KR20120011172A - 분포 브래그 반사기를 갖는 발광 다이오드 - Google Patents

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Abstract

분포 브래그 반사기를 갖는 발광 다이오드가 개시된다. 이 발광 다이오드는, 기판과, 기판 상부에 위치하고, 제1 도전형 반도체층과 제2 도전형 반도체층 사이에 개재된 활성층을 포함하는 발광 구조체와, 기판 하부에 위치하고, 발광 구조체에서 방출된 광을 반사하는 하부 분포 브래그 반사기를 포함한다. 이 하부 분포 브래그 반사기는 청색 파장 영역의 제1 파장의 광, 녹색 파장 영역의 제2 파장의 광 및 적색 파장 영역의 제3 파장의 광에 대해 90% 이상의 반사율을 가지며, SiO2층과 Nb2O5층을 교대로 반복하여 적층한 구조를 갖는다. 이에 따라, 백색광을 구현하는 발광 다이오드 패키지의 광 추출 효율을 개선할 수 있는 발광 다이오드를 제공할 수 있다.

Description

분포 브래그 반사기를 갖는 발광 다이오드{LIGHT EMITTING DIODE HAVING DISTRIBUTED BRAGG REFLECTOR}
본 발명은 발광 다이오드에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 분포 브래그 반사기를 갖는 발광 다이오드에 관한 것이다.
청색 또는 자외선을 방출하는 질화갈륨 계열의 발광 다이오드가 다양한 응용에 적용되고 있으며, 특히, 백라이트 유닛 또는 일반 조명 등에 요구되는 혼색광, 예컨대 백색광을 방출하는 다양한 종류의 발광 다이오드 패키지가 시판되고 있다.
발광 다이오드 패키지의 광 출력은 주로 발광 다이오드의 광 효율에 의존하기 때문에 발광 다이오드의 광 효율을 개선하려는 노력이 계속되고 있다. 특히, 발광 다이오드의 광 추출 효율을 개선하려는 노력이 계속되고 있으며, 이러한 노력의 하나로, 사파이어와 같은 투명기판의 하부면에 금속 반사기를 형성하는 기술이 알려져 있다.
도 1은 종래 사파이어 기판의 하부면에 알루미늄층을 형성하여 측정한 반사율을 나타낸다.
도 1을 참조하면, 알루미늄층을 형성하지 않은 사파이어 기판의 경우 약 20%의 반사율을 나타내지만, 알루미늄층을 형성한 경우, 가시광선 영역의 전 파장에 걸쳐 약 80%의 반사율을 나타내는 것을 알 수 있다.
한편, 도 2는 사파이어 기판의 하부면에 TiO2/SiO2를 주기적으로 반복하여 분포 브래그 반사기를 형성하여 측정한 반사율을 나타낸다.
알루미늄층 대신에, 발광 다이오드에서 방출되는 광, 예컨대 460nm의 피크 파장의 광에 대한 분포 브래그 반사기(DBR)를 설치한 경우, 도 2에 도시된 바와 같이, 청색 파장 영역, 예컨대 400~500nm의 파장 영역에서 반사율이 거의 100%에 도달함을 알 수 있다.
그러나 상기 DBR은 가시광선 영역 중 일부 영역에 대해 반사율을 높일 수 있을 뿐이며 다른 영역에 대한 반사율은 상당히 낮다. 즉, 도 2에 보이듯이, 약 520nm 이상의 파장에 대해 반사율이 급격히 감소하며, 550nm 이상에서는 대부분 반사율이 50% 미만이 된다.
따라서 DBR을 적용한 발광 다이오드를 백색광을 구현하는 발광 다이오드 패키지에 실장할 경우, 발광 다이오드에서 방출된 청색 파장 영역의 광에 대해서는 높은 반사율을 나타내지만, 녹색 및/또는 적색 파장 영역의 광에 대해서는 DBR이 효과적인 반사 특성을 나타내지 못하며 따라서 패키지에서의 광 효율 개선에 한계가 있다.
본 발명이 해결하려는 과제는, 혼색광, 특히 백색광을 구현하는 패키지에 적합한 발광 다이오드를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하려는 또 다른 과제는, 패키지에서의 광 효율을 개선할 수 있는 발광 다이오드를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하려는 또 다른 과제는, 발광 다이오드 외부에서 발광 다이오드로 입사되는 광이 발광 다이오드 내부에서 손실되는 것을 방지할 수 있는 발광 다이오드를 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예들에 따른 발광 다이오드는, 기판; 상기 기판 상부에 위치하고, 제1 도전형 반도체층과 제2 도전형 반도체층 사이에 개재된 활성층을 포함하는 발광 구조체; 및 상기 기판 하부에 위치하고, 상기 발광 구조체에서 방출된 광을 반사하는 하부 분포 브래그 반사기(distributed bragg reflector)를 포함한다. 여기서, 상기 하부 분포 브래그 반사기는 청색 파장 영역의 제1 파장의 광, 녹색 파장 영역의 제2 파장의 광 및 적색 파장 영역의 제3 파장의 광에 대해 90% 이상의 반사율을 갖고, 상기 분포 브래그 반사기는 SiO2층과 Nb2O5층을 교대로 반복하여 적층한 구조를 갖는다.
본 출원인의 2009년 11월 13일자 출원한 출원번호 제10-2009-0109870호는 청색, 녹색 및 적색 영역의 파장의 광에 대해 반사율이 90% 이상인 분포 브래그 반사기를 갖는 발광 다이오드를 개시하고 있다. 상기 출원은 굴절률이 서로 다른 층, 예컨대 TiO2/SiO2를 반복하여 적층함으로써 청색 영역뿐만 아니라 녹색 또는 적색 영역의 파장의 광에 대해서도 높은 반사율을 갖는 분포 브래그 반사기를 제공하고 있다. 본 발명자들은 TiO2/SiO2의 반복 적층(41층)에 의해 형성된 분포 브래그 반사기에 Ag 에폭시 페이스트를 도포하여 경화시킬 경우, 분포 브래그 반사기의 반사율이 Ag 에폭시 페이스트 경화전에 비해 감소되는 것을 발견하였다. 이는 분포 브래그 반사기를 이루는 층의 적층수가 상대적으로 적어 분포 브래그 반사기와 Ag 에폭시 계면에서의 광 산란 또는 Ag 에폭시에 의한 광 흡수에 의해 반사율이 떨어지기 때문으로 예상된다. 이를 방지하기 위해, 분포 브래그 반사기의 적층수를 더 증가시킬 필요가 있다. 한편, 분포 브래그 반사기의 적층수 증가는 분포 브래그 반사기와 Ag 에폭시 계면의 상태에 의한 영향을 줄일 수는 있으나, 분포 브래그 반사기를 이루는 각 층의 광 흡수율에 의해 광 손실이 유발되어 반사율이 감소될 수 있다.
따라서, TiO2보다 광 흡수율이 낮은 Nb2O5를 채택하여 SiO2/Nb2O5의 분포 브래그 반사기를 형성함으로써 적층 수 증가에 따른 광 손실을 방지할 수 있다.
바람직하게, 상기 분포 브래그 반사기는 적어도 25쌍의 굴절률이 서로 다른 층, 예컨대, SiO2/Nb2O5를 포함할 수 있다.
상기 분포 브래그 반사기는 상기 기판의 하부면과 접촉할 수 있으며, 바람직하게 SiO2가 상기 기판의 하부면에 접촉할 수 있다. 기판 하부면에 SiO2를 먼저 형성함으로써 분포 브래그 반사기의 접착력을 향상시킬 수 있다. 또한, 상기 분포 브래그 반사기의 마지막층은 SiO2일 수 있다. 상기 마지막층은 분포 브래그 반사기를 보호하는 보호층의 기능을 수행한다.
몇몇 실시예들에 있어서, 상기 분포 브래그 반사기 하부에 금속층, 예컨대 알루미늄층이 위치할 수 있다. 상기 금속층은 발광 다이오드를 구동하는 동안 생성되는 열 방출을 돕는다.
몇몇 실시예들에 있어서, 상기 발광 다이오드는 상기 발광 구조체 상부에 위치하는 제1 상부 분포 브래그 반사기를 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 제1 상부 분포 브래그 반사기는 상기 활성층에서 생성된 광을 투과시키고, 외부에서 입사되는 광으로서 상기 활성층에서 생성된 광의 파장보다 장파장인 가시광선 영역 중 적어도 일부 영역 내의 광을 반사시킨다. 예컨대, 상기 제1 상부 분포 브래그 반사기는 적어도 황색 영역의 광을 반사시킬 수 있다. 상기 제1 상부 분포 브래그 반사기는 발광 다이오드에서 생성된 광에 대해서는 투과시키고, 패키지 내의 형광체 등에서 파장변환되어 다시 발광 다이오드 내부로 입사되는 광을 반사시킴으로써 패키지의 광 효율을 개선한다.
몇몇 실시예들에 있어서, 상기 발광 다이오드는 상기 제1 도전형 반도체층에 전기적으로 접속된 제1 전극 패드, 상기 제2 도전형 반도체층에 전기적으로 접속된 제2 전극 패드, 및 상기 제1 전극 패드와 제2 전극 패드 중 적어도 하나 상에 위치하는 제2 상부 분포 브래그 반사기를 더 포함할 수 있다. 여기서, 상기 제2 상부 분포 브래그 반사기는 외부에서 입사되는 광으로서 상기 활성층에서 생성된 광의 파장보다 장파장인 가시광선 영역 중 적어도 일부 영역 내의 광을 반사시킬 수 있다.
전극 패드들은 광을 흡수하므로, 외부에서 발광 다이오드로 입사되는 광 중 일부는 전극 패드들에 흡수되어 손실된다. 따라서, 전극 패드들 상에 제2 상부 분포 브래그 반사기를 형성함으로써, 외부에서 발광 다이오드로 입사되는 광이 전극패드에 흡수되어 손실되는 것을 방지할 수 있다.
상기 제2 상부 분포 브래그 반사기는 적어도 황색 영역의 광을 반사시킬 수 있으며, 바람직하게는 청색, 녹색 및 적색 영역의 광을 모두 반사시킬 수 있다.
본 발명은 또한 혼색광 예컨대 백색광을 구현하기 위한 발광 다이오드 패키지를 제공한다. 이 발광 다이오드 패키지는 발광 다이오드를 실장하기 위한 실장면을 가지며, 앞에서 설명한 발광 다이오드가 상기 실장면 상에 실장된다. 상기 패키지는 또한 발광 다이오드에서 방출된 광을 파장변환시키는 형광체를 포함하며, 상기 발광 다이오드를 실장면에 부착하기 위한 접착제, 예컨대 Ag 에폭시를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 가시광선의 넓은 파장 영역에 걸쳐 높은 반사율을 갖는 분포 브래그 반사기를 채택함으로써 혼색광, 예컨대 백색광을 구현하는 발광 다이오드 패키지의 광 효율을 향상시킬 수 있다. 나아가, SiO2/Nb2O5를 반복 적층한 분포 브래그 반사기를 채택함으로써 분포 브래그 반사기에 의한 광 흡수를 줄일 수 있어 분포 브래그 반사기의 적층 수를 더욱 증가시킬 수 있으며, 발광 다이오드 패키지에 실장한 후에도 높은 반사율을 유지할 수 있다. 더욱이, 분포 브래그 반사기의 하부에 금속층을 형성함으로써 발광 다이오드의 열 방출 특성을 개선할 수 있다. 또한, 발광 구조체 또는 전극 패드 상부에 상부 분포 브래그 반사기를 채택함으로써 광이 발광 다이오드 외부에서 발광 다이오드 내부로 입사되어 손실되는 것을 감소시킬 수 있다.
도 1은 사파이어 기판 상의 알루미늄의 반사율을 보여주는 그래프이다.
도 2는 사파이어 기판 상의 분포 브래그 반사기의 반사율을 보여주는 그래프이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 분포 브래그 반사기를 갖는 발광 다이오드를 설명하기 위한 단면도이다.
도 4는 TiO2와 Nb2O5의 광 흡수율을 나타내는 그래프이다.
도 5는 황색 형광체의 전형적인 발광 스펙트럼을 도식적으로 나타내는 그래프이다.
도 6은 제1 상부 분포 브래그 반사기에 적합한 반사 스펙트럼의 일 예를 나타내는 그래프이다.
도 7은 본 발명에 따른 발광 다이오드를 실장한 발광 다이오드 패키지를 설명하기 위한 단면도이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 분포 브래그 반사기를 갖는 발광 다이오드를 설명하기 위한 단면도이다.
도 9는 제2 상부 분포 브래그 반사기에 적합한 반사 스펙트럼의 일 예를 나타내는 그래프이다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 다음에 소개되는 실시예들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고 도면들에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 분포 브래그 반사기(40)를 갖는 발광 다이오드(20)를 설명하기 위한 단면도이다.
도 3을 참조하면, 발광 다이오드(20)는 기판(21), 발광 구조체(30), 하부 분포 브래그 반사기(40)를 포함한다. 또한, 상기 발광 다이오드(20)는 버퍼층(23), 투명 전극(31), 제1 전극 패드(33), 제2 전극 패드(35), 금속층(45) 및 제1 상부 분포 브래그 반사기(37)를 포함할 수 있다.
상기 기판(21)은 투명 기판이면 특별히 한정되지 않으며, 예컨대 사파이어 또는 SiC 기판일 수 있다. 상기 기판(21)은 또한, 상부면에 패터닝된 사파이어 기판(PSS)과 같이, 소정의 패턴을 가질 수 있다. 한편, 상기 기판(21)의 면적은 칩의 전체 면적을 결정한다. 상기 기판(21)의 면적은 90,000㎛2 이상일 수 있으며, 1㎜2 이상일 수 있다.
상기 기판(21) 상부에 발광 구조체(30)가 위치한다. 상기 발광 구조체(30)는 제1 도전형 반도체층(25), 제2 도전형 반도체층(29) 및 상기 제1 및 제2 도전형 반도체층들(25, 29) 사이에 개재된 활성층(27)을 포함한다. 여기서, 제1 도전형과 제2 도전형은 서로 반대의 도전형으로, 제1 도전형이 n형이고, 제2 도전형이 p형일 수 있으며, 또는 그 반대일 수 있다.
상기 제1 도전형 반도체층(25), 활성층(27) 및 제2 도전형 반도체층(29)은 질화갈륨 계열의 화합물 반도체 물질, 즉, (Al, In, Ga)N으로 형성될 수 있다. 상기 활성층(27)은 요구되는 파장의 광 예컨대 자외선 또는 청색광을 방출하도록 조성 원소 및 조성비가 결정된다. 상기 제1 도전형 반도체층(25) 및/또는 제2 도전형 반도체층(29)은, 도시한 바와 같이, 단일층으로 형성될 수 있으나, 다층 구조로 형성될 수도 있다. 또한, 활성층(27)은 단일 양자웰 또는 다중 양자웰 구조로 형성될 수 있다. 또한, 상기 기판(21)과 제1 도전형 반도체층(25) 사이에 버퍼층(23)이 개재될 수 있다.
상기 반도체층들(25, 27, 29)은 MOCVD 또는 MBE 기술을 사용하여 형성될 수 있으며, 사진 및 식각 공정을 사용하여 상기 제1 도전형 반도체층(25)의 일부 영역이 노출되도록 패터닝될 수 있다.
한편, 투명전극층(31)이 제2 도전형 반도체층(29) 상에, 예컨대, ITO 또는 Ni/Au로 형성될 수 있다. 투명전극층(31)은 제2 도전형 반도체층(29)에 비해 비저항이 낮아 전류를 분산시킨다. 제1 도전형 반도체층(25) 상에 제1 전극 패드(33), 예컨대 n-전극 패드(33)가 형성되고, 상기 투명전극층(31) 상에 제2 전극 패드(35), 예컨대 p-전극 패드(35)가 형성된다. 상기 p-전극 패드(35)는 도시한 바와 같이, 투명전극층(31)을 통해 제2 도전형 반도체층(29)에 전기적으로 접속될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 제2 도전형 반도체층(29)에 직접 접할 수 있다.
한편, 상기 기판(21)의 하부에 하부 분포 브래그 반사기(40)가 위치한다. 상기 하부 분포 브래그 반사기(40)는 굴절률이 서로 다른 층들을 교대로 반복 적층함으로써 형성되며, 청색 파장 영역의 광, 예컨대 활성층(27)에서 생성된 광뿐만 아니라, 황색 파장 영역의 광 혹은 녹색 및/또는 적색 파장 영역의 광에 대해서도 상대적으로 높은, 바람직하게 90% 이상의 반사율을 갖는다. 나아가, 상기 하부 분포 브래그 반사기(40)는 예컨대 400~700nm의 파장 범위에 걸쳐 전체적으로 90% 이상의 반사율을 가질 수도 있다.
넓은 파장 영역에 걸쳐 상대적으로 높은 반사율을 갖는 하부 분포 브래그 반사기(40)는 반복 적층되는 재료층들의 각 광학 두께를 제어함으로써 형성된다. 상기 하부 분포 브래그 반사기(40)는 예컨대, SiO2의 제1층과 TiO2의 제2층을 교대로 적층하여 형성될 수 있으나, 바람직하게 SiO2의 제1층과 Nb2O5의 제2층을 교대로 적층하여 형성한다.
제1층과 제2층의 적층수가 증가할수록 분포 브래그 반사기(40)의 하부면에 접하는 다른 재료층의 영향을 감소시킬 수 있다. 적층수가 적을 경우, 예컨대 Ag 에폭시 페이스트와 같은 접착층을 경화시킨 후, 분포 브래그 반사기(40)의 반사율이 감소될 수 있다. 따라서, 분포 브래그 반사기(40)의 적층수는 50층 이상, 즉 25쌍이 바람직하다.
또한, 적층수가 증가함에 따라, 분포 브래그 반사기(40) 내의 재료층들에 의한 광 흡수율이 증가되어 반사율이 감소될 수 있다. 도 4는 TiO2와 Nb2O5의 파장에 따른 흡수 계수(K)의 변화를 나타낸다. TiO2의 경우, 약 600nm 이상에서 흡수계수가 0으로 되며, 활성층(27)에서 생성되는 광, 예컨대 청색 파장의 광에 대해 약 0.2 정도의 흡수 계수를 나타낸다. 이에 반해, Nb2O5는 가시광선 영역에 걸쳐 흡수계수가 거의 0이다. 따라서, 상기 하부 분포 브래그 반사기(40)는 SiO2/Nb2O5를 반복 적층하여 형성함으로써 적층수를 증가시키더라도 광 흡수에 의한 손실을 방지할 수 있다.
교대로 적층되는 제1층들 또는 제2층들이 모두 동일한 두께를 가질 필요는 없으며, 활성층(27)에서 생성된 광의 파장뿐만 아니라 가시영역의 다른 파장에 대해서도 상대적으로 높은 반사율을 갖도록 제1층들 및 제2층들의 두께가 선택된다. 또한, 특정 파장 대역에 대해 반사율이 높은 복수의 분포 브래그 반사기들을 적층하여 상기 하부 분포 브래그 반사기를 형성할 수도 있다.
예컨대, 본 발명에 따른 발광 다이오드를 실장하여 백색광을 구현하는 패키지의 경우, 상기 발광 다이오드에서 방출되는 광 이외의 다른 파장의 광이 상기 발광 다이오드로 입사될 수 있으며, 이때 상기 다른 파장의 광을 상기 하부 분포 브래그 반사기를 이용하여 다시 반사시킬 수 있어 패키지의 광추출 효율을 개선할 수 있다.
한편, 상기 분포 브래그 반사기(40)의 첫째층 및 마지막층은 SiO2일 수 있다. SiO2를 분포 브래그 반사기(40)의 첫째층 및 마지막층에 배치함으로써 분포 브래그 반사기(40)을 기판(21)에 안정하게 부착할 수 있고, 또한, 상기 마지막 SiO2층을 이용하여 하부 분포 브래그 반사기(40)를 보호할 수 있다.
다시, 도 3을 참조하면, 상기 하부 분포 브래그 반사기(40)의 하부에 금속층(45)이 위치한다. 상기 금속층(45)은 특별히 한정되는 것은 아니며, 예컨대 알루미늄층일 수 있다. 금속층(45)은 발광 다이오드(20) 구동시 발광 다이오드에서 생성된 열을 외부로 방출하는 것을 돕는다. 따라서, 상기 금속층(45)에 의해 발광 다이오드(20)의 열 방출 특성이 향상될 수 있다.
한편, 발광 구조체(30) 상부에 제1 상부 분포 브래그 반사기(37)가 위치할 수 있다. 상기 제1 상부 분포 브래그 반사기(37)는 도시된 바와 같이, 투명 전극층(31)을 덮을 수 있으며, 제1 도전형 반도체층(25)의 노출면을 덮을 수 있다.
상기 제1 상부 분포 브래그 반사기(37)는 활성층(27)에서 생성된 광을 투과시키며, 외부에서 발광 다이오드(20) 내부로 입사되는 광, 예컨대 형광체에서 방출되는 광을 반사시킨다. 따라서, 상기 제1 상부 분포 브래그 반사기(37)는 활성층(27)에서 생성되는 청색 또는 단파장 자외선 영역의 광을 투과시키고, 녹색 내지 적색 영역 내의 광, 특히 황색 영역의 광을 반사시킨다.
도 5는 백색 발광 다이오드 패키지에 사용되는 전형적인 형광체의 방출 스펙트럼을 도식적으로 나타내는 그래프이고, 도 6은 상기 제1 상부 분포 브래그 반사기(37)로서 적합한 반사 스펙트럼의 일 예를 나타내는 그래프이다. 도 5에 도시되듯이, 백색광을 구현하기 위해 사용되는 형광체는 통상 녹색 내지 황색 영역에서 상대적으로 높은 방출 스펙트럼을 나타낸다. 따라서, 도 6에 도시되듯이, 상기 제1 상부 분포 브래그 반사기(37)는 발광 다이오드에서 방출되는 광을 투과시키고, 형광체에서 방출되는 광, 즉 녹색 내지 황색 영역의 광을 반사시킬 수 있는 반사 스펙트럼을 갖는 것이 바람직하다. 이러한 제1 상부 분포 브래그 반사기(37)는 굴절률이 서로 다른 층들, 예컨대 SiO2, 및 TiO2 또는 Nb2O5를 교대로 반복 적층하여 형성할 수 있으며, 각 층의 광학 두께를 적절히 선택함으로써 원하는 반사 스펙트럼을 갖도록 형성할 수 있다.
상기 제1 상부 분포 브래그 반사기(37)는 또한 메사 측벽을 덮을 수 있으며, 전극패드들(33, 35)의 상부면을 제외한 발광 다이오드(20)의 상부면을 덮어 발광 다이오드(20)를 보호하는 기능을 수행할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드(20)를 실장한 발광 다이오드 패키지를 나타내는 단면도이다.
도 7을 참조하면, 상기 발광 다이오드 패키지는 패키지 본체(60), 리드들(61a, 61b), 발광 다이오드(20) 및 몰딩부(63)를 포함한다. 상기 패키지 본체(60)는 플라스틱 수지로 형성될 수 있다.
상기 패키지 본체(60)는 발광 다이오드(20)를 실장하기 위한 실장면(M)을 가지며 또한 발광 다이오드(20)에서 방출된 광이 반사되는 반사면(R)을 가질 수 있다. 한편, 상기 발광 다이오드(20)는 실장면(M) 상에 실장되며, 본딩 와이어들을 통해 리드들(61a, 61b)에 전기적으로 연결된다. 상기 발광 다이오드(20)는 접착제(62)에 의해 실장면(M)에 부착될 수 있으며, 상기 접착제는 예컨대 Ag 에폭시 페이스트를 경화시켜 형성될 수 있다.
상기 발광 다이오드는(20)는 도 3을 참조하여 설명한 바와 같이, 하부 분포 브래그 반사기(40)를 가지며, 금속층(45) 및/또는 제1 상부 분포 브래그 반사기(37)를 가질 수 있다.
한편, 상기 발광 다이오드 패키지는 혼색광, 예컨대 백색광을 방출하며, 이를 위해 발광 다이오드(20)에서 방출된 광을 파장변환시키기 위한 형광체를 포함할 수 있다. 상기 형광체는 몰딩부(63) 내에 함유될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 발광 다이오드(20)는 하부 분포 브래그 반사기(40)를 포함하기 때문에, 상기 형광체에서 파장 변환된 광이 발광 다이오드(20)를 통해 실장면(M)으로 향할 경우, 파장 변환된 광이 하부 분포 브래그 반사기(40)에 의해 높은 반사율로 반사되어 외부로 방출된다. 이에 따라, 종래 발광 다이오드 패키지에 비해 광 효율이 높은 발광 다이오드 패키지가 제공될 수 있다.
나아가, 상기 발광 다이오드(20)가 제1 상부 분포 브래그 반사기(37)를 포함할 경우, 상기 형광체에서 방출된 광을 상기 제1 상부 분포 브래그 반사기(37)에서 반사시킬 수 있다. 따라서, 형광체에서 방출된 광이 발광 다이오드(20) 내부로 입사되어 손실되는 것을 방지할 수 있다.
본 실시예에 있어서, 백색광을 구현하기 위해 발광 다이오드(20)와 함께 형광체를 포함하는 패키지에 대해 설명하지만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니다. 백색광을 방출하기 위한 다양한 패키지가 공지되어 있으며, 상기 발광 다이오드(20)는 어느 패키지에도 적용가능하다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 다이오드(20a)를 설명하기 위한 단면도이다.
도 8을 참조하면, 본 실시예에 따른 발광 다이오드(20a)는 도 3을 참조하여 설명한 발광 다이오드(20)와 대체로 유사하나, 전극 패드들(33, 35) 상에 각각 제2 상부 분포 브래그 반사기(39a, 39b)가 형성된 것에 차이가 있다. 상기 제2 상부 분포 브래그 반사기(39a, 39b)는 전극 패드들(33, 35)의 상부면 중 와이어를 본딩하기 위한 영역을 제외한 영역에 형성된다.
전극 패드들(33, 35) 상에 형성된 제2 상부 분포 브래그 반사기(39a, 39b)는 외부에서 입사되는 광으로서 상기 활성층(27)에서 생성된 광의 파장보다 장파장인 가시광선 영역 중 적어도 일부 영역 내의 광을 반사시킨다. 상기 제2 상부 분포 브래그 반사기(39a, 39b)는 예컨대 형광체에서 파장변환된 광을 반사시킬 수 있다.
일반적으로 전극 패드들(33, 35)은 광을 흡수하는 금속 재료로 형성되기 때문에, 활성층(27)에서 생성된 광은 전극 패드들(33, 35)을 통해 외부로 방출되지 못한다. 따라서, 상기 제2 상부 분포 브래그 반사기(39a, 39b)는 활성층(27)에서 생성된 광을 투과시킬 필요는 없다. 이러한 제2 상부 분포 브래그 반사기(39a, 39b)는 굴절률이 서로 다른 층들, 예컨대 SiO2, 및 TiO2 또는 Nb2O5를 교대로 반복 적층하여 형성할 수 있으며, 각 층의 광학 두께를 적절히 선택함으로써 원하는 반사 스펙트럼을 갖도록 형성할 수 있다.
도 9는 제2 상부 분포 브래그 반사기에 적합한 반사 스펙트럼의 일 예를 나타낸다.
도 9를 참조하면, 상기 제2 상부 분포 브래그 반사기(39a, 39b)는 녹색 내지 적색 영역의 광에 대해 반사율이 높으며, 청색 영역의 광을 투과시킬 것을 요하지 않으므로, 청색 영역의 광에 대해서도 반사율이 높을 수 있다.
본 실시예에 따른 상기 발광 다이오드(20a)는 발광 다이오드(20) 대신에 도 7을 참조하여 설명한 발광 다이오드 패키지에 실장될 수 있다.
또한, 본 실시예에 있어서, 상기 발광 다이오드(20a)는 제1 상부 분포 브래그 반사기(도 3의 37)를 더 포함할 수도 있다.

Claims (13)

  1. 기판;
    상기 기판 상부에 위치하고, 제1 도전형 반도체층과 제2 도전형 반도체층 사이에 개재된 활성층을 포함하는 발광 구조체; 및
    상기 기판 하부에 위치하고, 상기 발광 구조체에서 방출된 광을 반사하는 하부 분포 브래그 반사기(distributed bragg reflector)를 포함하되,
    상기 하부 분포 브래그 반사기는 청색 파장 영역의 제1 파장의 광, 녹색 파장 영역의 제2 파장의 광 및 적색 파장 영역의 제3 파장의 광에 대해 90% 이상의 반사율을 갖고,
    상기 분포 브래그 반사기는 SiO2층과 Nb2O5층을 교대로 반복하여 적층한 구조를 갖는 발광 다이오드.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 분포 브래그 반사기는 적어도 25쌍의 SiO2/Nb2O5를 포함하는 발광 다이오드.
  3. 청구항 2에 있어서, 상기 분포 브래그 반사기는 상기 기판의 하부면과 접촉하되, SiO2가 상기 기판의 하부면에 접촉하는 발광 다이오드.
  4. 청구항 3에 있어서, 상기 분포 브래그 반사기의 마지막층은 SiO2인 발광 다이오드.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 분포 브래그 반사기 하부에 위치하는 금속층을 더 포함하는 발광 다이오드.
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 발광 구조체 상부에 위치하는 제1 상부 분포 브래그 반사기를 더 포함하되, 상기 제1 상부 분포 브래그 반사기는 상기 활성층에서 생성된 광을 투과시키고, 외부에서 입사되는 광으로서 상기 활성층에서 생성된 광의 파장보다 장파장인 가시광선 영역 중 적어도 일부 영역 내의 광을 반사시키는 발광 다이오드.
  7. 청구항 6에 있어서, 상기 제1 상부 분포 브래그 반사기는 적어도 황색 영역의 광을 반사시키는 발광 다이오드.
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 제1 도전형 반도체층에 전기적으로 접속된 제1 전극 패드;
    상기 제2 도전형 반도체층에 전기적으로 접속된 제2 전극 패드; 및
    상기 제1 전극 패드와 제2 전극 패드 중 적어도 하나 상에 위치하는 제2 상부 분포 브래그 반사기를 더 포함하되,
    상기 제2 상부 분포 브래그 반사기는 외부에서 입사되는 광으로서 상기 활성층에서 생성된 광의 파장보다 장파장인 가시광선 영역 중 적어도 일부 영역 내의 광을 반사시키는 발광 다이오드.
  9. 청구항 8에 있어서, 상기 제2 상부 분포 브래그 반사기는 적어도 황색 영역의 광을 반사시키는 발광 다이오드.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 도전형 반도체층에 전기적으로 접속된 제1 전극 패드;
    상기 제2 도전형 반도체층에 전기적으로 접속된 제2 전극 패드; 및
    상기 제1 전극 패드와 제2 전극 패드 중 적어도 하나 상에 위치하는 제2 상부 분포 브래그 반사기를 더 포함하되,
    상기 제2 상부 분포 브래그 반사기는 외부에서 입사되는 광으로서 상기 활성층에서 생성된 광의 파장보다 장파장인 가시광선 영역 중 적어도 일부 영역 내의 광을 반사시키는 발광 다이오드.
  11. 청구항 8에 있어서, 상기 제2 상부 분포 브래그 반사기는 적어도 황색 영역의 광을 반사시키는 발광 다이오드.
  12. 발광 다이오드를 실장하기 위한 실장면;
    상기 실장면 상에 실장된 청구항 1 내지 11의 어느 한 항에 기재된 발광 다이오드; 및
    상기 발광 다이오드에서 방출된 광을 파장변환시키는 형광체를 포함하는 발광 다이오드 패키지.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 발광 다이오드를 상기 실장면에 부착시키기 위한 Ag 에폭시를 더 포함하는 발광 다이오드 패키지.
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