KR20120001388A - 발광 소자 - Google Patents
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Abstract
실시 예는 발광 소자 및 발광 소자 제조방법을 제공한다.
실시 예에 따른 발광 소자는, 기판; 상기 기판의 평탄한 상면으로부터 돌출되며 표면이 연속적인 구면을 갖는 복수의 볼록부; 상기 기판 위에 상기 볼록부를 커버하는 두께로 형성된 제1반도체층; 상기 제1반도체층 위에 활성층; 및 상기 활성층 위에 제2도전형 반도체층을 포함한다.
실시 예에 따른 발광 소자는, 기판; 상기 기판의 평탄한 상면으로부터 돌출되며 표면이 연속적인 구면을 갖는 복수의 볼록부; 상기 기판 위에 상기 볼록부를 커버하는 두께로 형성된 제1반도체층; 상기 제1반도체층 위에 활성층; 및 상기 활성층 위에 제2도전형 반도체층을 포함한다.
Description
실시예는 발광 소자에 관한 것이다.
발광 다이오드(Light Emitting Device: LED)는 전기에너지가 빛에너지로 변환되는 특성의 p-n 접합 다이오드를 주기율표상에서 Ⅲ족과 Ⅴ족의 원소가 화합하여 생성될 수 있다. LED는 화합물 반도체의 조성비 및 재질을 조절함으로써 다양한 색상 구현이 가능하다.
발광 다이오드는 순방향 전압 인가 시 n층의 전자와 p층의 정공(hole)이 결합하여 전도대(Conduction band)와 가전대(Valance band)의 에너지 갭에 해당하는 만큼의 빛 에너지를 생성할 수 있다.
특히, 질화물 반도체를 이용한 청색(Blue) LED, 녹색(Green) LED, 자외선(UV) LED 등은 상용화되어 널리 사용되고 있다.
실시예는 발광 효율이 향상된 발광 소자, 발광 소자 제조방법 및 발광 소자 패키지를 제공한다.
실시 예에 따른 발광 소자는, 기판; 상기 기판의 평탄한 상면으로부터 돌출되며 표면이 연속적인 구면을 갖는 복수의 볼록부; 상기 기판 위에 상기 볼록부를 커버하는 두께로 형성된 제1반도체층; 상기 제1반도체층 위에 활성층; 및 상기 활성층 위에 제2도전형 반도체층을 포함한다.
실시 예에 따른 발광 소자 제조방법은, 기판의 상부를 에칭하여 표면이 연속적인 구면을 갖는 복수의 볼록부를 형성하는 단계; 상기 기판의 평탄한 상면부터 상기 볼록부의 커버하는 두께로 형성하는 제1반도체층을 형성하는 단계; 상기 제1반도체층 위에 활성층을 형성하는 단계; 및 상기 활성층 위에 제2도전형 반도체층을 형성하는 단계를 포함한다.
실시 예에 따른 발광 소자 패키지는, 기판; 상기 기판의 평탄한 상면으로부터 돌출되며 표면이 연속적인 구면을 갖는 복수의 볼록부; 상기 기판 위에 상기 볼록부를 커버하는 두께로 형성된 제1반도체층; 상기 제1반도체층 위에 활성층; 및 상기 활성층 위에 제2도전형 반도체층을 포함하는 발광 소자; 상기 발광 소자와 전기적으로 연결된 복수의 리드 전극; 상기 복수의 리드 전극이 배치된 몸체; 및 상기 발광 소자를 커버하는 수지물을 포함한다.
실시예는 발광 효율이 향상된 발광 소자, 발광 소자 제조방법 및 발광 소자 패키지를 제공할 수 있다.
도 1은 실시 예에 따른 발광 소자를 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1의 기판의 볼록부 상세도이다.
도 3은 도 1의 기판의 사시도이다.
도 4 내지 도 8은 실시 예에 따른 발광 소자 제조과정을 나타낸 도면이다.
도 9는 도 1을 이용한 수평형 발광 소자를 나타낸 도면이다.
도 10은 도 1을 이용한 수직형 발광 소자를 나타낸 도면이다.
도 11은 도 9를 이용한 발광 소자 패키지를 나타낸 도면이다.
도 12는 실시 예에 따른 백라이트 유닛을 나타낸 사시도이다.
도 13은 실시 예에 따른 백라이트 유닛의 측 단면도이다.
도 14는 실시 예에 따른 조명 장치를 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1의 기판의 볼록부 상세도이다.
도 3은 도 1의 기판의 사시도이다.
도 4 내지 도 8은 실시 예에 따른 발광 소자 제조과정을 나타낸 도면이다.
도 9는 도 1을 이용한 수평형 발광 소자를 나타낸 도면이다.
도 10은 도 1을 이용한 수직형 발광 소자를 나타낸 도면이다.
도 11은 도 9를 이용한 발광 소자 패키지를 나타낸 도면이다.
도 12는 실시 예에 따른 백라이트 유닛을 나타낸 사시도이다.
도 13은 실시 예에 따른 백라이트 유닛의 측 단면도이다.
도 14는 실시 예에 따른 조명 장치를 나타낸 도면이다.
실시예들의 설명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴들의 "위(on)"에 또는 "아래(under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "위(on)"와 "아래(under)"는 "직접(directly)" 또는 "다른 층을 개재하여 (indirectly)" 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 각 층의 위 또는 아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다.
도면에서 각층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들에 따른 발광 소자에 대해 상세히 설명한다.
도 1은 실시예에 따른 발광 소자(100)의 측 단면도이고, 도 2는 도 1의 A 영역의 확대도이고, 도 3은 실시예에 따른 발광 소자(100)의 기판(105)을 나타내는 도면이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 실시예에 따른 발광 소자(100)는 상면에 복수의 볼록부(107)을 포함하는 기판(105)과, 상기 기판(105) 상에 제1 도전형 반도체층(130), 활성층(140) 및 제2 도전형 반도체층(150)을 포함하는 발광구조물(145)을 포함할 수 있다.
상기 기판(105)은 예를 들어, 사파이어(Al2O3), SiC, GaAs, GaN, ZnO, Si, GaP, InP, Ga2O3 또는 Ge 중 적어도 하나로 형성될 수 있으며, 바람직하게는 사파이어(Al2O3) 재질로 형성될 수 있으나, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 복수의 볼록부(107)는 상기 기판(105)의 상면에 형성되며, 상기 발광 소자(100)의 발광 효율을 향상시켜 줄 수 있다.
상기 복수의 볼록부(107) 각각의 높이(h)는 0.5μm 내지 1.5μm, 바람직하게는 1.1μm 이하이고, 상기 복수의 볼록부(107) 각각의 너비(y)는 0.5μm 내지 1.5μm, 바람직하게는 1μm 이하이다. 또한, 인접한 상기 복수의 볼록부(107)들 사이의 간격(x)은 2.0μm 내지 3.0μm, 바람직하게는 2.5μm 이하일 수 있다.
실시예는 상술한 높이(h), 너비(y) 및 간격(x)을 갖는 상기 복수의 볼록부(107)가 상면에 형성된 상기 기판(105) 상에 상기 발광구조물(145)을 성장시킴으로써, 양호한 결정성을 갖는 발광 소자(100)를 제공할 수 있다.
상기 복수의 볼록부(107)는 상술한 높이(h), 너비(y) 및 간격(x)을 갖도록 형성된 경우, 상기 복수의 볼록부(107)의 표면은 곡면을 가지도록 형성될 수 있다. 즉, 실시 예에 따른 발광 소자(100)는 상기 복수의 볼록부(107)의 표면이 곡면을 가지므로, 바람직하게는 상기 발광구조물(145)의 성장면이 상기 기판(105)의 바닥면 외에는 존재하지 않게 되며, 이에 따라 상기 발광구조물(145)은 양호한 결정성을 가지게 된다.
보다 상세히 설명하면, 일반적인 사파이어(Al2O3) 재질의 기판의 경우, 에칭 공정에 의해 복수의 볼록부을 형성하는 경우 사파이어(Al2O3)의 벽개면을 따라 복수의 볼록부에 불연속적인 면들이 발생하게 된다. 이에 따라 발광구조물은 주된 성장면으로 작용하는 기판의 바닥면 뿐만 아니라, 상기 불연속적인 면들을 또다른 발광구조물의 성장면으로 가지게 된다. 이처럼 상기 발광구조물의 성장면이 복수 개 존재하는 경우, 상기 발광구조물의 복수 개의 상이한 성장 방향에 따라 상기 발광구조물에는 다수의 머지 핏(Merge Pit)이 형성될 수 있다.
따라서 실시예에 따른 발광 소자(100)에서는, 상기 복수의 볼록부(107)을 상술한 높이(h), 너비(y) 및 간격(x)을 갖도록 형성하고, 연속적인 곡면을 갖도록 형성함으로써, 상기 복수의 볼록부(107)들의 표면이 불연속적인 면을 포함하지 않고, 연속적인 곡면으로 형성되어 있어서, 궁극적으로는 발광 소자의 발광 효율을 향상시킬 수 있다.
상기 복수의 볼록부(107)들 각각의 형상은 도 2 및 도 3에 도시된 것처럼 반구 또는 돔(dome) 형상을 갖거나, 원뿔 형상을 가질 수 있으나 이에 대해 한정하지는 않으며, 표면에 불연속적인 면들을 포함하지 않는 형상이면 족하다. 상기 불연속적인 면들은 상기 볼록부(107)의 둘레 면일 수 있다.
상기 기판(105) 상에는 상기 발광구조물(145)이 형성될 수 있다. 상기 발광구조물(145)은 예를 들어, 상기 제1 도전형 반도체층(130), 상기 활성층(140) 및 제2 도전형 반도체층(150)이 순차적으로 적층되어 형성될 수 있으나, 상기 층들에 대해 한정하지는 않는다.
상기 기판(105)과 상기 발광 구조물(145) 사이에는 3족-5족 화합물 반도체층 예컨대, 격자 상수를 줄여주기 위한 버퍼층 또는/및 언도핑된 반도체층이 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 실시 예에서 상기 버퍼층, 언도프드 반도체층, 또는 제1도전형 반도체층 중 적어도 하나는 활성층(140)의 아래 층으로서 제1반도체층으로 정의될 수 있다.
상기 발광구조물(145)은 3족 내지 5족 화합물 반도체, 예를 들어, AlInGaN, GaAs, GaAsP, GaP 계열의 화합물 반도체 재질로 형성될 수 있으며, 상기 제1,2 도전형 반도체층(130,150)으로부터 제공되는 전자 및 정공이 상기 활성층(140)에서 재결합(Recombination) 됨으로써 빛을 생성할 수 있다.
상기 제1 도전형 반도체층(130)은 제1 도전형 도펀트가 도핑된 3족-5족 원소의 화합물 반도체, 예를 들어, GaN, AlN, AlGaN, InGaN, InN, InAlGaN, AlInN, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP, AlGaInP 등으로 이루어진 군에서 선택될 수 있다. 상기 제1 도전형 반도체층(130)이 n형 반도체층인 경우, 상기 제1 도전형 도펀트는 Si, Ge, Sn, Se, Te 등과 같은 n형 도펀트를 포함할 수 있다. 또한, 상기 제1 도전형 반도체층(130)은 단층 또는 다층으로 형성될 수 있다.
상기 제1 도전형 반도체층(130) 상에는 상기 활성층(140)이 형성될 수 있다. 상기 활성층(140)은 제1 도전형 반도체층(130)을 통해서 주입되는 전자와 상기 제2 도전형 반도체층(150)을 통해서 주입되는 정공이 서로 만나서 화합물 반도체 재질 고유의 에너지 밴드에 의해서 결정되는 파장대를 갖는 빛을 방출하는 층이다.
상기 활성층(140)은 단일 양자 우물 구조, 다중 양자 우물 구조(MQW), 양자점 구조 또는 양자선 구조 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 상기 활성층(140)은 3족-5족 원소의 화합물 반도체 재료를 이용하여 우물층과 장벽층을 교번하여 적층함으로써 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 활성층(140)은 InGaN 우물층 및 GaN 장벽층이 교번하여 적층되거나, InGaN 우물층 및 AlGaN 장벽층이 교번하여 적층됨으로써 형성될 수 있다.
또한, 상기 활성층(140)의 위 또는/및 아래에는 도전형 클래드(Clad)층이 형성될 수도 있으며, 상기 도전형 클래드층은 AlGaN계 반도체로 형성될 수 있다.
상기 활성층(140) 상에는 상기 제2 도전형 반도체층(150)이 형성될 수 있다. 상기 제2 도전형 반도체층(150)은 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 도전형 반도체층(150)이 p형 반도체층인 경우, 상기 제2 도전형 도펀트는 Mg, Zn 등과 같은 p형 도펀트를 포함할 수 있다. 또한, 상기 제2 도전형 반도체층(150)은 단층 또는 다층으로 형성될 수 있다.
한편, 상기 제2 도전형 반도체층(150) 상에 n형 반도체층을 포함할 수 있다. 또한 상기 제1 도전형 반도체층(130)이 p형 반도체층이고, 상기 제2 도전형 반도체층(150)이 n형 반도체층으로 구현될 수도 있다. 이에 따라 상기 발광 구조물(145)은 np 접합, pn 접합, npn 접합 및 pnp 접합 구조 중 적어도 하나로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
이하, 실시예에 따른 발광 소자의 제조방법에 대해 설명한다.
도 4 내지 도 8은 실시예에 따른 발광 소자의 제조방법을 설명하는 도면이다.
도 4를 참조하면, 기판(105) 상에 패턴마스크(103)를 형성한다. 상기 패턴마스크(103)는 후속 공정에서 형성될 복수의 볼록부(107)에 대응하는 형상으로 형성될 수 있다. 상기 패턴마스크(103)의 두께는 에칭 조건에 따라 달라질 수 있으며, 수 nm 또는 수 um 이상으로 형성될 수 있다.
도 5를 참조하면, 상기 패턴마스크(103)를 따라 상기 기판(105)의 상면을 선택적으로 제거하여 상기 복수의 볼록부(107)를 형성할 수 있다.
상기 복수의 볼록부(107)는 예를 들어, 에칭 공정에 의해 형성될 수 있으며, 상기 에칭 공정은 예를 들어, ICP(Inductively Coupled Plasma)와 같은 드라이 에칭 또는 에칭 용액을 사용한 웨트 에칭 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 복수의 볼록부(107) 각각의 높이(h)는 0.5μm 내지 1.5μm, 바람직하게는 1.1μm 이하이고, 상기 복수의 볼록부(107) 각각의 너비(y)는 0.5μm 내지 1.5μm, 바람직하게는 1μm 이하이다. 또한, 인접한 상기 복수의 볼록부(107)들 사이의 간격(x)은 2.0μm 내지 3.0μm, 바람직하게는 2.5μm 이하일 수 있다.
실시예는 상술한 높이(h), 너비(y) 및 간격(x)을 갖는 상기 복수의 볼록부(107)가 상면에 형성된 상기 기판(105) 상에 화합물 반도체층을 성장시킴으로써, 양호한 결정성을 갖는 반도체층을 제공할 수 있다.
상기 복수의 볼록부(107)는 상술한 높이(h), 너비(y) 및 간격(x)을 갖도록 형성된 경우, 상기 복수의 볼록부(107)의 표면은 불연속적인 면이 존재하지 않는 연속적인 곡면을 가지도록 형성될 수 있다. 즉, 상기 복수의 볼록부(107)의 둘레 면이 연속적인 곡면을 가지므로, 바람직하게는 화합물 반도체층의 성장 면(plane)이 상기 기판(105)의 바닥면 외에는 존재하지 않게 되며, 이에 따라 상기 화합물 반도체층은 양호한 결정성을 갖고 성장될 수 있다.
보다 상세히 설명하면, 일반적인 사파이어(Al2O3) 재질의 기판의 경우, 에칭 공정에 의해 복수의 볼록부을 형성하는 경우 사파이어(Al2O3)의 벽개면을 따라 복수의 볼록부에 불연속적인 면들이 발생하게 된다. 이에 따라 화합물 반도체층은 주된 성장면으로 작용하는 기판의 바닥면 뿐만 아니라, 상기 불연속적인 면들을 또다른 발광구조물의 성장면으로 가지게 된다. 이처럼 상기 발광구조물의 성장면이 복수 개 존재하는 경우, 상기 발광구조물의 복수 개의 상이한 성장 방향에 따라 상기 발광구조물에는 다수의 머지 핏(Merge Pit)이 형성될 수 있다.
따라서 상기 복수의 볼록부(107)는 상술한 높이(h), 너비(y) 및 간격(x), 그리고 연속적인 곡면으로 형성됨으로써, 상기 복수의 볼록부(107)들의 표면이 불연속적인 면을 포함하지 않고, 연속적인 곡면으로 형성되어 있어서, 궁극적으로는 서로 다른 성장 면으로 성장될 수 있는 반도체층의 성장을 차단시켜 줄 수 있다.
상기 복수의 볼록부(107)들 각각의 형상은 도 2 및 도 3에 도시된 것처럼 반구 또는 돔(dome) 형상을 갖거나, 원뿔 형상을 가질 수 있으나 이에 대해 한정하지는 않으며, 표면에 불연속적인 면들을 포함하지 않는 형상이면 족하다. 상기 불연속적인 면들은 상기 볼록부(107)의 둘레 면일 수 있다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 상기 기판(105) 상에는 복수의 화합물 반도체층이 형성될 수 있다.
상기 화합물 반도체층의 성장 장비는 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) 또는 수소화물 기상 성장법(HVPE; Hydride Vapor Phase Epitaxy) 중 적어도 하나의 성장 방법을 이용하여 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 기판(105) 위에는 3족-5족 화합물 반도체층이 형성될 수 있으며, 상기 3족-5족 화합물 반도체층은 기판(105)과 반도체 사이의 격자 상수를 줄여주기 위한 버퍼층, 결정을 개선시켜 주기 위한 언도프드 반도체층, 또는 도전형 도펀트가 도핑된 반도체층 중에서 선택적으로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 여기서, 상기 버퍼층 또는 상기 언도프드 반도체층의 일부는 상기 볼록부 상단보다 낮은 영역인 기판 상에 배치될 수 있다. 즉, 상기 버퍼층은 상기 볼록부에 형성되지 않고 기판의 평탄한 상면에만 형성될 수 있다. 이하, 실시 예는 상기 기판(105) 상에 제1도전형 반도체층(130)이 형성된 예를 그 예로 설명하기로 한다.
상기 제1 도전형 반도체층(130)에는 제1도전형 도펀트가 도핑된다. 상기 제1도전형 도펀트는 Si, Ge, Sn, Se, Te 등을 포함한다. 상기 제1도전형 반도체층(130)은 예컨대, GaN 반도체인 경우 NH3, TMGa(또는 TEGa), 및 Si와 같은 n형 도펀트를 포함한 실란가스를 공급하여 소정 두께로 형성될 수 있다. 이때 상기 성장 압력은 고압 조건 예컨대, 4000 torr 이상의 압력 조건에서 성장될 수 있다.
상기 기판(105) 상에 제1도전형 반도체층(130)이 성장될 때, 상기 제1도전형 반도체층(130)은 상기 기판(105)의 상면을 통해서 성장되며, 상기 기판(105)의 볼록부(107)의 둘레 면에는 성장이 전혀 이루어지지 않게 된다. 즉, 상기 기판(105)의 볼록부(107)의 둘레 면이 연속적인 곡면으로 형성됨으로써, 상기 3족-5족 화합물 반도체가 전혀 성장이 이루어지지 않게 되고, 상기 기판(105)의 상면을 통해서 성장이 이루어진다. 이에 따라 상기 제1도전형 반도체층(130)은 상기 기판(105)의 볼록부(107)의 두께 정도로 성장될 때, 상기 제1도전형 반도체층(130)은 상기 볼록부(107) 위에서 균일하게 서로 병합될 수 있다. 이러한 성장 방법으로 상기 볼록부(107) 위에서 다른 성장 면의 반도체층이 성장되는 것을 차단함으로써, 보이드(void) 및 미세 핀 홀(pin hole)의 생성을 차단할 수 있다. 이처럼 상기 제1도전형 반도체층(130)의 성장 방향이 상기 기판(105)의 상면에 대해 수직한 방향으로 성장됨으로써, 상기 화합물 반도체층에는 머지 핏(Merge Pit)이 생성되는 것을 차단할 수 있다. 상기 제1도전형 반도체층(130)의 상부가 상기 볼록부(107) 위에서 서로 합쳐지게 되며, 이때 머지 핏의 밀도를 감소시킬 수 있다.
실시 예의 볼록부(107)는 상기 기판(105)의 에칭을 통해 형성하는 것을 그 예로 설명하였으나, 별도의 물질 층을 형성한 후 구면 형상의 볼록부(107)로 형성할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
도 8을 참조하면, 상기 제1 도전형 반도체층(130)은 수 ㎛ 이상의 두께로 성장시킨 후, 상기 제1도전형 반도체층(130) 위에 활성층(140) 및 제2 도전형 반도체층(150)을 성장하게 된다. 이에 따라 발광 구조물(145)을 제공할 수 있다.
도 9는 실시 예에 따른 발광 소자를 이용한 수평형 발광 소자의 측 단면도이다.
도 9를 참조하면, 수평형 발광 소자(100A)는 발광 구조물(145) 위에 투명전극층(170)이 형성된다. 메사 에칭을 통해 상기 제1도전형 반도체층(130) 위에 제1전극(160)을 형성하고, 상기 투명 전극층(170) 및 상기 제2도전형 반도체층(150)의 위에 제2전극(180)을 형성하게 된다. 상기 제2전극(180)은 상기 투명 전극층(170) 및 상기 제2도전형 반도체층(150) 중 적어도 하나에 접촉될 수 있다. 상기 제1,2 전극(160,180)은 상기 발광 소자(100)에 전원을 제공할 수 있다.
상기 투명 전극층(170)은 메사 에칭 전 또는 메사 에칭 후에 형성될 수 있다. 이때 상기 메사 에칭은 예를 들어, ICP(Inductively Coupled Plasma)와 같은 드라이 에칭 방법을 사용할 수 있으나, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 투명전극층(170) 및 상기 제2 전극(180)은 상기 제2 도전형 반도체층(150) 상에 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 투명전극층(170)은 투광성을 가지면서 상기 제2 도전형 반도체층(150)과 오믹 접촉을 형성하는 재질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 투명전극층(170)은 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 적어도 하나를 포함하도록 형성될 수 있으며, 단층 또는 다층 구조를 가질 수 있다.
상기 제2 전극(180)은 예를 들어, Cu, Cr, Au, Al, Ag, Sn, Ni, Pt, Pd 중 적어도 하나를 포함하는 금속 또는 합금으로 형성될 수 있다.
도 10은 실시예에 따른 발광 소자를 이용한 수직형 발광 소자의 측 단면도이다.
도 10을 참조하면, 수직형 발광 소자(100B)는 발광 구조물(135) 상에 전극층(200)과, 발광구조물(145) 아래에 제3 전극(190)을 형성할 수 있다. 상기 전극층(200)은 오믹층(210), 반사층(220), 접합층(230) 및 전도성 지지부재(240)를 포함할 수 있다.
상기 오믹층(210)은 상기 제2 도전형 반도체층(150) 상에 형성될 수 있으며, 상기 제2 도전형 반도체층(150)과 오믹 접촉을 형성할 수 있다. 상기 오믹층(210)은 예를 들어, 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 적어도 하나를 포함하도록 형성될 수 있으며, 단층 또는 다층 구조를 가질 수 있다.
상기 반사층(220)은 상기 오믹층(210) 상에 형성될 수 있다. 상기 반사층(220)은 상기 발광구조물(145)에서 발생한 빛을 반사시킴으로써 외부로 추출되는 광량을 증가시킬 수 있다. 상기 반사층(220)은 고 반사율을 갖는 재질, 예를 들어 Ag, Pd, Al, Cu, Pt 중 적어도 하나를 포함하는 금속 또는 합금으로 형성될 수 있으나 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 반사층(220) 상에는 상기 접합층(230)이 형성될 수 있다. 상기 접합층(230)은 상기 전도성 지지부재(240) 및 상기 반사층(220) 사이의 계면 접합력을 향상시킬 수 있다. 상기 접합층(230)은 접착력이 좋은 금속 재질, 예를 들어 Ti, Au, Sn, Ni, Cr, Ga, In, Bi, Cu, Ag 또는 Ta 중 적어도 하나를 포함하여 단층 또는 다층 구조로 형성될 수 있다.
상기 접합층(230) 상에는 상기 전도성 지지부재(240)가 형성될 수 있다.
상기 전도성 지지부재(240)는 상기 발광 구조물(145)을 지지하며, 상기 제3 전극(190)과 함께 상기 발광 소자(100B)에 전원을 제공할 수 있다. 상기 전도성 지지부재(240)는 예를 들어, 구리(Cu), 금(Au), 니켈(Ni), 몰리브덴(Mo), 구리-텅스텐(Cu-W), 캐리어 웨이퍼(예: Si, Ge, GaAs, ZnO, Sic 등) 중 적어도 어느 하나로 형성될 수 있다.
상기 전도성 지지부재(240)는 별도의 시트(sheet)로 준비되어 본딩 방식으로 형성되거나, 증착 또는 도금 방식에 의해 형성될 수 있다. 이때, 상기 전도성 지지부재(240)가 증착 또는 도금 방식에 의해 형성되는 경우 상기 접합층(230)은 형성되지 않을 수도 있으며 이에 대해 한정하지는 않는다.
도 11은 실시예에 따른 발광 소자를 포함하는 발광 소자 패키지의 측 단면도이다.
도 11을 참조하면, 실시예에 따른 발광 소자 패키지(30)는 몸체(31)와, 상기 몸체(31)에 설치된 제1 리드전극(32) 및 제2 리드전극(33)과, 상기 몸체(31)에 설치되어 상기 제1 리드전극(32) 및 제2 전극 리드(33)와 전기적으로 연결되는 실시예에 따른 발광 소자(100A)와, 상기 발광 소자(100A)를 포위하는 몰딩 부재(37)를 포함한다.
상기 몸체(31)는 실리콘 재질, 합성수지 재질, 금속 재질, 사파이어(Al2O3) 또는 인쇄회로기판(PCB, Printed Circuit Board) 중 적어도 하나를 포함하여 형성될 수 있으며, 상기 발광 소자(100A)의 주위에 경사면이 형성될 수 있다.
상기 제1 리드전극(32) 및 제2 리드전극(33)은 서로 전기적으로 분리되며, 상기 발광 소자(100A)에 전원을 제공한다. 또한, 상기 제1 리드전극(32) 및 제2 리드전극(33)은 상기 발광 소자(100A)에서 발생된 빛을 반사시켜 광 효율을 증가시킬 수 있으며, 상기 발광 소자(100A)에서 발생된 열을 외부로 배출시키는 역할을 할 수도 있다.
상기 제1 리드전극(32) 및 제2 리드전극(33)은 일단이 상기 몸체(31) 상에 배치되고, 타단이 상기 몸체(31)의 외측을 따라 하면에 배치된 것으로 도시되었지만 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 발광 소자(100A)는 상기 몸체(31) 상에 설치되거나, 상기 제1 리드전극(32) 또는 제2 리드전극(33) 상에 설치될 수 있다.
상기 발광 소자(100A)는 와이어를 통해 상기 제1 리드전극(32) 및 제2 리드전극(33)과 전기적으로 연결되는 와이어 방식으로 도시되었으나, 이에 대해 한정하지는 않으며, 예를 들어, 상기 발광 소자(100A)는 상기 제1 리드전극(32) 및 제2 리드전극(33)과 플립칩 방식 또는 다이 본딩 방식에 의해 전기적으로 연결될 수도 있다. 상기 발광 소자(100A)는 상기에 개시된 수평형 전극 구조 또는 수직형 전극 구조를 갖는 소자일 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 몰딩부재(37)는 투과성을 갖는 실리콘 또는 수지 재질로 형성될 수 있으며, 상기 발광 소자(100A)를 포위하여 보호할 수 있다. 또한, 상기 몰딩부재(37)에는 형광체가 포함되어 상기 발광 소자(100A)에서 방출된 광의 파장을 변화시킬 수 있다.
실시 예의 패키지는 탑뷰 형태로 도시하고 설명하였으나, 사이드 뷰 방식으로 구현하여 상기와 같은 방열 특성, 전도성 및 반사 특성의 개선 효과가 있으며, 이러한 탑뷰 또는 사이드 뷰 방식의 발광 소자는 상기와 같이 수지층으로 패키징한 후, 렌즈를 상기 수지층 위에 형성하거나, 접착할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
<라이트 유닛>
실시예에 따른 발광 소자 또는 발광 소자 패키지는 라이트 유닛에 적용될 수 있다. 상기 라이트 유닛은 복수의 발광 소자 또는 발광 소자 패키지가 어레이된 구조를 포함하며, 도 12 및 도 13에 도시된 표시 장치, 도 14에 도시된 조명 장치를 포함하고, 조명등, 신호등, 차량 전조등, 전광판 등이 포함될 수 있다.
도 12는 실시 예에 따른 표시 장치의 분해 사시도이다.
도 12를 참조하면, 실시예에 따른 표시 장치(1000)는 도광판(1041)과, 상기 도광판(1041)에 빛을 제공하는 발광 모듈(1031)와, 상기 도광판(1041) 아래에 반사 부재(1022)와, 상기 도광판(1041) 위에 광학 시트(1051)와, 상기 광학 시트(1051) 위에 표시 패널(1061)과, 상기 도광판(1041), 발광 모듈(1031) 및 반사 부재(1022)를 수납하는 바텀 커버(1011)를 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
상기 바텀 커버(1011), 반사시트(1022), 도광판(1041), 광학 시트(1051)는 라이트 유닛(1050)으로 정의될 수 있다.
상기 도광판(1041)은 빛을 확산시켜 면광원화 시키는 역할을 한다. 상기 도광판(1041)은 투명한 재질로 이루어지며, 예를 들어, PMMA(polymethyl metaacrylate)와 같은 아크릴 수지 계열, PET(polyethylene terephthlate), PC(poly carbonate), COC(cycloolefin copolymer) 및 PEN(polyethylene naphthalate) 수지 중 하나를 포함할 수 있다.
상기 발광모듈(1031)은 상기 도광판(1041)의 적어도 일 측면에 빛을 제공하며, 궁극적으로는 표시 장치의 광원으로써 작용하게 된다.
상기 발광모듈(1031)은 적어도 하나를 포함하며, 상기 도광판(1041)의 일 측면에서 직접 또는 간접적으로 광을 제공할 수 있다. 상기 발광 모듈(1031)은 기판(1033)과 상기에 개시된 실시 예에 따른 발광 소자 패키지(30)를 포함하며, 상기 발광 소자 패키지(30)는 상기 기판(1033) 상에 소정 간격으로 어레이될 수 있다.
상기 기판(1033)은 회로패턴(미도시)을 포함하는 인쇄회로기판(PCB, Printed Circuit Board)일 수 있다. 다만, 상기 기판(1033)은 일반 PCB 뿐 아니라, 메탈 코어 PCB(MCPCB, Metal Core PCB), 연성 PCB(FPCB, Flexible PCB) 등을 포함할 수도 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 발광 소자 패키지(30)는 상기 바텀 커버(1011)의 측면 또는 방열 플레이트 상에 탑재될 경우, 상기 기판(1033)은 제거될 수 있다. 여기서, 상기 방열 플레이트의 일부는 상기 바텀 커버(1011)의 상면에 접촉될 수 있다.
그리고, 상기 복수의 발광 소자 패키지(30)는 상기 기판(1033) 상에 빛이 방출되는 출사면이 상기 도광판(1041)과 소정 거리 이격되도록 탑재될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 발광 소자 패키지(30)는 상기 도광판(1041)의 일측면인 입광부에 광을 직접 또는 간접적으로 제공할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 도광판(1041) 아래에는 상기 반사 부재(1022)가 배치될 수 있다. 상기 반사 부재(1022)는 상기 도광판(1041)의 하면으로 입사된 빛을 반사시켜 위로 향하게 함으로써, 상기 라이트 유닛(1050)의 휘도를 향상시킬 수 있다. 상기 반사 부재(1022)는 예를 들어, PET, PC, PVC 레진 등으로 형성될 수 있으나, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 반사 부재(1022)는 상기 바텀 커버(1011)의 상면일 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 바텀 커버(1011)는 상기 도광판(1041), 발광모듈(1031) 및 반사 부재(1022) 등을 수납할 수 있다. 이를 위해, 상기 바텀 커버(1011)는 상면이 개구된 박스(box) 형상을 갖는 수납부(1012)가 구비될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 바텀 커버(1011)는 탑 커버와 결합될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 바텀 커버(1011)는 금속 재질 또는 수지 재질로 형성될 수 있으며, 프레스 성형 또는 압출 성형 등의 공정을 이용하여 제조될 수 있다. 또한 상기 바텀 커버(1011)는 열 전도성이 좋은 금속 또는 비 금속 재료를 포함할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 표시 패널(1061)은 예컨대, LCD 패널로서, 서로 대향되는 투명한 재질의 제 1 및 제 2기판, 그리고 제 1 및 제 2기판 사이에 개재된 액정층을 포함한다. 상기 표시 패널(1061)의 적어도 일면에는 편광판이 부착될 수 있으며, 이러한 편광판의 부착 구조로 한정하지는 않는다. 상기 표시 패널(1061)은 광학 시트(1051)를 통과한 광에 의해 정보를 표시하게 된다. 이러한 표시 장치(1000)는 각 종 휴대 단말기, 노트북 컴퓨터의 모니터, 랩탑 컴퓨터의 모니터, 텔레비젼 등에 적용될 수 있다.
상기 광학 시트(1051)는 상기 표시 패널(1061)과 상기 도광판(1041) 사이에 배치되며, 적어도 한 장의 투광성 시트를 포함한다. 상기 광학 시트(1051)는 예컨대 확산 시트, 수평 및 수직 프리즘 시트, 및 휘도 강화 시트 등과 같은 시트 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 확산 시트는 입사되는 광을 확산시켜 주고, 상기 수평 또는/및 수직 프리즘 시트는 입사되는 광을 표시 영역으로 집광시켜 주며, 상기 휘도 강화 시트는 손실되는 광을 재사용하여 휘도를 향상시켜 준다. 또한 상기 표시 패널(1061) 위에는 보호 시트가 배치될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
여기서, 상기 발광 모듈(1031)의 광 경로 상에는 광학 부재로서, 상기 도광판(1041), 및 광학 시트(1051)를 포함할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
도 13은 실시 예에 따른 표시 장치를 나타낸 도면이다.
도 13을 참조하면, 표시 장치(1100)는 바텀 커버(1152), 상기에 개시된 발광 소자 패키지(30)가 어레이된 기판(1120), 광학 부재(1154), 및 표시 패널(1155)을 포함한다.
상기 기판(1120)과 상기 발광 소자 패키지(30)는 발광 모듈(1060)로 정의될 수 있다. 상기 바텀 커버(1152), 적어도 하나의 발광 모듈(1060), 광학 부재(1154)는 라이트 유닛으로 정의될 수 있다.
상기 바텀 커버(1152)에는 수납부(1153)를 구비할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
여기서, 상기 광학 부재(1154)는 렌즈, 도광판, 확산 시트, 수평 및 수직 프리즘 시트, 및 휘도 강화 시트 등에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 도광판은 PC 재질 또는 PMMA(Poly methy methacrylate) 재질로 이루어질 수 있으며, 이러한 도광판은 제거될 수 있다. 상기 확산 시트는 입사되는 광을 확산시켜 주고, 상기 수평 및 수직 프리즘 시트는 입사되는 광을 표시 영역으로 집광시켜 주며, 상기 휘도 강화 시트는 손실되는 광을 재사용하여 휘도를 향상시켜 준다.
상기 광학 부재(1154)는 상기 발광 모듈(1060) 위에 배치되며, 상기 발광 모듈(1060)로부터 방출된 광을 면 광원하거나, 확산, 집광 등을 수행하게 된다.
도 14는 실시 예에 따른 조명 장치의 사시도이다.
도 14를 참조하면, 조명 장치(1500)는 케이스(1510)와, 상기 케이스(1510)에 설치된 발광모듈(1530)과, 상기 케이스(1510)에 설치되며 외부 전원으로부터 전원을 제공받는 연결 단자(1520)를 포함할 수 있다.
상기 케이스(1510)는 방열 특성이 양호한 재질로 형성되는 것이 바람직하며, 예를 들어 금속 재질 또는 수지 재질로 형성될 수 있다.
상기 발광 모듈(1530)은 기판(1532)과, 상기 기판(1532)에 탑재되는 실시 예에 따른 발광 소자 패키지(30)를 포함할 수 있다. 상기 발광 소자 패키지(30)는 복수개가 매트릭스 형태 또는 소정 간격으로 이격되어 어레이될 수 있다.
상기 기판(1532)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, FR-4 기판 등을 포함할 수 있다.
또한, 상기 기판(1532)은 빛을 효율적으로 반사하는 재질로 형성되거나, 표면이 빛이 효율적으로 반사되는 컬러, 예를 들어 백색, 은색 등의 코팅층될 수 있다.
상기 기판(1532) 상에는 적어도 하나의 발광 소자 패키지(30)가 탑재될 수 있다. 상기 발광 소자 패키지(30) 각각은 적어도 하나의 LED(LED: Light Emitting Diode) 칩을 포함할 수 있다. 상기 LED 칩은 적색, 녹색, 청색 또는 백색 등과 같은 가시 광선 대역의 발광 다이오드 또는 자외선(UV, Ultra Violet)을 발광하는 UV 발광 다이오드를 포함할 수 있다.
상기 발광모듈(1530)은 색감 및 휘도를 얻기 위해 다양한 발광 소자 패키지(30)의 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.
상기 연결 단자(1520)는 상기 발광모듈(1530)과 전기적으로 연결되어 전원을 공급할 수 있다. 상기 연결 단자(1520)는 소켓 방식으로 외부 전원에 돌려 끼워져 결합되지만, 이에 대해 한정하지는 않는다. 예를 들어, 상기 연결 단자(1520)는 핀(pin) 형태로 형성되어 외부 전원에 삽입되거나, 배선에 의해 외부 전원에 연결될 수도 있는 것이다.
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.
또한, 이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 발광 소자, 기판: 105, 107: 볼록부, 130: 제1도전형 반도체층, 140: 활성층, 150: 제2도전형 반도체층, 145: 발광 구조물
Claims (10)
- 기판;
상기 기판의 평탄한 상면으로부터 돌출되며 표면이 연속적인 구면을 갖는 복수의 볼록부;
상기 기판 위에 상기 볼록부를 커버하는 두께로 형성된 제1반도체층;
상기 제1반도체층 위에 활성층; 및
상기 활성층 위에 제2도전형 반도체층을 포함하는 발광 소자. - 제1항에 있어서, 상기 기판과 상기 볼록부는 동일한 재질로 형성되는 발광 소자.
- 제2항에 있어서, 상기 기판은 사파이어 기판을 포함하는 발광 소자.
- 제1항에 있어서, 상기 볼록부의 높이는 0.5μm 내지 1.5μm 범위를 포함하는 발광 소자.
- 제1항에 있어서, 상기 볼록부의 너비는 0.5μm 내지 1.5μm 범위를 포함하는 발광 소자.
- 제1항에 있어서, 상기 볼록부 간의 간격은 2.0μm 내지 3.0μm 범위를 포함하는 발광 소자.
- 제1항에 있어서, 상기 볼록부는 반구 형상, 돔 형상, 또는 원뿔 형상 중 적어도 하나를 포함하는 발광 소자.
- 제1항에 있어서, 상기 볼록부에서의 연속적인 구면은 상기 볼록부의 전체 둘레 면에 형성되는 발광 소자.
- 제1항에 있어서, 제1항에 있어서, 상기 제1반도체층은 3족-5족 화합물 반도체를 포함하는 버퍼층, 언도프드 반도체층, 또는 제1도전형 반도체층 중 적어도 하나를 포함하는 발광 소자.
- 제1항에 있어서, 상기 제1도전형 반도체층은 n형 반도체층 또는 p형 반도체층을 포함하는 발광 소자.
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