KR20110111716A - 발광 소자 및 그 제조방법, 발광 소자 패키지, 조명 시스템 - Google Patents

발광 소자 및 그 제조방법, 발광 소자 패키지, 조명 시스템 Download PDF

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Abstract

실시예는 발광 소자 및 그 제조방법, 발광 소자 패키지에 관한 것이다.
실시예에 따른 발광 소자는 전도성 지지기판; 상기 전도성 지지기판 상에 제2 도전형의 반도체층; 상기 제2 도전형의 반도체층 상에 활성층; 상기 활성층 상에 GaN층과 InGaN층을 포함하고, 상기 GaN층 및 InGaN층이 선택적으로 제거되어 형성된 거칠기를 포함하는 제1 도전형의 반도체층; 및 상기 제1 도전형의 반도체층 상에 전극층을 포함한다.

Description

발광 소자 및 그 제조방법, 발광 소자 패키지, 조명 시스템{LIGHT EMITTING DEVICE AND METHOD FOR FABRICATING THE SAME, LIGHT EMITTING DEVICE PACKAGE, LIGHTING SYSTEM}
실시예는 발광 소자 및 그 제조방법, 발광 소자 패키지, 조명 시스템에 관한 것이다.
발광 다이오드(Light Emitting Diode: LED)는 전류를 빛으로 변환시키는 반도체 발광 소자이다.
이러한 LED에 의해 방출되는 빛의 파장은 LED를 제조하는데 사용되는 반도체 재료에 따른다. 이는 방출된 빛의 파장이 가전자대(valence band) 전자들과 전도대(conduction band) 전자들 사이의 에너지 차를 나타내는 반도체 재료의 밴드갭(band-gap)에 따르기 때문이다.
최근, 발광 다이오드(Light Emitting Diode; LED)는 휘도가 점차 증가하게 되어 디스플레이용 광원, 자동차용 광원 및 조명용 광원으로 사용되어 지고 있으며, 형광 물질을 이용하거나 다양한 색의 발광하는 LED를 조합함으로써 효율이 우수한 백색 광을 발광하는 발광 소자도 구현이 가능하다.
실시예는 새로운 구조를 갖는 발광 소자 및 그 제조방법, 발광 소자 패키지, 조명 시스템을 제공한다.
실시예는 광 추출 효율이 향상된 발광 소자 및 그 제조방법, 발광 소자 패키지, 조명 시스템을 제공한다.
실시예는 활성층의 내부 양자 효율(internal quantum efficiency)이 향상된 발광 소자 및 그 제조방법, 발광 소자 패키지, 조명 시스템을 제공한다.
실시예에 따른 발광 소자는 전도성 지지기판; 상기 전도성 지지기판 상에 제2 도전형의 반도체층; 상기 제2 도전형의 반도체층 상에 활성층; 상기 활성층 상에 GaN층과 InGaN층을 포함하고, 상기 GaN층 및 InGaN층이 선택적으로 제거되어 형성된 거칠기를 포함하는 제1 도전형의 반도체층; 및 상기 제1 도전형의 반도체층 상에 전극층을 포함한다.
실시예에 따른 발광 소자 제조방법은 성장 기판 상에 GaN층 및 InGaN을 포함하는 제1 도전형의 반도체층을 형성하는 단계; 상기 제1 도전형의 반도체층 상에 활성층을 형성하는 단계; 상기 활성층 상에 제2 도전형의 반도체층을 형성하는 단계; 상기 제2 도전형의 반도체층 상에 전도성 지지기판을 형성하는 단계; 상기 성장 기판을 제거하는 단계; 상기 제1 도전형의 반도체층을 선택적으로 제거하여 상기 GaN층 및 InGaN층이 노출되도록 거칠기를 형성하는 단계; 및 상기 제1 도전형의 반도체층 상에 전극층을 형성하는 단계를 포함한다.
실시예에 따른 발광 소자 패키지는 몸체부; 상기 몸체부 상에 제1 전극층 및 제2 전극층; 상기 몸체부 상에 상기 제1 전극층 및 제2 전극층과 전기적으로 연결되는 발광 소자; 및 상기 몸체부 상에 발광 소자를 포위하는 몰딩부재를 포함하고, 상기 발광 소자는 전도성 지지기판; 상기 전도성 지지기판 상에 제2 도전형의 반도체층; 상기 제2 도전형의 반도체층 상에 활성층; 상기 활성층 상에 GaN층과 InGaN층을 포함하고, 상기 GaN층과 InGaN층이 선택적으로 제거된 거칠기를 포함하는 제1 도전형의 반도체층; 및 상기 제1 도전형의 반도체층 상에 전극층을 포함한다.
실시예에 따른 조명 시스템은 조명 시스템에 있어서, 상기 조명 시스템은 기판과, 상기 기판 상에 설치되는 청구항 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 기재된 발광 소자를 포함하는 발광 모듈을 포함한다.
실시예는 새로운 구조를 갖는 발광 소자 및 그 제조방법, 발광 소자 패키지, 조명 시스템을 제공할 수 있다.
실시예는 광 추출 효율이 향상된 발광 소자 및 그 제조방법, 발광 소자 패키지, 조명 시스템을 제공할 수 있다.
실시예는 활성층의 내부 양자 효율(internal quantum efficiency)이 향상된 발광 소자 및 그 제조방법, 발광 소자 패키지, 조명 시스템을 제공할 수 있다.
도 1 내지 도 8은 실시예에 따른 발광 소자 및 그 제조방법을 설명하는 도면.
도 9는 실시예에 따른 발광 소자가 설치된 발광 소자 패키지를 설명하는 도면.
도 10은 실시예에 따른 발광 소자 패키지를 사용한 백라이트 유닛을 설명하는 도면이다.
도 11은 실시예에 따른 발광 소자 패키지를 사용한 조명 유닛을 설명하는 도면이다.
실시예의 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 각층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들에 따른 발광 소자 및 그 제조방법에 대해 상세히 설명한다.
도 1 내지 도 8은 실시예에 따른 발광 소자 및 그 제조방법을 설명하는 도면이다.
도 1을 참조하면, 성장 기판(10) 상에 제1 GaN층(21)을 형성한다. 상기 성장 기판(10)은 사파이어(Al2O3), Si, SiC, GaAs, ZnO, MgO 중 어느 하나로 형성될 수 있고, 예를 들어, 상기 성장 기판(10)으로 사파이어 기판을 사용할 수 있다.
상기 제1 GaN층(21)은 제1 도전형의 불순물이 주입된 GaN층으로 형성될 수 있다. 여기서, 상기 제1 도전형의 불순물은 실리콘(Si)과 같은 n형 불순물이 될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 GaN층(21)은 트리메틸 갈륨 가스(TMGa), 실란 가스(SiH4), 수소 가스, 암모니아 가스를 챔버에 주입하여 성장시킬 수 있다.
비록 도시되지는 않았지만, 상기 성장 기판(10)과 상기 제1 GaN층(21) 사이에는 버퍼층 및 Un-doped GaN층이 형성될 수 있다.
상기 제1 GaN층(21)은 상기 성장 기판(10) 상에서 성장되면서, 상기 성장 기판(10)과의 격자 상수 차이로 인하여 디스로케이션(dislocation)(91)이 발생된다. 상기 디스로케이션(91)은 이후 성장되는 활성층까지 전파될 수 있으며, 누설 전류 등의 원인이 되기 때문에 발광 소자의 내부 양자 효율이나 성능을 저하시키는 원인으로 작용할 수 있다.
도 2를 참조하면, 상기 제1 GaN층(21) 상에 제1 InGaN층(31)을 형성한다. 상기 제1 InGaN층(31)은 인듐(In)의 함량이 적은 Low-mole InGaN층으로 형성될 수 있으며, 예를 들어, 상기 제1 InGaN층(31)은 InxGa1-xN (0.02≤x≤0.05)이 될 수도 있다. 상기 제1 InGaN층(31)은 상기 제1 GaN층(21)을 통해 전파되는 디스로케이션(91)을 감소시켜 이후에 성장되는 반도체층의 품질을 향상시킨다. 상기 제1 InGaN층(31)은 나선 성장 모드(spiral growth mode)로 성장하는데, 상기 제1 InGaN층(31)에는 인듐이 부분적으로 뭉친 제1 아일랜드층(island layer)(31a)이 형성될 수도 있다.
상기 제1 InGaN층(31)은 제1 도전형의 불순물이 주입된 InGaN층으로 형성될 수 있다. 여기서, 상기 제1 도전형의 불순물은 실리콘(Si)과 같은 n형 불순물이 될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 InGaN층(31)은 트리메틸 갈륨 가스(TMGa), 트리메틸 인듐 가스(TMIn), 실란 가스(SiH4), 수소 가스, 암모니아 가스를 챔버에 주입하여 성장시킬 수 있다.
도 3을 참조하면, 상기 제1 InGaN층(31) 상에 제2 GaN층(22)을 형성한다. 상기 제2 GaN층(22)은 상기 제1 GaN층(21)과 동일한 물질로 형성될 수도 있다. 상기 제2 GaN층(22)에도 디스로케이션(91)이 발생될 수도 있으나, 상기 제1 GaN층(21)에 비해 디스로케이션(91)의 발생이 감소된다.
상기 제2 GaN층(22) 상에 제2 InGaN층(32)을 형성한다. 상기 제2 InGaN층(32)은 상기 제1 InGaN층(31)과 동일한 물질로 형성될 수도 있다. 상기 제2 InGaN층(32)에는 상기 제1 InGaN층(31)과 마찬가지로 제2 아일랜드층(32a)이 형성될 수도 있다.
상기 제2 InGaN층(32) 상에 제3 GaN층(23)을 형성한다. 상기 제3 GaN층(23)은 상기 제2 GaN층(22)과 동일한 물질로 형성될 수도 있다. 상기 제3 GaN층(23)에도 디스로케이션(91)이 발생될 수도 있으나, 상기 제2 GaN층(22)에 비해 디스로케이션(91)의 발생이 감소된다.
상기 제3 GaN층(23) 상에 제3 InGaN층(33)을 형성한다. 상기 제3 InGaN층(33)은 상기 제2 InGaN층(32)과 동일한 물질로 형성될 수도 있다. 상기 제3 InGaN층(33)에는 상기 제2 InGaN층(32)과 마찬가지로 제3 아일랜드층(33a)이 형성될 수도 있다.
상기 제3 InGaN층(33) 상에 제4 GaN층(24)을 형성한다. 상기 제4 GaN층(24)은 상기 제3 GaN층(23)과 동일한 물질로 형성될 수도 있다. 상기 제4 GaN층(24)에도 디스로케이션(91)이 발생될 수도 있으나, 상기 제3 GaN층(23)에 비해 디스로케이션(91)의 발생이 감소된다.
실시예에 따른 발광 소자에서 상기 GaN층들(21,22,23,24)과 InGaN층들(31,332,33)은 제1 도전형의 반도체층(25)을 형성하고, 상기 GaN층들(21,22,23,24)과 InGaN층들(31,332,33)에는 실리콘(Si)과 같은 n형 불순물이 포함되어 형성될 수 있다.
실시예에서는 상기 GaN층들(21,22,23,24)과 InGaN층들(31,332,33)을 교대로 적층함으로써 디스로케이션(91)의 전파를 방지할 수 있으며, 상기 제1 도전형의 반도체층(25) 상에 배치되는 반도체층들의 품질을 향상시킬 수 있다.
실시예에서는 상기 제1 도전형의 반도체층(25)이 4층으로 형성된 GaN층들(21,22,23,24)과 3층으로 형성된 InGaN층들(31,332,33)로 형성된 것이 예시되어 있다. 그러나, 상기 GaN층 및 InGaN층들의 적층 횟수는 예시된 것보다 더 적거나 많을 수도 있다. 예를 들어, 상기 제1 도전형의 반도체층(25)은 제1 GaN층(21)과 제1 InGaN층(31)으로만 형성될 수도 있고, 제1,2 GaN층(21,22)과 제1 InGaN층(31)만이 교대로 적층되어 형성될 수도 있다. 또한, 상기 제1 도전형의 반도체층(25)은 5층 이상의 GaN층과 4층 이상의 InGaN층이 교대로 적층되어 형성될 수도 있다.
상기 제1 도전형의 반도체층(25) 상에 활성층(40)을 형성하고, 상기 활성층(40) 상에 제2 도전형의 반도체층(50)을 형성한다.
상기 활성층(40)은 단일 양자 우물 구조 또는 다중 양자 우물 구조로 형성될 수 있고, 예를 들어, InGaN 우물층/GaN 장벽층의 적층 구조 또는 GaN 우물층/GaN 장벽층의 적층 구조로 형성될 수 있다. 상기 활성층(40)은 전자와 정공이 결합하여 빛을 발생하는 층으로 다양한 구조로 제작될 수 있다.
상기 제2 도전형의 반도체층(50)은 제2 도전형의 불순물이 주입된 GaN층으로 형성될 수 있다. 여기서, 상기 제2 도전형의 불순물은 마그네슘(Mg)과 같은 p형 불순물이 될 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 도전형의 반도체층(50)은 트리메틸 갈륨 가스(TMGa), 비세틸 사이클로 펜타니에닐 마그네슘(EtCp2Mg){Mg(C2H5C5H4)2}, 수소 가스, 암모니아 가스를 상기 챔버에 주입하여 성장시킬 수 있다.
도 4를 참조하면, 상기 제2 도전형의 반도체층(50) 상에 전도성 지지기판(60)을 형성한다. 상기 전도성 지지기판(60)은 금속 또는 반도체 기판으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 전도성 지지기판(60)은 구리(Cu) 티탄(Ti), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 알루미늄(Al), 백금(Pt), 금(Au), 텅스텐(W), 게르마늄(Ge), 실리콘(Si), 몰리브덴(Mo) 중 적어도 어느 하나를 포함하여 도금 또는 본딩 방법으로 형성할 수 있다.
상기 전도성 지지기판(60)은 금속 또는 불순물이 주입된 반도체 기판으로 형성될 수 있다. 비록 도시되지는 않았지만, 상기 제2 도전형의 반도체층(50)과 상기 전도성 지지기판(60) 사이에는 오믹 접촉층 및/또는 반사층이 형성될 수도 있다.
상기 반사층은 광 반사율이 높은 은(Ag), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 또는 니켈(Ni) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 금속으로 형성될 수도 있다. 상기 오믹 접촉층은 투명 전극층으로 형성될 수도 있고, 예를 들어, ITO, ZnO, RuOx, TiOx, 또는 IrOx 중 적어도 어느 하나로 형성될 수도 있다.
상기 제2 도전형의 반도체층(50) 상에 상기 전도성 지지기판(60)을 형성한 후, 레이저 리프트 오프(LLO: Laser Lift Off) 방법을 이용하여 상기 성장 기판(10)을 제거한다.
도 5를 참조하면, 상기 성장 기판(10)이 제거됨에 따라 상기 성장 기판(10)에 인접한 상기 제1 도전형의 반도체층(25)의 제1 GaN층(21)이 노출된다.
상기 성장 기판(10)과 상기 제1 GaN층(21) 사이에 Un-doped GaN층을 형성한 경우에는 상기 Un-doped GaN층이 노출될 수도 있다.
도 6과 도 7을 참조하면, 상기 제1 도전형의 반도체층(25)을 에칭 용액을 이용하여 에칭한다. 예를 들어, 에칭 용액은 KOH, H3PO4, K2S2O8 중 적어도 어느 하나가 사용될 수도 있다.
상기 제1 도전형의 반도체층(25)은 상기 에칭 공정에 의해 에칭되면서 표면에 거칠기(70)가 형성되는데, 상기 GaN층에 비해 InGaN층의 에칭 비율이 크다. 특히, 상기 InGaN층에 형성된 아일랜드층은 에칭이 잘 이루어지므로 상기 제1 도전형의 반도체층(25)의 표면은 거칠기가 증가된다.
또한, 상기 제1 도전형의 반도체층(25)은 상기 GaN층과 InGaN층이 교대로 적층되기 때문에, 에칭 공정이 진행됨에 따라 영역에 따라 에칭 비율이 상이하여 표면의 거칠기가 보다 증가될 수 있다.
상기 성장 기판(10)에 인접하여 성장되었기 때문에 상기 디스로케이션(91)과 같은 결함이 많은 상기 제1 GaN층(21), 제1 InGaN층(31)은 상기 에칭 공정에 의해 제거되며, 박막 품질이 우수한 제4 GaN층(24)이 제1 도전형의 반도체층(25)으로서의 기능을 주로 수행한다. 따라서, 발광 소자의 내부 양자 효율이 증가될 수 있다.
도 8을 참조하면, 상기 제1 도전형의 반도체층(25) 상에 전극층(80)을 형성한다.
따라서, 실시예에 따른 발광 소자가 제작될 수 있다.
도 8을 참조하여 실시예에 따른 발광 소자를 보다 상세히 설명하면, 실시예에 따른 발광 소자는 전도성 지지기판(60)과, 상기 전도성 지지기판(60) 상에 형성된 제2 도전형의 반도체층(50)과, 상기 제2 도전형의 반도체층(50) 상에 형성된 활성층(40)과, 상기 활성층(40) 상에 형성된 제1 도전형의 반도체층(25)과, 상기 제1 도전형의 반도체층(25) 상에 형성된 전극층(80)을 포함한다.
상기 전도성 지지기판(60)은 금속 또는 반도체 기판으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 전도성 지지기판(80)은 구리(Cu) 티탄(Ti), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 알루미늄(Al), 백금(Pt), 금(Au), 텅스텐(W), 게르마늄(Ge), 실리콘(Si), 몰리브덴(Mo) 중 적어도 어느 하나를 포함하여 형성할 수 있다.
상기 전도성 지지기판(60)과 상기 제2 도전형의 반도체층(50) 사이에는 반사층 및 오믹 접촉층이 형성될 수도 있다. 상기 반사층은 광 반사율이 높은 은(Ag), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 또는 니켈(Ni) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 금속으로 형성될 수도 있다. 상기 오믹 접촉층은 투명 전극층으로 형성될 수도 있고, 예를 들어, ITO, ZnO, RuOx, TiOx, 또는 IrOx 중 적어도 어느 하나로 형성될 수도 있다. 상기 반사층 및 오믹 접촉층은 반드시 모두 형성해야 하는 것은 아니며, 상기 반사층 및 오믹 접촉층 중 적어도 어느 하나를 형성하지 않을 수도 있다.
상기 제2 도전형의 반도체층(50)은 p형 불순물을 포함하는 GaN 기반 질화물 반도체층으로 형성될 수 있다. 상기 활성층(40)은 발광층으로써, 단일 양자 우물 구조, 다중 양자 우물 구조(MQW: Multi Quantum Well), 양자 선(Quantum-Wire) 구조, 또는 양자 점(Quantum Dot) 구조 중 적어도 어느 하나로 형성될 수 있다.
상기 제1 도전형의 반도체층(25)은 n형 불순물을 포함하는 GaN 기반 질화물 반도체층으로 형성될 수 있다. 실시예에서 상기 제1 도전형의 반도체층(25)은 InGaN층과 GaN층을 포함한다.
도 8에서 상기 제1 도전형의 반도체층(25)은 제2 GaN층(22), 제2 InGaN층(32), 제3 GaN층(23), 제3 InGaN층(33), 제4 GaN층(24)을 포함하여 형성된 것이 예시되어 있다.
상기 제1 도전형의 반도체층(25)은 상면에 거칠기(Roughness)(70)가 형성된다. 실시예에서 상기 제1 도전형의 반도체층(25)은 상기 InGaN층과 GaN층이 교대로 형성되고, 상기 제2 GaN층(22), 제2 InGaN층(32), 제3 GaN층(23), 제3 InGaN층(33), 제4 GaN층(24)이 선택적으로 제거됨에 따라 상기 거칠기(70)가 형성된다.
상기 거칠기(70)는 경사면을 갖기 때문에 상기 제2 GaN층(22), 제2 InGaN층(32), 제3 GaN층(23), 제3 InGaN층(33), 제4 GaN층(24)의 일부분은 상측 방향으로 노출된다. 또한, 상기 거칠기(70)와 거칠기(70)는 서로 이격되어 배치되기 때문에 상기 제2 GaN층(22), 제2 InGaN층(32), 제3 GaN층(23), 제3 InGaN층(33), 제4 GaN층(24)의 일부분은 측면 방향으로 노출된다.
예를 들어, 상기 제1 도전형의 반도체층(25)은 상기 GaN층과 InGaN층이 상측 또는 측면 방향으로 노출된다. 또는, 상기 제1 도전형의 반도체층(25)은 복수의 GaN층과 복수의 InGaN층이 상측 또는 측면 방향으로 노출된다.
따라서, 상기 활성층(40)에서 발생된 광은 상기 제1 도전형의 반도체층(25)의 거칠기(70)에 의해 보다 효과적으로 외부로 방출될 수 있으므로 발광 소자의 광 추출 효율이 향상된다. 상기 거칠기(70)의 발광 소자의 광 결정(photonic crystal)의 기능을 수행할 수 있다.
상기 전극층(80)은 와이어 본딩이 원활하게 수행될 수 있도록 Au, Al, 또는 Pt 중 적어도 어느 하나를 포함하는 금속으로 형성될 수 있다. 상기 전극층(80)은 상기 전도성 지지기판(60)과 함께 상기 활성층(40)에 전원을 제공한다.
도 9는 실시예에 따른 발광 소자가 설치된 발광 소자 패키지를 설명하는 도면이다.
도 9를 참조하면, 실시예에 따른 발광 소자 패키지(200)는 몸체부(150)와, 상기 몸체부(150)에 설치된 제1 전극층(210) 및 제2 전극층(220)과, 상기 몸체부(150)에 설치되어 상기 제1 전극층(210) 및 제2 전극층(220)과 전기적으로 연결되는 발광 소자(100)와, 상기 발광 소자(100)를 포위하는 몰딩부재(400)가 포함된다.
상기 몸체부(150)는 실리콘 재질, 합성수지 재질, 또는 금속 재질을 포함하여 형성될 수 있으며, 상기 발광 소자(100)의 주위에 경사면이 형성될 수 있다.
상기 제1 전극층(210) 및 제2 전극층(220)은 서로 전기적으로 분리되며, 상기 발광 소자(100)에 전원을 제공하는 역할을 한다. 또한, 상기 제1 전극층(210) 및 제2 전극층(220)은 상기 발광 소자(100)에서 발생된 빛을 반사시켜 광 효율을 증가시키는 역할을 할 수 있으며, 상기 발광 소자(100)에서 발생된 열을 외부로 배출시키는 역할을 할 수도 있다.
상기 발광 소자(100)는 도 8에 예시된 발광 소자가 적용될 수 있으며, 상기 발광 소자(100)는 상기 몸체부(150) 상에 설치되거나 상기 제1 전극층(210) 또는 제2 전극층(220) 상에 설치될 수 있다.
상기 발광 소자(100)는 와이어(300)를 통해 상기 제1 전극층(210) 및/또는 제2 전극층(220)과 전기적으로 연결될 수 있으며, 실시예에서는 하나의 와이어(300)가 사용된 것이 예시되어 있다.
상기 몰딩부재(400)는 상기 발광 소자(100)를 포위하여 상기 발광 소자(100)를 보호할 수 있다. 또한, 상기 몰딩부재(400)에는 형광체가 포함되어 상기 발광 소자(100)에서 방출된 광의 파장을 변화시킬 수 있다.
실시예에 따른 발광 소자 패키지(200)는 광 추출 효율 및 내부 양자 효율이 향상된 발광 소자(100)를 사용함으로써 광 효율이 향상될 수 있다.
실시예에 따른 발광 소자 또는 발광 소자 패키지들은 복수개가 기판 상에 어레이되며, 상기 발광 소자 또는 발광 소자 패키지에서 방출되는 광의 경로 상에 광학 부재인 도광판, 프리즘 시트, 확산 시트, 형광 시트 등이 배치될 수 있다. 이러한 발광 소자 또는 발광 소자 패키지, 기판, 광학 부재는 백라이트 유닛으로 기능하거나 조명 유닛으로 기능할 수 있으며, 예를 들어, 조명 시스템은 백라이트 유닛, 조명 유닛, 지시 장치, 램프, 가로등을 포함할 수 있다.
도 10은 실시예에 따른 발광 소자 패키지를 사용한 백라이트 유닛을 설명하는 도면이다. 다만, 도 10의 백라이트 유닛(1100)은 조명 시스템의 한 예이며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
도 10을 참조하면, 상기 백라이트 유닛(1100)은 바텀 프레임(1140)과, 상기 바텀 프레임(1140) 내에 배치된 광가이드 부재(1120)와, 상기 광가이드 부재(1120)의 적어도 일 측면 또는 하면에 배치된 발광 모듈(1110)을 포함할 수 있다. 또한, 상기 광가이드 부재(1120) 아래에는 반사시트(1130)가 배치될 수 있다.
상기 바텀 프레임(1140)은 상기 광가이드 부재(1120), 상기 발광 모듈(1110) 및 상기 반사시트(1130)가 수납될 수 있도록 상면이 개구된 박스(box) 형성으로 형성될 수 있으며, 금속 재질 또는 수지 재질로 형성될 수 있으나 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 발광 모듈(1110)은 기판(300)과, 상기 기판(300)에 탑재된 복수개의 실시예들에 따른 발광 소자(100) 또는 발광 소자 패키지(200)를 포함할 수 있다. 상기 복수개의 발광 소자(100) 또는 발광 소자 패키지(200)는 상기 광가이드 부재(1120)에 빛을 제공할 수 있다. 실시예에서는 발광 소자 패키지(200)가 상기 기판(300) 상에 설치된 것이 예시되어 있다.
도시된 것처럼, 상기 발광 모듈(1110)은 상기 바텀 프레임(1140)의 내측면들 중 적어도 어느 하나에 배치될 수 있으며, 이에 따라 상기 광가이드 부재(1120)의 적어도 하나의 측면을 향해 빛을 제공할 수 있다.
다만, 상기 발광 모듈(1110)은 상기 바텀 프레임(1140)의 아래에 배치되어, 상기 광가이드 부재(1120)의 밑면을 향해 빛을 제공할 수도 있으며, 이는 상기 백라이트 유닛(1100)의 설계에 따라 다양하게 변형 가능하므로 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 광가이드 부재(1120)는 상기 바텀 프레임(1140) 내에 배치될 수 있다. 상기 광가이드 부재(1120)는 상기 발광 모듈(1110)로부터 제공받은 빛을 면광원화 하여, 표시 패널(미도시)로 가이드할 수 있다.
상기 광가이드 부재(1120)는 예를 들어, 도광판(LGP, Light Guide Panel) 일 수 있다. 상기 도광판은 예를 들어 PMMA(polymethyl metaacrylate)와 같은 아크릴 수지 계열, PET(polyethylene terephthlate), PC(poly carbonate), COC 및 PEN(polyethylene naphthalate) 수지 중 하나로 형성될 수 있다.
상기 광가이드 부재(1120)의 상측에는 광학 시트(1150)가 배치될 수도 있다.
상기 광학 시트(1150)는 예를 들어 확산 시트, 집광 시트, 휘도상승 시트, 및 형광 시트 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 광학 시트(1150)는 상기 확산 시트, 집광 시트, 휘도상승 시트 및 형광 시트가 적층되어 형성될 수 있다. 이 경우, 상기 확산 시트(1150)는 상기 발광 모듈(1110)에서 출사된 광을 고르게 확산시켜주고, 상기 확산된 광은 상기 집광 시트에 의해 표시 패널(미도시)로 집광될 수 있다. 이때 상기 집광 시트로부터 출사되는 광은 랜덤하게 편광된 광인데, 상기 휘도상승 시트는 상기 집광 시트로부터 출사된 광의 편광도를 증가시킬 수 있다. 상기 집광 시트는 예를 들어, 수평 또는/및 수직 프리즘 시트일 수 있다. 또한, 상기 휘도상승 시트는 예를 들어, 조도 강화 필름(Dual Brightness Enhancement film) 일 수 있다. 또한, 상기 형광 시트는 형광체가 포함된 투광성 플레이트 또는 필름이 될 수도 있다.
상기 광가이드 부재(1120)의 아래에는 상기 반사시트(1130)가 배치될 수 있다. 상기 반사시트(1130)는 상기 광가이드 부재(1120)의 하면을 통해 방출되는 빛을 상기 광가이드 부재(1120)의 출사면을 향해 반사할 수 있다.
상기 반사시트(1130)는 반사율이 좋은 수지 재질, 예를 들어, PET, PC, PVC 레진 등으로 형성될 수 있으나, 이에 대해 한정하지는 않는다.
도 11은 실시예들에 따른 발광 소자 패키지를 사용한 조명 유닛을 설명하는 도면이다. 다만, 도 11의 조명 유닛(1200)은 조명 시스템의 한 예이며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
도 11을 참조하면, 상기 조명 유닛(1200)은 케이스 몸체(1210)와, 상기 케이스 몸체(1210)에 설치된 발광 모듈(1230)과, 상기 케이스 몸체(1210)에 설치되며 외부 전원으로부터 전원을 제공받는 연결 단자(1220)를 포함할 수 있다.
상기 케이스 몸체(1210)는 방열 특성이 양호한 재질로 형성되는 것이 바람직하며, 예를 들어 금속 재질 또는 수지 재질로 형성될 수 있다.
상기 발광 모듈(1230)은 기판(300)과, 상기 기판(300)에 탑재되는 적어도 하나의 실시예에 따른 발광 소자(100) 또는 발광 소자 패키지(200)를 포함할 수 있다.
상기 기판(300)은 절연체에 회로 패턴이 인쇄된 것일 수 있으며, 예를 들어, 일반 인쇄회로기판(PCB: Printed Circuit Board), 메탈 코아(Metal Core) PCB, 연성(Flexible) PCB, 세라믹 PCB 등을 포함할 수 있다.
또한, 상기 기판(300)은 빛을 효율적으로 반사하는 재질로 형성되거나, 표면이 빛이 효율적으로 반사되는 컬러, 예를 들어 백색, 은색 등으로 형성될 수 있다.
상기 기판(300) 상에는 상기 적어도 하나의 실시예에 따른 발광 소자(100) 또는 발광 소자 패키지(200)가 탑재될 수 있다. 상기 발광 소자 패키지(200)는 각각 적어도 하나의 발광 소자(100)를 포함할 수도 있다. 상기 발광 소자(100)는 적색, 녹색, 청색 또는 백색의 유색 빛을 각각 발광하는 유색 발광 다이오드 및 자외선(UV, UltraViolet)을 발광하는 UV 발광 다이오드를 포함할 수 있다.
상기 발광 모듈(1230)은 색감 및 휘도를 얻기 위해 다양한 발광 다이오드의 조합을 가지도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 고 연색성(CRI)을 확보하기 위해 백색 발광 다이오드, 적색 발광 다이오드 및 녹색 발광 다이오드를 조합하여 배치할 수 있다. 또한, 상기 발광 모듈(1230)에서 방출되는 광의 진행 경로 상에는 형광 시트가 더 배치될 수 있으며, 상기 형광 시트는 상기 발광 모듈(1230)에서 방출되는 광의 파장을 변화시킨다. 예를 들어, 상기 발광 모듈(1230)에서 방출되는 광이 청색 파장대를 갖는 경우 상기 형광 시트에는 황색 형광체가 포함될 수 있으며, 상기 발광 모듈(1230)에서 방출된 광은 상기 형광 시트를 지나 최종적으로 백색광으로 보여지게 된다.
상기 연결 단자(1220)는 상기 발광 모듈(1230)와 전기적으로 연결되어 전원을 공급할 수 있다. 도 11에 도시된 것에 따르면, 상기 연결 단자(1220)는 소켓 방식으로 외부 전원에 돌려 끼워져 결합되지만, 이에 대해 한정하지는 않는다. 예를 들어, 상기 연결 단자(1220)는 핀(pin) 형태로 형성되어 외부 전원에 삽입되거나, 배선에 의해 외부 전원에 연결될 수도 있는 것이다.
상술한 바와 같은 조명 시스템은 상기 발광 모듈에서 방출되는 광의 진행 경로 상에 광가이드 부재, 확산 시트, 집광 시트, 휘도상승 시트 및 형광 시트 중 적어도 어느 하나가 배치되어, 원하는 광학적 효과를 얻을 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 실시예들에 따른 조명 시스템은 실시예들에 따른 발광 장치를 포함함으로써 색편차가 적은 광을 발광하고, 광 효율이 높은 광을 방출할 수 있다.
이상에서 실시예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
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.

Claims (16)

  1. 전도성 지지기판;
    상기 전도성 지지기판 상에 제2 도전형의 반도체층;
    상기 제2 도전형의 반도체층 상에 활성층;
    상기 활성층 상에 GaN층과 InGaN층을 포함하고, 상기 GaN층 및 InGaN층이 선택적으로 제거되어 형성된 거칠기를 포함하는 제1 도전형의 반도체층; 및
    상기 제1 도전형의 반도체층 상에 전극층을 포함하는 발광 소자.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 전도성 지지기판과 제2 도전형의 반도체층 사이에 반사층 및 오믹 접촉층 중 적어도 어느 하나를 포함하는 발광 소자.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 도전형의 반도체층은 상기 GaN층 및 InGaN층이 각각 복수의 층으로 교대로 적층되어 형성된 발광 소자.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 GaN층 및 InGaN층은 각각 적어도 일부분이 상측 방향으로 노출되는 발광 소자.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 GaN층 및 InGaN층은 각각 적어도 일부분이 상기 거칠기에 의해 측면 방향으로 노출되는 발광 소자.
  6. 성장 기판 상에 GaN층 및 InGaN을 포함하는 제1 도전형의 반도체층을 형성하는 단계;
    상기 제1 도전형의 반도체층 상에 활성층을 형성하는 단계;
    상기 활성층 상에 제2 도전형의 반도체층을 형성하는 단계;
    상기 제2 도전형의 반도체층 상에 전도성 지지기판을 형성하는 단계;
    상기 성장 기판을 제거하는 단계;
    상기 제1 도전형의 반도체층을 선택적으로 제거하여 상기 GaN층 및 InGaN층이 노출되도록 거칠기를 형성하는 단계; 및
    상기 제1 도전형의 반도체층 상에 전극층을 형성하는 단계를 포함하는 발광 소자 제조방법.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 제1 도전형의 반도체층은 상기 GaN층 및 InGaN층이 각각 복수의 층으로 형성되고, 상기 복수의 GaN층 및 복수의 InGaN층은 교대로 적층되는 발광 소자 제조방법.
  8. 제 6항에 있어서,
    상기 제1 도전형의 반도체층은 KOH, H3PO4, K2S2O8 중 적어도 어느 하나를 이용하여 에칭하는 발광 소자 제조방법.
  9. 제 6항에 있어서,
    상기 GaN층 및 InGaN층은 각각 적어도 일부분이 상측 방향으로 노출되는 발광 소자 제조방법.
  10. 제 6항에 있어서,
    상기 GaN층 및 InGaN층은 각각 적어도 일부분이 상기 거칠기에 의해 측면 방향으로 노출되는 발광 소자 제조방법.
  11. 몸체부;
    상기 몸체부 상에 제1 전극층 및 제2 전극층;
    상기 몸체부 상에 상기 제1 전극층 및 제2 전극층과 전기적으로 연결되는 발광 소자; 및
    상기 몸체부 상에 발광 소자를 포위하는 몰딩부재를 포함하고,
    상기 발광 소자는 전도성 지지기판; 상기 전도성 지지기판 상에 제2 도전형의 반도체층; 상기 제2 도전형의 반도체층 상에 활성층; 상기 활성층 상에 GaN층과 InGaN층을 포함하고, 상기 GaN층과 InGaN층이 선택적으로 제거된 거칠기를 포함하는 제1 도전형의 반도체층; 및 상기 제1 도전형의 반도체층 상에 전극층을 포함하는 발광 소자 패키지.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 제1 도전형의 반도체층은 상기 GaN층 및 InGaN층이 각각 복수의 층으로 교대로 적층되어 형성된 발광 소자 패키지.
  13. 제 11항에 있어서,
    상기 GaN층 및 InGaN층은 각각 적어도 일부분이 상측 방향으로 노출되는 발광 소자 패키지.
  14. 제 11항에 있어서,
    상기 GaN층 및 InGaN층은 각각 적어도 일부분이 상기 거칠기에 의해 측면 방향으로 노출되는 발광 소자 패키지.
  15. 조명 시스템에 있어서,
    상기 조명 시스템은 기판과, 상기 기판 상에 설치되는 청구항 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 기재된 발광 소자를 포함하는 발광 모듈을 포함하는 조명 시스템.
  16. 제 15항에 있어서,
    상기 발광 모듈에서 방출되는 광의 진행 경로 상에 배치되는 광가이드 부재, 확산 시트, 집광 시트, 휘도상승 시트, 및 형광 시트 중 적어도 어느 하나를 더 포함하는 조명 시스템.
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