KR20110115384A - 발광 소자 및 그 제조방법, 발광 소자 패키지 및 조명 시스템 - Google Patents

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

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KR20110115384A
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엘지이노텍 주식회사
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Abstract

실시예에 따른 발광 소자는 전도성 지지부재; 상기 전도성 지지부재 상에 제1 도전형의 반도체층, 활성층, 제2 도전형의 반도체층을 포함하는 발광 구조층; 및 상기 발광 구조층 상에 마스크 패턴 및 돌출부를 포함하는 러프니스 패턴을 포함한다.

Description

발광 소자 및 그 제조방법, 발광 소자 패키지 및 조명 시스템{LIGHT EMITTING DEVICE AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME, LIGHT EMITTING DEVICE PACKAGE AND LIGHTING SYSTEM}
본 발명은 발광 소자 및 그 제조방법, 발광 소자 패키지 및 조명 시스템에 관한 것이다.
발광 다이오드(LED)는 전기 에너지를 빛으로 변환하는 반도체 소자의 일종이다. 발광 다이오드는 형광등, 백열등 등 기존의 광원에 비해 저소비전력, 반영구적인 수명, 빠른 응답속도, 안전성, 환경친화성의 장점을 가진다. 이에 기존의 광원을 발광 다이오드로 대체하기 위한 많은 연구가 진행되고 있으며, 발광 다이오드는 실내외에서 사용되는 각종 램프, 액정표시장치, 전광판, 가로등 등의 조명 장치의 광원으로서 사용이 증가되고 있는 추세이다.
본 발명은 새로운 구조를 갖는 발광 소자 및 그 제조방법, 발광 소자 패키지 및 조명 시스템을 제공한다.
본 발명은 광 추출 효율이 향상된 발광 소자 및 그 제조방법, 발광 소자 패키지 및 조명 시스템을 제공한다.
실시예에 따른 발광 소자는 전도성 지지부재; 상기 전도성 지지부재 상에 제1 도전형의 반도체층, 활성층, 제2 도전형의 반도체층을 포함하는 발광 구조층; 및 상기 발광 구조층 상에 마스크 패턴 및 돌출부를 포함하는 러프니스 패턴을 포함한다.
실시예에 따른 발광 소자 제조방법은 성장 기판 상에 질화물 반도체층을 형성하는 단계; 상기 질화물 반도체층 상에 마스크층을 형성하는 단계; 상기 마스크층 상에 발광 구조층을 형성하는 단계; 상기 발광 구조층 상에 전도성 지지부재를 형성하는 단계; 상기 성장 기판 및 질화물 반도체층을 제거하는 단계; 상기 마스크층을 선택적으로 제거하여 마스크 패턴을 형성하는 단계; 및 상기 마스크 패턴을 마스크로 하여 상기 발광 구조층을 선택적으로 제거하여 돌출부를 형성하는 단계를 포함한다.
실시예에 따른 발광 소자 패키지는 패키지 몸체; 상기 패키지 몸체에 설치된 제1 전극층 및 제2 전극층; 및 상기 제1 전극층 및 제2 전극층에 전기적으로 연결되는 청구항 제1항 내지 제9항 중 어느 하나의 항에 기재된 발광 소자를 포함한다.
실시예에 따른 조명 시스템은 조명 시스템에 있어서, 상기 조명 시스템은 기판과, 상기 기판 상에 설치된 발광 소자 패키지를 포함하는 발광 모듈을 포함하고, 상기 발광 소자 패키지는 패키지 몸체; 상기 패키지 몸체에 설치된 제1 전극층 및 제2 전극층; 및 상기 제1 전극층 및 제2 전극층에 전기적으로 연결되는 청구항 제1항 내지 제9항 중 어느 하나의 항에 기재된 발광 소자를 포함한다.
본 발명은 새로운 구조를 갖는 발광 소자 및 그 제조방법, 발광 소자 패키지 및 조명 시스템을 제공할 수 있다.
본 발명은 광 추출 효율이 향상된 발광 소자 및 그 제조방법, 발광 소자 패키지 및 조명 시스템을 제공할 수 있다.
도 1은 실시예에 따른 발광 소자를 설명하는 도면.
도 2 내지 도 7은 실시예에 따른 발광 소자의 제조방법을 설명하는 도면.
도 8은 실시예에 따른 발광 소자를 포함하는 발광 소자 패키지의 단면도.
도 9는 실시예에 따른 발광 소자 패키지를 사용한 백라이트 유닛을 도시하는 도면.
도 10는 실시예들에 따른 발광 소자 패키지를 사용한 조명 유닛의 사시도.
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 실시예에 따른 발광 소자 및 그 제조방법, 발광 소자 패키지에 대해 상세히 설명하도록 한다.
도 1은 실시예에 따른 발광 소자를 설명하는 도면이다.
도 1을 참조하면, 실시예에 따른 발광 소자는 전도성 지지부재(120)와, 상기 전도성 지지부재(120) 상에 접합층(110)과, 상기 접합층(110) 상에 반사층(100)과, 상기 반사층(100) 상에 오믹 접촉층(90)과, 상기 오믹 접촉층(90) 상에 빛을 생성하는 발광 구조층(80)과, 상기 발광 구조층(80) 상에 전극(130)을 포함한다.
상기 전도성 지지부재(120)는 상기 발광 구조층(80)을 지지하며 상기 전극(130)과 함께 상기 발광 구조층(80)에 전원을 제공한다. 상기 전도성 지지부재(120)는 예를 들어, 구리(Cu), 금(Au), 니켈(Ni), 몰리브덴(Mo), 구리-텅스텐(Cu-W), 캐리어 웨이퍼(예를 들어, Si, Ge, GaAs, ZnO, Sic 등) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 전도성 지지부재(120)의 두께는 상기 발광 소자의 설계에 따라 달라질 수 있으나, 예를 들어, 30μm 내지 500μm의 두께를 가질 수 있다.
상기 전도성 지지부재(120) 상에는 상기 접합층(110)이 형성될 수 있다. 상기 접합층(110)은 본딩층으로서, 상기 반사층(100) 아래에 배치된다. 상기 접합층(110)은 상기 전도성 지지부재(120)가 상기 반사층(100)에 강하게 접합될 수 있도록 한다.
상기 접합층(110)은 베리어 금속 또는 본딩 금속 등을 포함하며, 예를 들어, Ti, Au, Sn, Ni, Cr, Ga, In, Bi, Cu, Ag 또는 Ta 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 접합층(110) 상에는 상기 반사층(100)이 형성될 수도 있다. 상기 반사층(100)은 상기 발광 구조층(80)로부터 입사되는 광을 반사시켜 주어, 광 추출 효율을 개선시켜 줄 수 있다.
상기 반사층(100)은 예를 들어, Ag, Ni, Al, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au, Hf 중 적어도 하나를 포함하는 금속 또는 합금으로 형성될 수 있다. 또한, 상기 반사층(100)은 상기 금속 또는 합금과 IZO, IZTO, IAZO, IGZO, IGTO, AZO, ATO 등의 투광성 전도성 물질을 이용하여 다층으로 형성할 수 있으며, 예를 들어, IZO/Ni, AZO/Ag, IZO/Ag/Ni, AZO/Ag/Ni 등으로 적층할 수 있다.
실시예에서는 상기 반사층(100)의 상면이 상기 오믹 접촉층(90)과 접촉하는 것이 예시되어 있으나, 상기 반사층(100)은 상기 발광 구조층(80)과 접촉할 수도 있다. 또한, 상기 반사층(100)은 상기 발광 소자에 별도의 구조로 포함되지 않고 상기 접착층(110) 또는 전도성 지지부재(120)가 상기 반사층(100)의 역할을 할 수도 있다.
상기 반사층(100) 상에는 상기 오믹 접촉층(90)이 형성될 수도 있다. 상기 오믹 접촉층(90)은 상기 제2 도전형의 반도체층(70)에 오믹 접촉되어 상기 발광 구조층(80)에 전원이 원활히 공급되도록 한다. 상기 오믹 접촉층(90)은 ITO, IZO, IZTO, IAZO, IGZO, IGTO, AZO, ATO 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
즉, 상기 오믹 접촉층(90)은 투광성 전도층과 금속을 선택적으로 사용할 수 있으며, ITO(indium tin oxide), IZO(indium zinc oxide), IZTO(indium zinc tin oxide), IAZO(indium aluminum zinc oxide), IGZO(indium gallium zinc oxide), IGTO(indium gallium tin oxide), AZO(aluminum zinc oxide), ATO(antimony tin oxide), GZO(gallium zinc oxide), IrOx, RuOx, RuOx/ITO, Ni, Ag, Ni/IrOx/Au, 및 Ni/IrOx/Au/ITO 중 하나 이상을 이용하여 단층 또는 다층으로 구현할 수 있다.
상기 오믹 접촉층(90)과 상기 제2 도전형의 반도체층(70) 사이에는 상기 전류 차단층(Current Blocking Layer, CBL)(미도시)이 형성될 수도 있다. 상기 전류 차단층은 상기 전극(130)과 수직 방향으로 적어도 일부가 중첩되도록 형성될 수 있으며, 이에 따라 상기 전극(130)과 상기 전도성 지지부재(120) 사이의 최단 거리로 전류가 집중되는 현상을 완화하여 상기 발광 소자의 발광 효율을 향상시킬 수 있다.
상기 오믹 접촉층(90) 상에는 상기 발광 구조층(80)이 형성될 수 있다. 상기 발광 구조층(80)은 복수의 3족 내지 5족 원소의 화합물 반도체층을 포함할 수 있으며, 예를 들어, 제1 도전형의 반도체층(50), 상기 제1 도전형의 반도체층(50) 아래에 활성층(60), 상기 활성층(60) 아래에 상기 제2 도전형의 반도체층(70)을 포함할 수 있다.
상기 제1 도전형의 반도체층(50)은 제1 도전형 도펀트가 도핑된 3족-5족 원소의 화합물 반도체, 예를 들어, GaN, AlN, AlGaN, InGaN, InN, InAlGaN, AlInN, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP, AlGaInP 등에서 선택될 수 있다. 상기 제1 도전형의 반도체층(50)이 n형 반도체층인 경우, 상기 제1 도전형 도펀트는 Si, Ge, Sn, Se, Te 등과 같은 n형 도펀트를 포함한다. 상기 제1 도전형의 반도체층(50)은 단층 또는 다층으로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 활성층(60)은 상기 제1 도전형의 반도체층(50) 아래에 형성되며, 단일 양자 우물 구조, 다중 양자 우물 구조(MQW), 양자점 구조 또는 양자선 구조 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 상기 활성층(60)은 3족-5족 원소의 화합물 반도체 재료를 이용하여 우물층과 장벽층, 예를 들면 InGaN 우물층/GaN 장벽층 또는 InGaN 우물층/AlGaN 장벽층으로 형성될 수 있다.
상기 활성층(60)과 상기 제1 도전형의 반도체층(50) 사이 또는 상기 활성층(60)과 상기 제2 도전형의 반도체층(70) 사이에는 클래드층이 형성될 수도 있으며, 상기 클래드층은 AlGaN계 반도체로 형성될 수 있다.
상기 제2 도전형의 반도체층(70)은 상기 활성층(60) 아래에 형성되며, 제2 도전형 도펀트가 도핑된 3족-5족 원소의 화합물 반도체, 예컨대, GaN, AlN, AlGaN, InGaN, InN, InAlGaN, AlInN, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP, AlGaInP 등에서 선택될 수 있다. 상기 제2 도전형의 반도체층(70)이 p형 반도체층인 경우, 상기 제2 도전형 도펀트는 Mg, Zn 등과 같은 p형 도펀트를 포함한다. 상기 제2 도전형의 반도체층(70)은 단층 또는 다층으로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
한편, 상기 발광 구조층(80)은 상기 제2 도전형의 반도체층(70) 아래에 n형 반도체층을 포함할 수도 있다. 예를 들어, 상기 발광 구조층(80)은 n-p 접합, p-n 접합, n-p-n 접합 및 p-n-p 접합 구조 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 발광 구조층(80) 상에는 상기 전극(130)이 형성된다. 상기 전극(130)은 와이어 본딩이 이루어지는 패드부와, 상기 패드부로부터 연장된 핑거부를 포함할 수도 있다. 상기 핑거부는 소정의 패턴 형상으로 분기될 수 있으며, 다양한 형태로 형성될 수 있다.
상기 제1 도전형의 반도체층(50) 상에는 광 추출 효율을 향상시키기 위해 러프니스 패턴(45)이 형성될 수 있다. 이에 따라 상기 전극(130)의 상면에도 러프니스 패턴이 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 러프니스 패턴(45)은 제1 도전형의 반도체층(50)의 돌출부(51)와, 상기 돌출부(51) 상에 마스크 패턴(41)을 포함한다. 상기 마스크 패턴(41)은 제1 도전형의 불순물이 도핑된 AlGaN층으로 형성될 수 있다.
상기 마스크 패턴(41)은 상기 제1 도전형의 반도체층(50) 상에서 복수개가 서로 이격되어 배치될 수 있으며, 상기 마스크 패턴(41)과 마스크 패턴(41) 사이의 상기 제1 도전형의 반도체층(50)은 에칭에 의해 제거되어 상기 돌출부(51)가 형성될 수 있다.
상기 러프니스 패턴(45)을 상기 AlGaN층으로 형성된 마스크 패턴(41)을 마스크로 하여 형성하므로 상기 돌출부(51)의 경사각을 증가시킬 수 있고, 그에 따라 광 추출 효율을 보다 증가시킬 수 있다. 즉, 상기 마스크 패턴(41)으로 사용하는 AlGaN층은 상기 제1 도전형의 반도체층(50)에 비해 식각 비율이 작기 때문에 상기 AlGaN층을 마스크로 하는 경우 상기 제1 도전형의 반도체층(50)을 큰 경사각으로 식각할 수 있다. 또한, 상기 마스크 패턴(41)은 제1 도전형의 불순물이 도핑된 AlGaN층으로 형성될 수 있으며, 이 경우 상기 마스크 패턴(41)을 완전히 제거하지 않아도 발광 소자의 전기적 특성이 저하되지 않는다.
이하, 실시예에 따른 발광 소자의 제조방법에 대해 상세히 설명한다. 다만, 앞에서 설명한 내용과 중복되는 내용은 생략하거나 간략히 설명한다.
도 2 내지 도 7은 실시예에 따른 발광 소자의 제조방법을 설명하는 도면이다.
도 2를 참조하면, 성장 기판(10) 상에 버퍼층(20)을 형성하고, 상기 버퍼층(20) 상에 질화물 반도체층(30)을 형성한다. 상기 질화물 반도체층(30)은 n형 불순물이 주입된 n형 질화물 반도체층으로 형성되거나, 의도적으로 n형 불순물을 주입하지 않은 언도프트 질화물 반도체층으로 형성될 수 있다. 그리고, 상기 질화물 반도체층(30) 상에 AlGaN층으로 마스크층(40)을 형성하고, 상기 마스크층(40) 상에 상기 발광 구조층(80)을 형성한다.
상기 성장 기판(10)은 예를 들어, 사파이어(Al2O3), SiC, GaAs, GaN, ZnO, Si, GaP, InP, Ge 중 적어도 하나로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 버퍼층(20)은 AlInN/GaN, InxGa1 - xN/GaN, AlxInyGa1 -x- yN/InxGa1 - xN/GaN 등과 같은 적층 구조를 이루는 멀티층으로 형성될 수도 있고, 예를 들어, 트리메틸 갈륨(TMGa) 가스와, 트리메틸 인듐(TMIn) 가스 및 트리메틸 알루미늄(TMAl) 가스를 수소 가스 및 암모니아 가스와 함께 상기 챔버 내부로 주입시킴으로써 성장시킬 수 있다.
상기 질화물 반도체층(30)은 언도프트(Un-doped) GaN층으로 형성될 수 있고, 예를 들어, 트리메틸 갈륨(TMGa) 가스를 수소 가스 및 암모니아 가스와 함께 챔버에 주입하여 성장시킬 수 있다. 또한, 상기 질화물 반도체층(30)은 n-GaN층으로 형성될 수 있고, 예를 들어, 트리메틸 갈륨(TMGa) 가스, n형 불순물(예를 들어, Si)을 포함하는 실란 가스(SiH4)를 수소 가스 및 암모니아 가스와 함께 상기 챔버에 주입하여 성장시킬 수 있다.
상기 마스크층(40)은 AlGaN층으로 형성될 수 있고, 예를 들어, 트리메틸 갈륨(TMGa) 가스, 트리메틸 알루미늄(TMAl) 가스, n형 불순물(예를 들어, Si)을 포함하는 실란 가스(SiH4)를 수소 가스 및 암모니아 가스와 함께 상기 챔버 내부로 주입시킴으로써 성장시킬 수 있다.
상기 발광 구조층(80)은 상기 마스크층(40) 상에 상기 제1 도전형의 반도체층(50), 활성층(60) 및 제2 도전형의 반도체층(70)을 성장함으로써 형성될 수 있다.
상기 발광 구조층(80)은 예를 들어, 유기금속 화학 증착법(MOCVD; Metal Organic Chemical Vapor Deposition), 화학 증착법(CVD; Chemical Vapor Deposition), 플라즈마 화학 증착법(PECVD; Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition), 분자선 성장법(MBE; Molecular Beam Epitaxy), 수소화물 기상 성장법(HVPE; Hydride Vapor Phase Epitaxy) 등의 방법을 이용하여 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
도 3을 참조하면, 상기 제2 도전형의 반도체층(70) 상에 상기 오믹 접촉층(90)을 형성하고, 상기 오믹 접촉층(90) 상에 상기 반사층(100)을 형성할 수 있다. 상기 오믹 접촉층(90) 및 상기 반사층(100)은 예를 들어, 전자빔(E-beam) 증착, 스퍼터링(Sputtering), PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) 중 어느 하나의 방법에 의해 형성될 수 있다.
그리고, 상기 전도성 지지부재(120)을 준비하고, 상기 전도성 지지부재(120)를 상기 접합층(110)을 매개로 상기 반사층(100)에 접합한다. 비록 실시예에서는 상기 전도성 지지부재(120)이 상기 접합층(110)을 통해 본딩 방식으로 결합된 것이 예시되어 있으나, 상기 전도성 지지부재(120)을 도금 방식 또는 증착 방식으로 형성하는 것도 가능하다.
도 4를 참조하면, 상기 성장 기판(10)을 상기 발광 구조층(80)으로부터 제거한다. 도 4에서는 도 3에 도시된 구조물을 뒤집어서 도시하였다.
상기 성장 기판(10)은 레이저 리프트 오프(Laser Lift Off) 방법 또는 화학적 리프트 오프(Chemical Lift Off) 방법에 의해 제거될 수 있다.
그리고, 상기 마스크층(40)이 노출되도록 상기 버퍼층(20) 및 질화물 반도체층(30)도 에칭하여 제거한다.
도 5 내지 도 7을 참조하면, 상기 마스크층(40) 상에 포토레지스트 패턴(150)을 형성하고, 상기 포토레지스트 패턴(150)을 마스크로 하여 상기 마스크층(40)을 선택적으로 제거하여 마스크 패턴(41)을 형성한다. 그리고, 상기 마스크 패턴(41)을 마스크로 하여 상기 제1 도전형의 반도체층(50)을 선택적으로 제거하여 돌출부(51)를 형성한다. 그리고, 상기 포토레지스트 패턴(150)을 아세톤을 이용하여 제거한다.
상기 마스크 패턴(41)을 형성하는 공정은 상기 포토레지스트 패턴(150)을 마스크로 하여 상기 마스크층(40)을 건식 식각하여 진행될 수 있고, 상기 돌출부(51)를 형성하는 공정은 상기 마스크 패턴(41)을 마스크로 하여 상기 제1 도전형의 반도체층(50)을 건식 식각하여 진행될 수 있다. 예를 들어, 상기 건식 식각은 ICP(Inductively Coupled Plasma)와 같은 방법에 의해 연속적으로 실시될 수 있다.
그리고, 상기 마스크 패턴(41) 및 돌출부(51)를 포함하는 러프니스 패턴(45) 상에 전극(130)을 형성하면 도 1에 도시된 바와 같은 발광 소자가 제작될 수 있다.
도 8은 실시예에 따른 발광 소자를 포함하는 발광 소자 패키지의 단면도이다.
도 8을 참조하면, 실시예에 따른 발광 소자 패키지는 패키지 몸체(260)와, 상기 패키지 몸체(260)에 설치된 제1 전극층(220) 및 제2 전극층(230)과, 상기 패키지 몸체(260)에 설치되어 상기 제1 전극층(220) 및 제2 전극층(230)과 전기적으로 연결되는 발광 소자(210)와, 상기 발광 소자(210)를 포위하는 몰딩부재(250)를 포함한다.
상기 패키지 몸체(260)는 실리콘 재질, 합성수지 재질, 또는 금속 재질을 포함하여 형성될 수 있으며, 측면이 경사면으로 형성된 캐비티를 가질 수 있다.
상기 제1 전극층(220) 및 제2 전극층(230)은 서로 전기적으로 분리되며, 상기 발광 소자(210)에 전원을 제공한다. 또한, 상기 제1 전극층(220) 및 제2 전극층(230)은 상기 발광 소자(210)에서 발생된 빛을 반사시켜 광 효율을 증가시킬 수 있으며, 상기 발광 소자(210)에서 발생된 열을 외부로 배출시키는 역할을 할 수도 있다.
상기 발광 소자(210)는 상기 패키지 몸체(260) 상에 설치되거나 상기 제1 전극층(220) 또는 제2 전극층(230) 상에 설치될 수 있다.
상기 발광 소자(210)는 상기 제1 전극층(220) 및 제2 전극층(230)과 와이어 방식, 플립칩 방식 또는 다이 본딩 방식 중 어느 하나에 의해 전기적으로 연결될 수도 있다. 실시예에서는 상기 발광 소자(210)가 상기 제2 전극층(220)과 와이어(240)를 통해 전기적으로 연결되고 상기 제1 전극층(220)과 직접 접촉하여 전기적으로 연결된 것이 예시되어 있다.
상기 몰딩부재(250)는 상기 발광 소자(210)를 포위하여 상기 발광 소자(210)를 보호할 수 있다. 또한, 상기 몰딩부재(250)에는 형광체가 포함되어 상기 발광 소자(210)에서 방출된 광의 파장을 변화시킬 수 있다.
실시예에 따른 발광 소자 패키지는 복수개가 기판 상에 어레이되며, 상기 발광 소자 패키지에서 방출되는 광의 경로 상에 광학 부재인 도광판, 프리즘 시트, 확산 시트, 형광 시트 등이 배치될 수 있다. 이러한 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 9는 실시예에 따른 발광 소자 패키지를 사용한 백라이트 유닛을 도시하는 도면이다. 다만, 도 9의 백라이트 유닛(1100)은 조명 시스템의 한 예이며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
도 9를 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 기판과, 상기 기판에 탑재된 복수개의 실시예들에 따른 발광 소자 패키지를 포함할 수 있다. 상기 복수개의 발광 소자 패키지는 상기 광가이드 부재(1120)에 빛을 제공할 수 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 10는 실시예들에 따른 발광 소자 패키지를 사용한 조명 유닛의 사시도이다. 다만, 도 10의 조명 유닛(1200)은 조명 시스템의 한 예이며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
도 10을 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 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 패키지(200)가 탑재될 수 있다. 상기 발광 소자 패키지(200)는 각각 적어도 하나의 발광 다이오드(LED: Light Emitting Diode)를 포함할 수 있다. 상기 발광 다이오드는 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 10에 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 소자 패키지를 포함함으로써 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 (17)

  1. 전도성 지지부재;
    상기 전도성 지지부재 상에 제1 도전형의 반도체층, 활성층, 제2 도전형의 반도체층을 포함하는 발광 구조층; 및
    상기 발광 구조층 상에 마스크 패턴 및 돌출부를 포함하는 러프니스 패턴을 포함하는 발광 소자.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 마스크 패턴은 AlGaN층을 포함하고, 상기 돌출부는 상기 제1 도전형의 반도체층을 포함하는 발광 소자.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 마스크 패턴은 복수개가 서로 이격되어 배치되는 발광 소자.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 마스크 패턴은 상기 돌출부 상에 배치되는 발광 소자.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 마스크 패턴은 제1 도전형의 불순물을 포함하는 발광 소자.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 마스크 패턴은 상기 제1 도전형의 반도체층 상에 형성되는 발광 소자.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 러프니스 패턴 상에 전극을 더 포함하는 발광 소자.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 전도성 지지부재와 상기 발광 구조층 사이에 오믹 접촉층 및 반사층 중 적어도 어느 하나를 더 포함하는 발광 소자.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 전도성 지지부재와 상기 발광 구조층 사이에 접합층을 더 포함하는 발광 소자.
  10. 성장 기판 상에 질화물 반도체층을 형성하는 단계;
    상기 질화물 반도체층 상에 마스크층을 형성하는 단계;
    상기 마스크층 상에 발광 구조층을 형성하는 단계;
    상기 발광 구조층 상에 전도성 지지부재를 형성하는 단계;
    상기 성장 기판 및 질화물 반도체층을 제거하는 단계;
    상기 마스크층을 선택적으로 제거하여 마스크 패턴을 형성하는 단계; 및
    상기 마스크 패턴을 마스크로 하여 상기 발광 구조층을 선택적으로 제거하여 돌출부를 형성하는 단계를 포함하는 발광 소자 제조방법.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 질화물 반도체층은 n형 불순물이 주입된 n-GaN층 또는 Un-doped GaN층을 포함하는 발광 소자 제조방법.
  12. 제 10항에 있어서,
    상기 마스크층은 n형 불순물이 주입된 n-AlGaN층을 포함하는 발광 소자 제조방법.
  13. 제 10항에 있어서,
    상기 마스크 패턴을 형성하는 단계와 상기 돌출부를 형성하는 단계는 건식 식각을 통해 연속적으로 진행되는 발광 소자 제조방법.
  14. 제 10항에 있어서,
    상기 마스크 패턴 및 돌출부를 포함하는 발광 구조층 상에 전극을 형성하는 단계를 더 포함하는 발광 소자 제조방법.
  15. 패키지 몸체;
    상기 패키지 몸체에 설치된 제1 전극층 및 제2 전극층; 및
    상기 제1 전극층 및 제2 전극층에 전기적으로 연결되는 청구항 제1항 내지 제9항 중 어느 하나의 항에 기재된 발광 소자를 포함하는 발광 소자 패키지.
  16. 조명 시스템에 있어서,
    상기 조명 시스템은 기판과, 상기 기판 상에 설치된 발광 소자 패키지를 포함하는 발광 모듈을 포함하고,
    상기 발광 소자 패키지는 패키지 몸체; 상기 패키지 몸체에 설치된 제1 전극층 및 제2 전극층; 및 상기 제1 전극층 및 제2 전극층에 전기적으로 연결되는 청구항 제1항 내지 제9항 중 어느 하나의 항에 기재된 발광 소자를 포함하는 조명 시스템.
  17. 제 16항에 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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