명패턴'은 무선통신부(7400)로 주기적으로 제공하거나 사용자가 조명패턴에 대한 정보를 요청할 때 정보제공을 요청하여 서버(7300)로부터 제공받을 수도 있다.
또한, 서버(7300)는 센서부(7200)로부터 제공받은 조명상태에 대한 정보로부터 조명패턴을 정의하는 것과는 별개로, 가정에서 이루어지는 일반적인 조명상태 등을 반영하여 미리 프로그래밍된 '일반 조명패턴'을 무선통신부(7400)에 제공할 수도 있다. '일반 조명패턴'의 제공방법도 상기 '정의된 조명패턴'의 경우와 동일하게 서버(7300)로부터 주기적으로 제공하거나, 사용자의 요청이 있을 때 제공하는 방식으로 할 수 있다. 도 43에서는 서버(7300)가 하나인 것으로 도시되었지만 필요에 따라 둘 이상의 서버가 제공될 수 있다. 선택적으로(Optionally), 상기 '일반 조명패턴' 및/또는 상기 '정의된 조명패턴'은 정보 저장부(7600)에 저장될 수 있다. 정보 저장부(7600)는 소위 클라우드(Cloud)라고 불리는, 네트워크를 통하여 접근 가능한 저장 장치일 수 있다.
무선통신부(7400)는 서버(7300) 및/또는 정보 저장부(7600)로부터 제공받은 복수의 조명패턴 중 어느 하나를 선택하고 서버(7300)에 '자동조명모드' 실행 및 중지 명령신호를 전송하는 부분으로, 스마트 조명 시스템을 사용하는 사용자가 휴대할 수 있는 스마트폰, 태블릿 PC, PDA, 노트북, 넷북 등 휴대 가능한 다양한 무선통신 기기를 적용할 수 있다.
상세하게는, 무선통신부(7400)는 정의된 다양한 조명패턴을 서버(7300) 및/또는 정보 저장부(7600)로부터 제공받고, 이들 조명패턴들 중 필요한 패턴을 선택하여 선택된 조명패턴대로 조명부(7100)를 작동되도록 하는 '자동조명모드'가 실행되도록 서버(7300)에 명령신호를 전송할 수 있다. 상기 명령신호는 실행시간을 정하여 전송하거나, 중지 시간을 정하지 않고 명령신호를 전송한 후, 필요할 때 중지신호를 전송하여 '자동조명모드'의 실행을 중지하도록 할 수도 있다.
또한, 무선통신부(7400)는 사용자에 의해 서버(7300) 및/또는 정보저장부(7600)로부터 제공받은 조명패턴에 부분적인 수정을 가하거나, 경우에 따라 새로운 조명패턴을 조작하는 기능을 더 구비할 수 있다. 이와 같이 수정되거나 새롭게 조작된 '사용자 설정 조명패턴'은 무선통신부(7400)에 저장되었다가 서버(7300) 및/또는 정보 저장부(7600)로 자동으로 전송되거나, 사용자의 필요에 따라 전송되도록 구성할 수 있다. 또한, 무선통신부(7400)는 서버(7300)에 의해 설정된 '정의된 조명패턴' 및 '일반 조명패턴'을 서버(7300) 및/또는 정보 저장부(7600)로부터 자동으로 제공받거나, 제공 요청신호를 서버(7300)에 전송함으로써 제공받을 수도 있다.
이와 같이 무선통신부(7400)는 서버(7300) 및/또는 정보 저장부(7600)와 필요한 명령이나 정보 신호를 주고 받고, 서버(7300)는 무선통신부(7400)와 센서부(7200), 제어부(7500)간의 매개체 역할을 수행함으로써 본 발명의 스마트 조명 시스템을 가동할 수 있다.
여기서, 무선통신부(7400)와 서버(7300)간의 연계는 예를 들어 스마트폰의 응용프로그램인 어플리케이션을 이용하여 수행될 수 있다. 즉, 사용자는 스마트폰에 다운로드 받은 어플리케이션을 통하여 서버에 '자동조명모드' 실행 명령하거나, 사용자가 조작이나 수정을 가한 '사용자 설정 조명패턴'에 대한 정보를 제공할 수 있다.
정보 제공의 방법은 '사용자 설정 조명패턴'의 저장에 의해 자동으로 서버(7300) 및/또는 정보 저장부(7600)로 전송되거나 전송을 위한 조작을 수행함으로써 이루어질 수도 있다. 이는 어플리케이션의 기본설정으로 정해지거나, 옵션에 따라 사용자가 선택할 수 있도록 할 수 있다.
제어부(7500)는 서버(7300)로부터 '자동조명모드'의 실행 및 중지 명령신호를 전송받아 이를 조명부(7100)에 실행시켜, 하나 또는 복수의 조명장치의 제어에 관여하는 부분이다. 즉, 제어부(7500)는 서버(7300)의 명령에 따라 조명부(7100)에 포함되는 각각의 조명장치를 점등, 소등, 기타 제어할 수 있다.
또한, 상기 스마트 조명 시스템(7000)은 건조물 내에 경보장치(7700)를 더 배치할 수 있다. 상기 경보장치(7700)는 건조물 내 침입자가 있는 경우 이를 경고하기 위한 것이다.
상세하게는, 사용자의 부재 시 건조물 내 '자동조명모드'가 실행되고 있는 경우, 건조물 내 침입자가 발생해 설정된 조명패턴에서 벗어나는 이상징후가 발생하였을 때, 센서부(7200)가 이를 감지하여 경고신호를 서버(7300)에 전송하고, 서버(7300)는 이를 무선통신부(7400)에 이를 알리는 동시에, 제어부(7500)에 신호를 전송하여 건조물 내 경보장치(7700)를 작동하도록 할 수 있다.
또한, 상기 경고신호가 서버(7300)에 전송되었을 때 서버(7300)가 보안업체에 위급상황을 상기 무선통신부(7400)를 통하여 또는 TCP/IP 네트워크를 통하여 직접 알리도록 하는 시스템을 더 포함할 수도 있다.
지금까지의 설명은 본 발명의 기술적 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.
따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100-600: 발광 소자, 102: 기판, 102e: 도전층, 104: 제1 도전형 반도체층, 106: 활성층, 108: 제2 도전형 반도체층, 110: 발광 구조물, 112, 114: 전류 차단층, 116: 반사층, 120: 보호층, 124, 126: 밀봉층, 130, 132: 전극층

Claims (20)

  1. 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 갖는 발광 구조물;
    상기 발광 구조물 상에 형성된 전류 차단층;
    상기 전류 차단층 상에 형성된 반사층;
    상기 반사층을 커버하도록 형성된 보호층;
    상기 보호층 상부에 형성된 전극층; 및
    상기 보호층, 전류 차단층 및 상기 발광 구조물의 상부에 부분적으로 형성된 투명 전극층을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 소자.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 상기 발광 구조물은 기판 또는 도전층 상에 위치하고, 전극층은 상기 전류 차단층의 상부에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 발광 소자.
  4. 제1항에 있어서, 상기 보호층은 상기 반사층의 양측면 및 상면에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 발광 소자.
  5. 제4항에 있어서, 상기 전류 차단층 및 상기 보호층은 상기 반사층을 둘러싸는 밀봉층인 것을 특징으로 하는 발광 소자.
  6. 제4항에 있어서, 상기 전류 차단층 및 상기 보호층은 상기 반사층을 둘러싸면서 상기 반사층의 일부 표면을 노출하는 부분 밀봉층인 것을 특징으로 하는 발광 소자.
  7. 제1항에 있어서, 상기 전류 차단층은 제1 콘택홀을 구비하고, 상기 반사층은 상기 제1 콘택홀을 통해 상기 제2 도전형 반도체층과 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 발광 소자.
  8. 제7항에 있어서, 상기 보호층은 제2 콘택홀을 구비하고, 상기 투명 전극층은 상기 제2 콘택홀을 통해 상기 반사층과 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 발광 소자.
  9. 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 갖는 발광 구조물;
    상기 발광 구조물의 일 영역 상에 형성된 제1 전류 차단층;
    상기 제1 전류 차단층 상에 형성된 제1 반사층;
    상기 제1 반사층을 커버하도록 형성된 제1 보호층;
    상기 제1 보호층 상부에 형성되어 상기 제2 도전형 반도체층과 전기적으로 연결된 제2 도전형 전극층;
    상기 발광 구조물의 타 영역에서 상기 제1 도전형 반도체층과 전기적으로 연결된 제1 도전형 전극층; 및
    상기 제1 보호층, 제1 전류 차단층 및 제2 도전형 반도체층 상에 부분적으로 형성된 투명 전극층을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 소자.
  10. 삭제
  11. 제9항에 있어서, 상기 제1 전류 차단층 및 상기 제1 보호층은 상기 제1 반사층을 둘러싸는 제1 밀봉층인 것을 특징으로 하는 발광 소자.
  12. 제9항에 있어서, 상기 제1 전류 차단층 및 상기 제1 보호층은 상기 제1 반사층을 둘러싸면서 상기 제1 반사층의 일부 표면을 노출하는 제1 부분 밀봉층인 것을 특징으로 하는 발광 소자.
  13. 제9항에 있어서, 상기 제1 도전형 전극층은 상기 제1 도전형 반도체층을 노출하는 메사형 홀 내에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 발광 소자.
  14. 제13항에 있어서, 상기 메사형 홀의 내벽에 제2 전류 차단층이 더 형성되어 있고, 상기 제2 전류 차단층 상에 제2 반사층 및 상기 제2 반사층을 커버하도록 제2 보호층이 더 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 발광 소자.
  15. 제14항에 있어서, 상기 제2 전류 차단층 및 상기 제2 보호층은 상기 제2 반사층을 둘러싸는 제2 밀봉층인 것을 특징으로 하는 발광 소자.
  16. 제14항에 있어서, 상기 제2 전류 차단층 및 상기 제2 보호층은 상기 제2 반사층을 둘러싸면서 상기 반사층의 일부 표면을 노출하는 제2 부분 밀봉층인 것을 특징으로 하는 발광 소자.
  17. 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 갖는 발광 구조물;
    상기 발광 구조물의 일 영역 상에 형성되고 상기 발광 구조물을 노출하는 제1 콘택홀을 갖는 제1 전류 차단층;
    상기 제1 전류 차단층 상에서 상기 제1 콘택홀을 통하여 상기 제2 도전형 반도체층과 전기적으로 연결된 제1 반사층;
    상기 제1 반사층을 커버하면서 상기 제1 반사층을 노출하는 제2 콘택홀을 갖는 제1 보호층;
    상기 제1 보호층 상부에 형성되어 상기 제2 도전형 반도체층과 전기적으로 연결된 제2 도전형 전극층; 및
    상기 발광 구조물의 타 영역에서 상기 제1 도전형 반도체층과 전기적으로 연결된 제1 도전형 전극층을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 소자.
  18. 제17항에 있어서, 상기 제2 도전형 전극층은 상기 제1 전류 차단층의 상부에 형성되어 있고, 상기 제1 보호층은 상기 제1 반사층의 양측면 및 상면에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 발광 소자.
  19. 제17항에 있어서, 상기 제1 전류 차단층 및 상기 제1 보호층은 상기 제1 반사층을 둘러싸면서 상기 제1 반사층의 일부 표면은 상기 제1 콘택홀 및 제2 콘택홀을 통하여 노출하도록 구성하는 것을 특징으로 하는 발광 소자.
  20. 제17항에 있어서, 상기 제1 도전형 전극층은 상기 제1 도전형 반도체층을 노출하는 메사형 홀 내에 형성되어 있고, 상기 메사형 홀의 내벽에는 상기 제2 도전형 반도체층을 노출하는 제3 콘택홀을 갖는 제2 전류 차단층이 형성되어 있고, 상기 제2 전류 차단층 상에는 상기 제3 콘택홀을 통하여 전기적으로 연결되는 제2 반사층이 형성되어 있고, 상기 제2 반사층을 커버하면서 상기 제2 반사층을 노출하는 제4 콘택홀을 갖는 제2 보호층이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 발광 소자.
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