KR20120047184A - 발광 소자 및 이의 제조 방법 - Google Patents

발광 소자 및 이의 제조 방법 Download PDF

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박경욱
송준오
홍준희
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엘지이노텍 주식회사
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Abstract

실시예에 따른 발광 소자는, 기판; 및 상기 기판 상에 배치되며, 제1 도전형 반도체층, 제2 도전형 반도체층, 그리고 상기 제1 도전형 반도체층과 상기 제2 도전형 반도체층 사이에 배치되는 활성층을 포함하는 발광 구조층을 포함한다. 상기 발광 구조층에 규칙적인 주기를 가지는 광 추출 패턴이 형성되고, 상기 광 추출 패턴은 제1 깊이를 가지는 제1 패턴 및 상기 제1 깊이와 다른 제2 깊이를 가지는 제2 패턴을 포함한다.

Description

발광 소자 및 이의 제조 방법{LIGHT EMITTING DEVICE AND METHOD FOR MANUFACURING THE SAME}
본 기재는 발광 소자 빛 발광 소자 패키지에 관한 것이다.
발광 다이오드(LED)는 전기 에너지를 빛으로 변환하는 반도체 소자의 일종이다. 발광 다이오드는 형광등, 백열등 등 기존의 광원에 비해 저소비 전력, 반영구적인 수명, 빠른 응답속도, 안전성, 환경친화성의 장점을 가진다.
이에 기존의 광원을 발광 다이오드로 대체하기 위한 많은 연구가 진행되고 있으며, 실내 외에서 사용되는 각종 램프, 액정표시장치, 전광판, 가로등 등의 조명 장치의 광원으로서 발광 소자를 사용하는 경우가 증가되고 있는 추세이다.
실시예는 효율을 향상할 수 있는 발광 소자 및 이의 제조 방법을 제공하고자 한다.
실시예에 따른 발광 소자는, 기판; 및 상기 기판 상에 배치되며, 제1 도전형 반도체층, 제2 도전형 반도체층, 그리고 상기 제1 도전형 반도체층과 상기 제2 도전형 반도체층 사이에 배치되는 활성층을 포함하는 발광 구조층을 포함한다. 상기 발광 구조층에 규칙적인 주기를 가지는 광 추출 패턴이 형성되고, 상기 광 추출 패턴은 제1 깊이를 가지는 제1 패턴 및 상기 제1 깊이와 다른 제2 깊이를 가지는 제2 패턴을 포함한다.
실시예에 따른 발광 소자의 제조 방법은, 기판을 준비하는 단계; 상기 기판 상에, 제1 도전형 반도체층, 제2 도전형 반도체층, 그리고 상기 제1 도전형 반도체층과 상기 제2 도전형 반도체층 사이에 배치되는 활성층을 포함하는 발광 구조층을 형성하는 단계; 상기 발광 구조층 상에, 규칙적인 주기를 가지면서, 제1 깊이를 가지는 제1 패턴부 및 상기 제1 깊이와 다른 제2 깊이를 가지는 제2 패턴부를 가지는 시트를 배치하는 단계; 및 상기 시트와 상기 발광 구조층을 식각하여, 상기 발광 구조층 상에 제1 깊이를 가지는 제1 패턴 및 상기 제1 깊이와 다른 제2 깊이를 가지는 제2 패턴을 포함하는 광 추출 패턴을 형성하는 단계를 포함한다.
본 실시예에 따른 발광 소자에서는, 서로 다른 깊이를 가지는 제1 및 제2 패턴을 가지는 광 추출 패턴을 형성하여 발광 구조층의 표면이 다양한 깊이에서 다양한 각도로 위치하므로 발광 구조층의 표면에서 전반사되는 빛의 양을 최소화할 수 있다. 이에 의하여 빛을 효율적으로 추출할 수 있어 발광 소자의 효율을 향상할 수 있다.
본 실시예에 따른 발광 소자의 제조 방법에서는, 시트를 이용한 건식 식각에 의하여 서로 다른 깊이의 제1 및 제2 패턴을 가지는 광 추출 패턴을 간단하고 안정적인 공정으로 형성할 수 있다. 이에 따라 생산성이 우수하며 비용을 절감할 수 있다.
도 1은 제1 실시예에 따른 발광 소자의 단면도이다.
도 2 내지 도 12는 실시예에 따른 발광 소자의 제조 방법의 단계들을 도시한 단면도들이다.
도 13는 제2 실시예에 따른 발광 소자의 단면도이다.
도 14는 제3 실시예에 따른 발광 소자의 단면도이다.
도 15는 제4 실시예에 따른 발광 소자의 단면도이다.
도 16은 제5 실시예에 따른 발광 소자의 단면도이다.
도 17은 제6 실시예에 따른 발광 소자의 단면도이다.
도 18은 제7 실시예에 따른 발광 소자의 단면도이다.
도 19는 제8 실시예에 따른 발광 소자의 단면도이다.
도 20은 변형예들에 따른 발광 소자의 단면도이다.
도 21은 제8 실시예의 발광 소자에서 광 추출 패턴을 형성할 때 사용할 수 있는 시트의 단면을 촬영한 도면이다.
도 22는 제2 실시예의 발광 소자에서 광 추출 패턴을 형성할 때 사용할 수 있는 시트의 단면을 촬영한 도면이다.
도 23은 실험예에서 발광 구조층에서 생성된 빛의 방출에 대한 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면이다.
도 24는 실시예에 따른 발광 소자를 포함하는 발광 소자 패키지의 단면도이다.
도 25는 실시예에 따른 발광 소자 패키지를 포함하는 백라이트 유닛을 설명하는 도면이다.
도 26은 실시예에 따른 발광 소자 패키지를 포함하는 조명 유닛을 설명하는 도면이다.
실시예들의 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 형성된다는 기재는, 직접(directly) 또는 다른 층을 개재하여 형성되는 것을 모두 포함한다. 각 층의 상/위 또는 하/아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다.
도면에서 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들의 두께나 크기는 설명의 명확성 및 편의를 위하여 변형될 수 있으므로, 실제 크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 제1 실시예에 따른 발광 소자의 단면도이다.
도 1을 참조하면, 실시예에 따른 발광 소자(100)는, 전도성 지지 기판(175), 이 전도성 지지 기판(175) 상에 빛을 생성하는 발광 구조층(135), 이 발광 구조층(135) 상에 전극(115)을 포함한다. 발광 구조층(135)은 제1 도전형 반도체층(110), 활성층(120) 및 제2 도전형 반도체층(130)을 포함하며, 제1 및 제2 도전형 반도체층(110, 130)으로부터 제공되는 전자 및 정공이 상기 활성층(120)에서 재결합(recombination)됨으로써 빛을 생성할 수 있다.
전도성 지지 기판(175)과 발광 구조층(135) 사이에는 접합층(170), 반사층(160), 오믹층(150), 전류 차단층(current blocking layer, CBL)(145), 보호 부재(140) 등이 위치할 수 있고, 발광 구조층(135)의 측면으로 패시베이션층(180)이 형성될 수 있다. 이에 대하여 좀더 상세하게 설명하면 다음과 같다.
전도성 지지 기판(175)은 발광 구조층(135)을 지지하며 전극(115)과 함께 발광 구조층(135)에 전원을 제공할 수 있다. 전도성 지지 기판(175)은 전도성 물질 또는 반도체 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 전도성 지지 기판(175)이 Cu, Au, Ni, Mo, Cu-W, Si, Ge, GaAs, ZnO, SiC, SiGe, GaN 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 그러나 실시예가 이에 한정되는 것은 아니며 전도성 지지 기판(175) 대신 절연성의 기판을 사용하고 별도의 전극을 형성하는 것도 가능하다.
이러한 전도성 지지 기판(175)은 도금 방식으로 형성되거나 또는 시트 형태로 접착될 수 있으며, 이에 한정되지는 않는다.
전도성 지지 기판(175)은 30㎛ 내지 500㎛의 두께를 가질 수 있다. 그러나 실시예가 이에 한정되는 것은 아니며 발광 소자(100)의 설계에 따라 달라질 수 있다.
이러한 전도성 지지 기판(175) 상에 접합층(170)이 형성될 수 있다. 접합층(170)은 본딩층으로서, 반사층(160)과 보호 부재(140) 아래에 형성될 수 있다. 접합층(170)은 반사층(160), 오믹층(150)의 단부 및 보호 부재(140)에 접촉되어, 반사층(160), 오믹층(150) 및 보호 부재(140) 사이의 접착력을 강화시켜 줄 수 있다.
접합층(170)은 배리어 금속 또는 본딩 금속을 포함하다. 예를 들어, 접합층(170)은 Ti, Au, Sn, Ni, Cr, Ga, In, Bi, Cu, Al, Si, Ag, Ta 및 이들의 합금 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
이러한 접합층(170) 상에는 반사층(160)이 형성될 수 있다. 반사층(160)은 발광 구조층(135)에서 발생되어 반사층(160) 쪽으로 향하는 빛을 반사시켜, 발광 소자(100)의 발광 효율을 개선시켜 줄 수 있다.
예를 들어, 반사층(160)은 Ag, Ni, Al, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au, Hf 또는 이들의 합금 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또한, 반사층(160)은 상술한 금속 또는 합금과, ITO(indium tin oxide), IZO(indium zinc oxide), IZTO(indium zinc tin oxide), IAZO(indium aluminium zinc oxide), IGTO(indium gallium tin oxide), IGZO(indium gallium zinc oxide), AZO(aluminium zinc oxide), ATO(antimony tin oxide) 등의 투광성 전도성 물질을 이용하여 다층으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 반사층(160)이 IZO/Ni, AZO/Ag, IZO/Ag/Ni, AZO/Ag/Ni, Ag/Cu, Ag/Pd/Cu 등의 적층 구조를 포함할 수 있다.
반사층(160) 상에 오믹층(150)이 형성될 수 있다. 오믹층(150)은 제2 도전형 반도체층(130)에 오믹 접촉되어 발광 구조층(135)에 전원이 원활히 공급될 수 있도록 한다. 오믹층(150)은, ITO, IZO, IZTO, IAZO, IGZO, IGTO, AZO, ATO, GZO(gallium zinc oxide), IrOx, RuOx, RuOx/ITO, In, Zn, Sn, Ni, Ag, Pt, Ni/IrOx/Au, 또는 Ni/IrOx/Au/ITO 중 적어도 하나를 이용하여 단층 또는 다층으로 구현할 수 있다.
이와 같이 실시예에서는 반사층(160)의 상면이 오믹층(150)과 접촉하는 것을 예시하였다. 그러나 반사층(160)이 보호 부재(140), 전류 차단층(145) 또는 발광 구조층(135)과 접촉하는 것도 가능하다.
이러한 오믹층(150)과 제2 도전형의 반도체층(130) 사이에는 전류 차단층(145)이 형성될 수 있다. 전류 차단층(145)의 상면은 제2 도전형 반도체층(130)과 접촉하고, 전류 차단층(145)의 하면 및 측면은 오믹층(150)과 접촉할 수 있다.
전류 차단층(145)은 전극(115)과 수직 방향으로 적어도 일부가 중첩되도록 형성될 수 있으며, 이에 따라 전극(115)과 전도성 지지 기판(175) 사이의 최단 거리로 전류가 집중되는 현상을 완화하여 발광 소자(100)의 발광 효율을 향상시킬 수 있다.
전류 차단층(145)은 전기 절연성을 가지는 물질, 반사층(160) 또는 접합층(170)보다 전기 전도성이 낮은 물질, 또는 제2 도전형 반도체층(130)과 쇼트키 접촉을 형성하는 물질을 이용하여 형성될 수 있다. 예를 들어, 전류 차단층(145)은, ITO, IZO, IZTO, IAZO, IGZO, IGTO, AZO, ATO, ZnO, SiO2, SiOx, SiOxNy, Si3N4, Al2O3, TiOx, TiO2, Ti, Al 또는 Cr 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
이와 같이 오믹층(150)이 전류 차단층(145)의 하면 및 측면에 접촉하는 것을 예시하였으나, 이에 한정되지는 않는다. 따라서, 오믹층(150)과 전류 차단층(145)이 서로 이격되어 배치되거나, 오믹층(150)이 전류 차단층(145)의 측면에만 접촉할 수도 있다. 또는, 전류 차단층(145)이 반사층(160)과 오믹층(150) 사이에 형성될 수도 있다.
상술한 접합층(170)의 상면의 둘레 영역에 보호 부재(140)가 형성될 수 있다. 즉, 보호 부재(140)는 발광 구조층(135)과 접합층(170) 사이의 둘레 영역에 형성될 수 있으며, 이에 의해 링 형상, 루프 형상, 프레임 형상 등으로 형성될 수 있다. 보호 부재(140)는 일부분이 발광 구조층(135)과 수직 방향에서 중첩될 수 있다.
이러한 보호 부재(140)는 접합층(170)과 활성층(120) 사이의 측면에서의 거리를 증가시켜 접합층(170)과 활성층(120) 사이의 전기적 단락의 발생 가능성을 줄일 수 있다. 그리고 보호 부재(140)가 발광 구조층(135)과 전도성 지지 기판(175) 사이의 틈새로 수분 등이 침투되는 것도 방지할 수 있다.
또한, 보호 부재(140)는 칩 분리 공정에서 전기적 단락이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 좀더 구체적으로 설명하면, 발광 구조층(135)을 단위 칩 영역으로 분리하기 위하여 아이솔레이션 에칭(isolation etching)을 하는 경우, 접합층(170)에서 발생된 파편이 제2 도전형 반도체층(130)과 활성층(120) 사이 또는 활성층(120)과 제1 도전형 반도체층(110) 사이에 부착되어 전기적 단락이 발생할 수 있는데, 보호 부재(140)는 이러한 전기적 단락을 방지한다. 이에 보호 부재(140)는 아이솔레이션 에칭 시 깨지지 않거나 파편이 발생되지 않는 물질, 또는 극히 일부분이 깨지거나 소량의 파편이 발생되더라도 전기적 단락을 일으키지 않는 절연성 물질로 형성될 수 있다.
보호 부재(140)는 전기 절연성을 가지는 물질, 반사층(160) 또는 접합층(170)보다 전기 전도성이 낮은 물질, 또는 제2 도전형 반도체층(130)과 쇼트키 접촉을 형성하는 물질을 이용하여 형성될 수 있다.
그러나 실시예가 이에 한정되는 것은 아니며 보호 부재(140)가 금속으로 이루어질 수도 있으며 이 또한 본 발명의 범위에 속한다.
예를 들어, 보호 부재(140)는, ITO, IZO, IZTO, IAZO, IGZO, IGTO, AZO, ATO, ZnO, SiO2, SiOx, SiOxNy, Si3N4, Al2O3, TiOx, TiO2, Ti, Al 또는 Cr 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
그리고 오믹층(150) 및 보호 부재(140) 상에 발광 구조층(135)이 형성될 수 있다. 발광 구조층(135)의 측면은 복수 개의 칩을 단위 칩 영역으로 구분하는 아이솔레이션 에칭에 의해 경사를 가질 수 있다.
발광 구조층(135)은 복수의 Ⅲ족-Ⅴ족 원소의 화합물 반도체층을 포함할 수 있으며, 제1 도전형 반도체층(110), 제2 도전형 반도체층(130) 및 이들 사이에 위치한 활성층(120)을 포함할 수 있다. 이때, 제2 도전형 반도체층(130)이 오믹층(150)과 보호 부재(140) 상에 위치하고, 활성층(120)이 제2 도전형 반도체층(130) 상에 위치하고, 제1 도전형 반도체층(110)이 활성층(120) 상에 위치할 수 있다.
제1 도전형 반도체층(110)은 제1 도전형 도펀트가 도핑된 Ⅲ족-Ⅴ족 원소의 화합물 반도체를 포함할 수 있다. 일례로, 제1 도전형 반도체층(110)은 n형 반도체층을 포함할 수 있다. 이러한 n형 반도체층은 InxAlyGa1 -x- yN (0≤x≤1, 0 ≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 재료에 n형 도펀트가 도핑되어 형성될 수 있다. 예를 들어, GaN, AlN, AlGaN, InGaN, InN, InAlGaN, AlInN, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP, AlGaInP 등에 Si, Ge, Sn, Se, Te 등의 n형 도펀트가 포함되어 형성될 수 있다. 제1 도전형 반도체층(110)은 단층 또는 다층으로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
활성층(120)은 단일 양자 우물 구조, 다중 양자 우물 구조(multi quantum well, MQW), 양자점 구조 또는 양자선 구조 중 어느 하나로 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
활성층(120)은 InxAlyGa1 -x- yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 가지는 반도체 재료로 형성될 수 있다. 활성층(120)이 다중 양자 우물 구조로 형성된 경우, 활성층(120)은 복수의 우물층과 복수의 장벽층이 적층되어 형성될 수 있다. 일례로, 활성층(120)의 우물층/장벽층은 InGaN/GaN, InGaN/InGaN, GaN/AlGaN, InAlGaN/GaN, GaAs(InGaAs),/AlGaAs, GaP(InGaP)/AlGaP 중 어느 하나 이상의 페어 구조로 형성될 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 상기 우물층은 상기 장벽층의 밴드 갭보다 낮은 밴드 갭을 갖는 물질로 형성될 수 있다.
이러한 활성층(120)의 위 및/또는 아래에는 n형 또는 p형 도펀트가 도핑된 클래드층(미도시)이 형성될 수도 있으며, 이 클래드층은 AlGaN층 또는 InAlGaN층을 포함할 수 있다.
제2 도전형 반도체층(130)은 제2 도전형 도펀트가 도핑된 Ⅲ족-Ⅴ족 원소의 화합물 반도체를 포함할 수 있다. 일례로, 제2 도전형 반도체층(130)은 p형 반도체층을 포함할 수 있다. 이러한 p형 반도체층은 InxAlyGa1 -x- yN (0≤x≤1, 0 ≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 재료에 p형 도펀트가 도핑되어 형성될 수 있다. 예를 들어, GaN, AlN, AlGaN, InGaN, InN, InAlGaN, AlInN, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP, AlGaInP 등에 Mg, Zn, Ca, Sr, Br 등의 p형 도펀트가 포함되어 형성될 수 있다. 제2 도전형 반도체층(130)은 단층 또는 다층으로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상술한 설명에서는 제1 도전형 반도체층(110)이 n형 반도체층을 포함하고 제2 도전형 반도체층(130)이 p형 반도체층을 포함하는 것을 예시하였다. 그러나 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 제1 도전형 반도체층(110)이 p형 반도체층을 포함하고 제2 도전형 반도체층(130)이 n형 반도체층을 포함할 수도 있다. 또한, 제2 도전형 반도체층(130) 아래에 또 다른 n형 또는 p형 반도체층(미도시)이 형성될 수도 있다. 이에 따라, 발광 구조층(135)은, np, pn, npn, pnp 접합 구조 중 적어도 어느 하나를 가질 수 있다. 또한, 제1 도전형 반도체층(110) 및 제2 도전형 반도체층(130) 내의 도펀트의 도핑 농도는 균일할 수도 있고, 불균일할 수도 있다. 즉, 발광 구조층(135)의 구조는 다양하게 변형될 수 있으며, 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다.
이러한 발광 구조층(135)의 상면, 좀더 정확하게는 제1 도전형 반도체층(110)의 상면에는 광 추출 패턴(112)이 형성될 수 있다. 본 실시예에서 광 추출 패턴(112)은 규칙적인 주기를 가지면서 형성되는데, 이러한 광 추출 패턴(112)은 마스크 또는 포토 레지스트 패턴 등을 이용하여 제1 도전형 반도체층(110)을 일부 식각하여 형성될 수 있다. 광 추출 패턴(112)의 형성 방법은 추후에 좀더 상세하게 설명한다.
이 광 추출 패턴(112)은 제1 깊이(D1)를 가지는 제1 패턴(112a) 및 제1 깊이(D1)보다 큰 제2 깊이(D2)를 가지는 제2 패턴(112b)을 포함할 수 있다. 본 실시예에서는 이와 같이 서로 다른 깊이를 가지는 제1 및 제2 패턴(112a, 112b)을 포함하여 빛을 외부로 효율적으로 추출할 수 있다.
이를 좀더 상세하게 설명하면, 발광 구조층(135)과 공기가 굴절률에 차이가 있으므로 발광 구조층(135)에서 생성된 빛 중에서 발광 구조층(135)의 표면과 임계각 이하의 각도를 가지는 빛만 외부로 방출될 수 있다. 이때, 본 실시예서와 같이 발광 구조층(135)의 상면에 서로 다른 깊이를 가지는 제1 및 제2 패턴(112a, 112b)이 형성되면 발광 구조층(135)의 표면이 다양한 깊이에서 다양하게 위치하므로 발광 구조층(135)의 표면에서 전반사되는 빛의 양을 최소화할 수 있다. 이에 의하여 빛을 효율적으로 추출할 수 있어 발광 소자(100)의 효율을 향상할 수 있다.
여기서, 제2 패턴(112b)의 제2 깊이(D2)가 제1 패턴(112a)의 제1 깊이(D1)의 105% 내지 200%일 수 있다. 105% 미만인 경우에는 빛을 효율적으로 추출하는 효과가 미미할 수 있다. 그리고 200%를 초과하는 경우에는 구조적 안정성이 저하될 수 있으며 제1 도전형 반도체층(110)의 두께 감소로 효율이 저하될 수 있다. 그러나 실시예가 이러한 수치 범위에 한정되는 것은 아니다.
제1 패턴(112a)과 제2 패턴(112b)의 평면 형상은 원형, 타원형, 다각형 등의 다양한 형상을 가질 수 있으며, 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다.
본 실시예에서는 제1 패턴(112a)과 제2 패턴(112b)이 서로 이격되어 발광 구조층(135)의 표면이 다양한 깊이에서 다양한 각도를 가질 수 있는 것을 예시하였다. 그리고 제1 패턴(112a)과 제2 패턴(112b)이 하나씩 교번하여 위치하여 식각 시 제1 패턴(112a)과 제2 패턴(112b)이 안정적으로 형성될 수 있도록 한 것을 예시하였다. 또한, 제1 패턴(112a)과 제2 패턴(112b)이 균일한 폭을 가지는 것을 예시하였다. 그러나 실시예가 한정되는 것은 아니며 다양한 변형이 가능한 바, 이에 대해서는 도 13 내지 도 20을 참조하여 추후에 좀더 상세하게 설명한다.
이러한 발광 구조층(135), 좀더 정확하게는 제1 도전형 반도체층(110) 상에 전극(115)이 형성될 수 있다. 전극(115)이 형성되는 제1 도전형 반도체층(110)의 일면은 질소 대향면(N-face surface)일 수 있다.
전극(115)은 전도성이 우수한 금속, 일례로, Au, Pd, Pt, Ru, Re, Mg, Zn, Hf, Ta, Rh, Ir, W, Ti, Ag, Cr, Mo, Nb, Al, Ni, Cu, WTi, V 또는 이들의 합금 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
일례로, 전극(115)은 발광 구조층(135)과의 오믹 컨택을 위하여 발광 구조층(135)에 접하여 형성되는 오믹층과, 이 오믹층 위에 형성된 전극층을 포함하여 형성될 수 있다. 일례로, 오믹층은 Cr, Al, V, Ti 등을 포함할 수 있다. 전극층은, Ni, Al 등을 포함하는 배리어층, Cu 등을 포함하는 메탈층, Ni, Al 등을 포함하는 배리어층과, Au 등을 포함하는 와이어 본딩층이 차례로 적층되어 형성될 수 있다. 그러나 실시예가 이에 한정되는 것은 아니며 전극층이 W층, WTi층, Ti층, Al층, 또는 Ag층 과 같은 단일층으로 이루어지는 것도 가능함은 물론이다.
발광 구조층(135) 상에서 볼륨층(190) 및 전극(115)이 형성되지 않은 부분에 패시베이션층(180)이 형성될 수 있다. 즉, 패시베이션층(180)은 제1 도전형 반도체층(110)의 상면과 측면, 그리고 보호 부재(140)의 상면에 형성될 수 있으나, 이로 한정되지는 않는다.
이하, 도 2 내지 도 12를 참조하여 제1 실시예에 따른 발광 소자(100)의 제조 방법을 설명한다. 다만, 앞에서 설명한 내용과 동일 또는 극히 유사한 내용은 생략하거나 간략하게 설명한다.
도 2에 도시한 바와 같이, 성장 기판(101) 상에 발광 구조층(135)을 형성한다.
성장 기판(101)은, 예를 들어, 사파이어(Al2O3), Si, SiC, GaAs, GaN, ZnO, MgO, GaP, InP, Ge 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 그러나 실시예가 이에 한정되는 것은 아니며 다양한 물질로 구성된 성장 기판(101)을 사용할 수 있음은 물론이다.
발광 구조층(135)은 성장 기판(101) 상에 제1 도전형 반도체층(110), 활성층(120) 및 제2 도전형 반도체층(130)을 순차적으로 성장함으로써 형성될 수 있다.
이러한 발광 구조층(135)은, 예를 들어, 유기 금속 화학 증착법(metal organic chemical vapor deposition, MOCVD), 화학 증착법(chemical vapor deposition, CVD), 플라즈마 화학 증착법(plasma-enhanced chemical vapor deposition, PECVD), 분자선 성장법(molecular beam epitaxy, MBE), 수소화물 기상 성장법(hydride vapor phase epitaxy, HVPE) 등의 방법을 이용하여 형성될 수 있다. 그러나 이에 대해 한정하지는 않는다.
한편, 발광 구조층(135) 및 성장 기판(101) 사이에는 격자 상수 차이를 완화하기 위해 버퍼층(미도시) 및/또는 언도프트 질화물층(미도시)이 형성될 수도 있다.
이어서, 도 3에 도시한 바와 같이, 발광 구조층(135) 상에 단위 칩 영역에 대응하여 보호 부재(140)을 선택적으로 형성할 수 있다. 보호 부재(140)는 패터닝된 마스크를 이용하여 단위 칩 영역의 둘레에 형성될 수 있다. 보호 부재(140)는 전자빔(E-beam) 증착, 스퍼터링(sputtering), PECVD 방법과 같은 다양한 증착 방법을 이용하여 형성할 수 있다.
이어서, 도 4에 도시한 바와 같이, 제2 도전형 반도체층(130) 상에 전류 차단층(145)을 형성할 수 있다. 전류 차단층(145)은 마스크 패턴을 이용하여 형성될 수 있다.
도 3 및 도 4에서는 보호 부재(140)과 전류 차단층(145)을 별도의 공정으로 형성하지는 것을 도시하였으나, 보호 부재(140)과 전류 차단층(145)을 동일한 재질로 형성하여 하나의 공정으로 동시에 형성하는 것도 가능하다. 예를 들어, 제2 도전형 반도체층(130) 상에 SiO2층을 형성한 후, 마스크 패턴을 이용하여 보호 부재(140)과 전류 차단층(145)을 동시에 형성할 수 있다.
이어서, 도 5에 도시한 바와 같이, 제2 도전형 반도체층(130) 및 전류차단층(145) 상에 오믹층(150)과 상기 반사층(160)을 차례로 형성할 수 있다.
오믹층(150) 및 반사층(160)은 예를 들어, 전자빔(E-beam) 증착, 스퍼터링, PECVD 중 어느 하나의 방법에 의해 형성될 수 있다.
이어서, 도 6 및 도 7에 도시한 바와 같이, 접합층(170)을 매개로 하여 도 5의 구조물에 전도성 지지 기판(175)를 접합한다. 접합층(170)은 반사층(160), 오믹층(150)의 단부 및 보호 부재(140)에 접촉되어 이들 사이의 접착력을 강화시켜 줄 수 있다.
상술한 실시예에서는 전도성 지지 기판(175)이 상기 접합층(170)을 통해 본딩 방식으로 결합된 것이 예시되어 있으나, 접합층(170)을 형성하지 않고 전도성 지지 기판(175)을 도금 방식 또는 증착 방식으로 형성하는 것도 가능하다.
이어서, 도 8에 도시한 바와 같이, 성장 기판(101)을 발광 구조층(135)으로부터 제거한다. 도 8에서는 도 7에 도시된 구조물을 뒤집어서 도시하였다.
상기 성장 기판(101)은 레이저 리프트 오프(Laser Lift Off) 방법 또는 화학적 리프트 오프(Chemical Lift Off) 방법에 의해 제거될 수 있다.
이어서, 도 9에 도시한 바와 같이, 발광 구조층(135)을 단위 칩 영역에 따라 아이솔레이션 에칭을 실시하여 복수개의 발광 구조층(135)으로 분리한다. 예를 들어, 상기 아이솔레이션 에칭은 ICP(Inductively Coupled Plasma)와 같은 건식 식각 방법에 의해 실시될 수 있다.
이어서, 도 10에 도시한 바와 같이, 보호 부재(140) 및 발광 구조층(135) 상에 패시베이션층(180)을 형성하고, 제1 도전형 반도체층(110)의 상면이 노출되도록 패시베이션층(180)을 선택적으로 제거한다.
그리고 노출된 제1 도전형 반도체층(110)의 상면에 규칙적인 주기를 가지면서, 제1 깊이를 가지는 제1 패턴부 및 상기 제1 깊이와 다른 제2 깊이를 가지는 제2 패턴부를 가지는 시트(114)를 배치한다. 이러한 시트(114)는 다양한 물질로 형성될 수 있으며, 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다.
이어서, 도 11에 도시한 바와 같이, 시트(114)와 함께 발광 구조층(135)을 식각한다. 그러면, 시트(114)의 제1 패턴부에 해당하는 발광 구조층(135)의 부분이 제1 깊이(D1)만큼 식각되어 제1 패턴(112a)을 형성하고, 시트(114)의 제2 패턴부에 해당하는 발광 구조층(135)의 부분이 제2 깊이(D2)만큼 식각되어 제2 패턴(112b)를 형성한다. 이러한 식각으로는 건식 식각이 이용될 수 있다. 이에 의하여 제1 및 제2 패턴(112a, 112b)을 규칙적인 주기로 형성할 수 있고, 습식 식각 공정에서 발광 구조층(135)이 손상되는 등의 위험을 효과적으로 방지할 수 있다.
본 실시예에 따르면 시트(114)를 이용한 건식 식각에 의하여 서로 다른 깊이의 제1 패턴(112a)과 제2 패턴(112b)을 가지는 광 추출 패턴(112)을 간단하고 안정적인 공정으로 형성할 수 있다. 종래의 사용되던 나노 임프린팅(nano imprintin) 방법은 양산성이 떨어지고 가격이 비싼 반면, 본 실시예의 방법은 생산성이 우수하며 비용을 절감할 수 있다.
이어서, 도 12에 도시한 바와 같이, 제1 도전형 반도체층(110)의 상면에 전극(115)을 형성할 수 있다. 전극(115)은 스퍼터링 또는 전자빔 증착 등의 방법으로 형성될 수 있다.
이어서, 도 12의 구조물을 칩 분리 공정을 통해 단위 칩 영역으로 분리하면 도 1의 발광 소자(100)를 복수 개 제작할 수 있다.
칩 분리 공정은 예를 들어, 블레이드(blade)를 이용해 물리적인 힘을 가하여 칩을 분리시키는 브레이킹 공정, 칩 경계에 레이저를 조사하여 칩을 분리시키는 레이저 스크리빙 공정, 습식 또는 건식 식각을 포함하는 식각 공정 등을 포함할 수 있다. 실시예가 이에 한정되지는 않는다.
이하, 도 13 내지 도 20을 참조하여 다양한 실시예 및 변형예에 따른 발광 소자를 설명한다. 간략하고 명확한 설명을 위하여 제1 실시예와 동일 또는 극히 유사한 부분에 대해서는 상세한 설명을 생략하고, 서로 다른 부분에 대해서만 상세하게 설명한다. 이러한 발광 소자의 제조 방법은 제1 실시예의 제조 방법과 유사하므로 상세한 설명을 생략한다.
도 13은 제2 실시예에 따른 발광 소자의 단면도이다.
도 13을 참조하면, 실시예의 광 추출 패턴(1121)에서는 이웃한 한 쌍의 제2 패턴(112b) 사이에 복수의 제1 패턴(112a)이 위치한다. 실시예가 이에 한정되는 것은 아니며, 제1 패턴(112a) 사이에 복수의 제2 패턴(112b)이 위치하는 등으로 다양하게 변형될 수 있음은 물론이다.
도 14는 제3 실시예에 따른 발광 소자의 단면도이다.
도 14를 참조하면, 실시예의 광 추출 패턴(1122)에서는 제1 패턴(112)의 제1 폭(W1)이 제2 패턴(112b)의 폭(W2)보다 크게 형성된다. 이와 같이 제1 패턴(112a)과 제2 패턴(112b)의 폭을 서로 다르게 하는 것에 의하여, 깊이와 함께 폭에도 변화를 주어 광 추출 효율을 좀더 향상할 수 있게 한다.
도 15는 제4 실시예에 따른 발광 소자의 단면도이다.
도 15를 참조하면, 실시예의 광 추출 패턴(1123)에서는 제1 패턴(112)의 폭이 제2 패턴(112b)의 폭보다 크게 형성되면서, 이웃한 한 쌍의 제2 패턴(112b) 사이에 복수의 제1 패턴(112a)이 위치한다. 실시예가 이에 한정되는 것은 아니며, 제1 패턴(112a) 사이에 복수의 제2 패턴(112b)이 위치하는 등으로 다양하게 변형될 수 있음은 물론이다.
도 16은 제5 실시예에 따른 발광 소자의 단면도이다.
도 16을 참조하면, 실시예의 광 추출 패턴(1124)에서는 제1 패턴(112)의 제1 폭(W11)이 제2 패턴(112b)의 제2 폭(W12)보다 작게 형성된다. 이와 같이 제1 패턴(112a)과 제2 패턴(112b)의 폭을 서로 다르게 하는 것에 의하여, 깊이와 함께 폭에도 변화를 주어 광 추출 효율을 좀더 향상할 수 있게 한다.
그리고 깊이가 상대적으로 작은 제1 패턴(112a)의 제1 폭(W11)을 깊이가 상대적으로 큰 제2 패턴(112a)의 제1 폭(W12)보다 작게 하여, 좀더 효과적으로 패턴을 형성할 수 있다. 즉, 폭이 작은 제1 패턴(112a)을 얕게 식각하고 폭이 작은 제2 패턴(112b)을 깊게 식각하여 식각 공정에서 패턴이 좀더 쉽게 안정적으로 형성될 수 있도록 한다.
도 17은 제6 실시예에 따른 발광 소자의 단면도이다.
도 17을 참조하면, 실시예의 광 추출 패턴(1125)에서는 제1 패턴(112)의 폭이 제2 패턴(112b)의 폭보다 작게 형성되면서, 이웃한 한 쌍의 제2 패턴(112b) 사이에 복수의 제1 패턴(112a)이 위치한다. 실시예가 이에 한정되는 것은 아니며, 제1 패턴(112a) 사이에 복수의 제2 패턴(112b)이 위치하는 등으로 다양하게 변형될 수 있음은 물론이다.
도 18은 제7 실시예에 따른 발광 소자의 단면도이다.
도 18을 참조하면, 실시예의 광 추출 패턴(1126)은 제1 패턴(112a)과 제2 패턴(112b)이 서로 연결되어 있다. 이에 의하여 식각 공정에서 깊이가 서로 다른 제1 패턴(112a) 및 제2 패턴(112b)을 함께 형성할 때, 이들이 무너지지 않고 안정적으로 형성될 수 있도록 한다.
도 19는 제8 실시예에 따른 발광 소자의 단면도이다.
도 19를 참조하면, 실시예의 광 추출 패턴(1127)은, 제1 깊이(D1)를 가지는 제1 패턴(112a), 제2 깊이(D2)를 가지는 제2 패턴(112b) 및 제3 깊이(D3)를 가지는 제3 패턴(112c)을 포함한다. 이와 같이 서로 다른 깊이를 가지는 제1, 제2 및 제3 패턴(112a, 112b, 112c)를 형성하여 효율을 극대화할 수 있다.
본 실시예에서는 깊이가 서로 다른 세 개의 패턴을 예시하였으나, 실시예가 이에 한정되는 것은 아니며 깊이가 서로 다른 네 개 이상의 패턴을 가지는 것도 가능하다.
도 20은 변형예들에 따른 발광 소자의 단면도이다.
도 20의 (a)를 참조하면, 광 추출 패턴의 제1 또는 제2 패턴(1128a)의 단면이 사다리꼴을 가질 수 있다. 도 20의 (b)를 참조하면, 광 추출 패턴의 제1 또는 제2 패턴(1128b)의 단면이 라운드진 형태를 가질 수 있다. 즉, 광 추출 패턴의 제1 또는 제2 패턴은 다양한 단면 형상을 가질 수 있으며 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다.
이하, 도 21 및 도 22를 참조하여 실시예의 발광 소자의 제조 방법에 사용될 수 있는 시트를 좀더 상세하게 살펴본다.
도 21은 제8 실시예의 발광 소자에서 광 추출 패턴을 형성할 때 사용할 수 있는 시트의 평면을 촬영한 도면이다. 도 21에서 대략적으로 직사각형의 형상을 가지는 패턴부들이 형성되어 있다. 직사각형 중에서 좀더 옅은 색깔의 부분이 얕은 깊이로 형성된 제1 패턴부이고, 좀더 짙은 부분이 깊은 깊이로 형성된 제2 패턴부이다. 제1 패턴부와 제2 패턴부는 서로 연결되어 형성되어 있음을 알 수 있다.
이러한 시트를 이용하여 발광 구조층(도 19의 참조부호 135)을 식각하면, 제1 패턴부에 해당하는 부분에 제1 패턴(도 19의 참조부호 112a)이 형성되고, 제2 패턴부에 해당하는 부분에 제2 패턴(도 19의 참조부호 112b)가 형성된다.
도 22는 제2 실시예의 발광 소자에서 광 추출 패턴을 형성할 때 사용할 수 있는 시트의 단면을 촬영한 도면이다.
이러한 시트를 이용하여 발광 구조층(도 13의 참조부호 135)을 식각하면, 얕은 깊이의 제1 패턴부에 해당하는 부분에 제1 패턴(도 13의 참조부호 112a)이 형성되고, 깊은 깊이의 제2 패턴부에 해당하는 부분에 제2 패턴(도 13의 참조부호 112b)가 형성된다.
이하, 실험예를 통하여 본 발명을 좀더 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이러한 실험예는 본 발명을 예시하기 위한 것에 불과하며, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
광 추출 패턴이 가로 1㎛, 세로 1㎛ 및 깊이 1㎛인 제1 패턴과, 가로 1㎛, 세로 1㎛ 및 깊이 2㎛인 제2 패턴을 가지는 경우(실험예)와 가로 1㎛, 세로 1㎛ 및 깊이 1㎛인 패턴만을 가지는 경우(비교예)에 효율을 시뮬레이션을 통하여 얻었다. 실험예의 경우의 발광 구조층에서 생성되는 빛이 방출되는 결과 또한 시뮬레이션을 통해 얻어 이를 도 23에 나타내었다.
참고로, 실험예에서 제1 패턴과 제2 패턴은 하나씩 교번하여 형성되었다. 실험예 및 비교예에서 발광 구조층의 두께는 4㎛, 활성층의 두께는 0.1㎛, 제2 도전형 반도체층의 두께는 4㎛ 였다. 그리고 발광 소자의 크기는 가로 54.5㎛, 세로 54.5㎛ 였다.
도 23을 참조하면, 실험예에서 다양한 각도의 빛이 외부로 방출되는 것을 알 수 있다. 그리고 실험예의 효율이 비교예의 효율보다 1.15%만큼 더 우수하였다. 본 시뮬레이션에서는 신속한 결과를 얻기 위하여 발광 소자의 크기를 가로 54.5㎛, 세로 54.5㎛로 작게 하고 광 추출 패턴의 크기를 가로 1㎛, 세로 1㎛, 깊이 1 또는 2㎛로 크게 한 것임에도 우수한 효율을 나타낸 것이다. 실제로 제작되는 정도의 크기의 발광 소자에 더 미세한 광 추출 패턴을 형성하면 효율의 향상 효과가 훨씬 더 클 것이라는 것을 쉽게 예측할 수 있다.
이하, 본 실시예에 따른 발광 소자를 포함하는 발광 소자 패키지를 도 24을 참조하여 설명한다. 도 24은 실시예에 따른 발광 소자를 포함하는 발광 소자 패키지의 단면도이다.
도 24을 참조하면, 실시예에 따른 발광 소자 패키지는 패키지 몸체(30)와, 이 패키지 몸체(30)에 설치된 제1 전극층(31) 및 제2 전극층(32)과, 이 패키지 몸체(30)에 설치되어 제1 및 제2 전극층(31, 32)과 전기적으로 연결되는 발광 소자(100)와, 이 발광 소자(100)를 포위하는 몰딩 부재(40)를 포함한다.
패키지 몸체(30)는 폴리프탈아미드(polyphthal amide, PPA), 액정고분자(liquid crystal polymer, LCP), 폴리아미드9T(polyamid9T, PA9T) 등과 같은 수지, 금속, 감광성 유리(photo sensitive glass), 사파이어(Al2O3), 세라믹, 인쇄회로기판(PCB) 등을 포함할 수 있다. 그러나 본 실시예가 이러한 물질에 한정되는 것은 아니다.
패키지 몸체(30)에는 상부가 개방되는 캐비티(34)가 형성된다. 캐비티(34)의 측면은 캐비티(34)의 바닥면에 수직하거나 경사질 수 있다.
이러한 패키지 몸체(30)에는 발광 소자(100)에 전기적으로 연결되는 제1 전극층(31) 및 제2 전극층(32)이 배치된다. 이러한 제1 전극층(31) 및 제2 전극층(32)은 소정 두께를 가지는 금속 플레이트로 형성될 수 있으며, 이 표면에 다른 금속층이 도금될 수도 있다. 제1 전극층(31) 및 제2 전극층(32)은 전도성이 우수한 금속으로 구성될 수 있다. 이러한 금속으로는 티타늄(Ti), 구리(Cu), 니켈(Ni), 금(Au), 크롬(Cr), 탄탈늄(Ta), 백금(Pt), 주석(Sn), 은(Ag) 등이 있다.
이러한 제1 및 제2 전극층(31, 32)은 발광 소자(100)에 전원을 제공한다. 또한, 제1 및 제2 전극층(31, 32)은 발광 소자(100)에서 발생된 빛을 반사시켜 광 효율을 증가시키는 역할을 할 수 있으며, 발광 소자(100)에서 발생된 열을 외부로 배출시키는 역할을 할 수도 있다.
캐비티(34) 내에는 제1 전극층(31) 및 제2 전극층(32)과 전기적으로 연결되면서 발광 소자(100)가 위치한다. 발광 소자(100)는 제1 전극층(31) 및 제2 전극층(32)과 와이어 방식, 플립칩 방식 또는 다이 본딩 방식 중 어느 하나에 의해 전기적으로 연결될 수도 있다. 실시예에서는 발광 소자(100)가 상기 제1 전극층(31)과 와이어(50)를 통해 전기적으로 연결되고 제2 전극층(32)과 직접 접촉하여 전기적으로 연결된 것이 예시되어 있다.
본 실시예에서는 패키지 몸체(30)의 캐비티(34) 내에 발광 소자(100)가 위치한 것을 예시하였으나, 실시예가 이에 한정되는 것이 아니다. 따라서, 패키지 몸체(30)가 캐비티(34)를 구비하지 않고, 발광 소자(100)가 몸체(30)의 상면에 위치하는 것 등도 가능하다.
이 발광 소자(100)를 포위하면서 몰딩 부재(40)가 형성되어 발광 소자(100)를 보호할 수 있다. 또한, 이 몰딩 부재(40)에는 형광체가 포함되어 발광 소자(100)에서 방출된 광의 파장을 변화시킬 수 있다.
그러나 실시예가 이에 한정되는 것은 아니며, 형광체가 몰딩 부재(40)에 위치한 코팅층 내에 위치하거나 발광 소자(100)를 감싸는 코팅층 내에 위치하는 것도 가능하다. 또는, 몰딩 부재(40) 상에 위치한 렌즈(도시하지 않음) 내에 형광체가 위치하는 것도 가능하다.
형광체로는 가넷(garnet)계 형광체, 실리케이트(silicate)계 형광체, 나이트라이드(nitride)계 형광체, 옥시나이트라이드(oxynitride)계 형광체 등의 다양한 물질이 사용될 수 있다. 또한, 형광체로는 단일의 형광체를 사용하거나, 복수의 형광체 혼합하여 사용할 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이, 몰딩 부재(40)의 굴절률을 발광 소자(100)의 볼륨층(도 1의 참조부호 190, 이하 동일)의 굴절률보다 크게 하여 광 추출 효율을 좀더 향상할 수 있다. 본 실시예에서는 볼륨층(190)에 의하여 형광체와 발광 소자(100)의 발광 구조층(도 1의 참조부호 135, 이하 동일)이 서로 접촉되지 않는다. 일반적으로 발광 구조층(135)과 형광체가 접촉하면 효율이 저하될 수 있는데, 본 실시예에서는 볼륨층(190)에 의하여 이러한 효율 저하 문제를 효과적으로 방지할 수 있다.
상술한 실시예의 발광 소자 패키지는 백라이트 유닛, 지시 장치, 램프, 가로등과 같은 조명 시스템으로 기능할 수 있다. 이를 도 25 및 도 26을 참조하여 설명한다.
도 25는 실시예에 따른 발광 소자 패키지를 포함하는 백라이트 유닛을 설명하는 도면이다. 다만, 도 25의 백라이트 유닛(1100)은 조명 시스템의 한 예이며, 이에 한정되지 않는다.
도 25을 참조하면, 백라이트 유닛(1100)은, 바텀 커버(1140), 이 바텀 커버(1140) 내에 배치된 광 가이드 부재(1120), 이 광가이드 부재(1120)의 적어도 일 측면 또는 하면에 배치된 발광 모듈(1110)을 포함할 수 있다. 또한, 광가이드 부재(1120) 아래에는 반사 시트(1130)가 배치될 수 있다.
바텀 커버(1140)는 광가이드 부재(1120), 발광 모듈(1100) 및 반사 시트(1130)가 수납될 수 있도록 상면이 개구된 박스(box) 형상으로 형성될 수 있으며, 금속 또는 수지로 형성될 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니다.
발광 모듈(1110)은, 기판(700)에 탑재된 복수의 발광 소자 패키지(600)를 포함할 수 있다. 복수의 발광 소자 패키지(600)는 광가이드 부재(1120)에 빛을 제공한다.
도시된 것처럼, 발광 모듈(1110)은 바텀 커버(1140)의 내측면들 중 적어도 어느 하나에 배치될 수 있으며, 이에 따라 광가이드 부재(1120)의 적어도 하나의 측면을 향해 빛을 제공할 수 있다.
다만, 발광 모듈(1110)은 바텀 커버(1140) 내에서 광가이드 부재(1120)의 아래에 배치되어, 광가이드 부재(1120)의 밑면을 향해 빛을 제공할 수도 있다. 이는 백라이트 유닛(1100)의 설계에 따라 다양하게 변형 가능하다.
광가이드 부재(1120)는 바텀 커버(1140) 내에 배치될 수 있다. 광가이드 부재(1120)는 발광 모듈(1110)으로부터 제공받은 빛을 면광원화하여, 표시 패널(미도시)로 가이드할 수 있다.
이러한 광가이드 부재(1120)는, 예를 들어, 도광판(light guide panel, LGP) 일 수 있다. 이 도광판을 예를 들어, 폴리메틸메타아크릴레이트(polymethyl metaacrylate, PMMA)와 같은 아크릴 수지, 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET), 고리형 올레핀 공중합체(COC), 폴리카보네이트(poly carbonate, PC), 폴리에틸렌 나프탈레이트(polyethylene naphthalate) 수지 중 하나로 형성될 수 있다.
이 광가이드 부재(1120)의 상측에 광학 시트(1150)이 배치될 수 있다.
이 광학 시트(1150)는, 예를 들어, 확산 시트, 집광 시트, 휘도 상승 시트 및 형광 시트 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 예를 들어, 광학 시트(1150)이 확산 시트, 집광 시트, 휘도 상승 시트, 형광 시트가 적층되어 형성될 수 있다. 이 경우, 확산 시트(1150)는 발광 모듈(1110)에서 출사된 광을 고르게 확산시켜주고, 이 확산된 광이 집광 시트에 의해 표시 패널(미도시)로 집광될 수 있다. 이때, 집광 시트로부터 출사되는 광은 랜덤하게 편광된 광이다. 휘도 상승 시트는 집광 시트로부터 출사된 광의 편광도를 증가시킬 수 있다. 집광 시트는, 예를 들어, 수평 또는/및 수직 프리즘 시트일 수 있다. 그리고 휘도 상승 시트는, 예를 들어, 조도 강화 필름(dual brightness enhancement film) 일 수 있다. 또한, 형광 시트는 형광체가 푸함된 투광성 플레이트 또는 필름일 수 있다.
광가이드 부재(1120)의 아래에는 반사 시트(1130)가 배치될 수 있다. 반사 시트(1130)는 광가이드 부재(1120)의 하면을 통해 방출되는 빛을 광가이드 부재(1120)의 출사면을 향해 반사할 수 있다. 이 반사 시트(1130)는 반사율이 좋은 수지, 예를 들어, PET, PC, 폴리비닐클로라이드(poly vinyl chloride), 레진 등으로 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
도 26은 실시예에 따른 발광 소자 패키지를 포함하는 조명 유닛을 설명하는 도면이다. 다만, 도 26의 조명 유닛(1200)은 조명 시스템의 한 예이며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
도 26을 참조하면, 조명 유닛(1200)은, 케이스 몸체(1210), 이 케이스 몸체(1210)에 설치된 발광 모듈(1230), 케이스 몸체(1210)에 설치되며 외부 전원으로부터 전원을 제공받는 연결 단자(1220)를 포함할 수 있다.
케이스 몸체(1210)는 방열 특성이 양호한 물질로 형성되는 것이 바람직하며, 예를 들어 금속 또는 수지로 형성될 수 있다.
발광 모듈(1230)은, 기판(700) 및 이 기판(700)에 탑재되는 적어도 하나의 발광 소자 패키지(600)를 포함할 수 있다.
상기 기판(700)은 절연체에 회로 패턴이 인쇄된 것일 수 있으며, 예를 들어, 일반 인쇄회로기판(printed circuit board, PCB), 메탈 코아(metal core) PCB, 연성(flexible) PCB, 세라믹 PCB 등을 포함할 수 있다.
또한, 기판(700)은 빛을 효율적으로 반사하는 물질로 형성되거나, 표면이 빛이 효율적으로 반사되는 컬러, 예를 들어 백색, 은색 등으로 형성될 수 있다.
기판(700) 상에는 적어도 하나의 발광 소자 패키지(600)가 탑재될 수 있다.
발광 소자 패키지(600)는 각각 적어도 하나의 발광 소자(LED: Light Emitting Diode)를 포함할 수 있다. 발광 소자는 적색, 녹색, 청색 또는 백색의 유색 빛을 각각 발광하는 유색 발광 소자 및 자외선(UV, UltraViolet)을 발광하는 UV 발광 소자를 포함할 수 있다.
발광 모듈(1230)은 색감 및 휘도를 얻기 위해 다양한 발광 소자의 조합을 가지도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 고 연색성(CRI)을 확보하기 위해 백색 발광 소자, 적색 발광 소자 및 녹색 발광 소자를 조합하여 배치할 수 있다. 또한, 발광 모듈(1230)에서 방출되는 광의 진행 경로 상에는 형광 시트가 더 배치될 수 있으며, 형광 시트는 상기 발광 모듈(1230)에서 방출되는 광의 파장을 변화시킨다. 예를 들어, 발광 모듈(1230)에서 방출되는 광이 청색 파장대를 갖는 경우 형광 시트에는 황색 형광체가 포함될 수 있으며, 발광 모듈(1230)에서 방출된 광은 상기 형광 시트를 지나 최종적으로 백색광으로 보여지게 된다.
연결 단자(1220)는 발광 모듈(1230)와 전기적으로 연결되어 전원을 공급할 수 있다. 도 26에 도시된 것에 따르면, 연결 단자(1220)는 소켓 방식으로 외부 전원에 돌려 끼워져 결합되지만, 이에 대해 한정하지는 않는다. 예를 들어, 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, 조명 시스템은 효율 특성이 우수한 발광 소자 패키지를 포함함으로써, 우수한 광 효율 및 특성을 가질 수 있다.
상술한 실시예에 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 의하여 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
또한, 이상에서 실시예들을 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, 실시예들에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부한 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (12)

  1. 기판; 및
    상기 기판 상에 배치되며, 제1 도전형 반도체층, 제2 도전형 반도체층, 그리고 상기 제1 도전형 반도체층과 상기 제2 도전형 반도체층 사이에 배치되는 활성층을 포함하는 발광 구조층
    을 포함하고,
    상기 발광 구조층에 규칙적인 주기를 가지는 광 추출 패턴이 형성되고,
    상기 광 추출 패턴은, 제1 깊이를 가지는 제1 패턴 및 상기 제1 깊이와 다른 제2 깊이를 가지는 제2 패턴을 포함하는 발광 소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 깊이가 상기 제1 깊이의 105% 내지 200%인 발광 소자.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 패턴과 상기 제2 패턴이 서로 이격되는 발광 소자.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 패턴과 상기 제2 패턴이 서로 연결되는 발광 소자.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 패턴이 제1 폭을 가지고, 상기 제2 패턴이 상기 제1 폭과 다른 제2 폭을 가지는 발광 소자.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 폭이 상기 제2 폭보다 큰 발광 소자.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 폭이 상기 제2 폭보다 작은 발광 소자.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 광 추출 패턴은, 상기 제1 및 제2 깊이와 다른 제3 깊이를 가지는 제3 패턴을 포함하는 발광 소자.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제1 도전형 반도체층에 전기적으로 연결되는 전극; 및
    상기 기판이 상기 제2 도전형 반도체층에 전기적으로 연결되는 전도성 지지 기판을 더 포함하는 발광 소자.
  10. 기판을 준비하는 단계;
    상기 기판 상에, 제1 도전형 반도체층, 제2 도전형 반도체층, 그리고 상기 제1 도전형 반도체층과 상기 제2 도전형 반도체층 사이에 배치되는 활성층을 포함하는 발광 구조층을 형성하는 단계;
    상기 발광 구조층 상에, 규칙적인 주기를 가지면서, 제1 깊이를 가지는 제1 패턴부 및 상기 제1 깊이와 다른 제2 깊이를 가지는 제2 패턴부를 가지는 시트를 배치하는 단계; 및
    상기 시트와 상기 발광 구조층을 식각하여, 상기 발광 구조층 상에 제1 깊이를 가지는 제1 패턴 및 상기 제1 깊이와 다른 제2 깊이를 가지는 제2 패턴을 포함하는 광 추출 패턴을 형성하는 단계
    를 포함하는 발광 소자의 제조 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제2 깊이가 상기 제1 깊이의 105% 내지 200%인 발광 소자의 제조 방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 광 추출 패턴을 형성하는 단계에서 건식 식각에 의해 상기 시트와 상기 발광 구조층을 함께 식각하는 발광 소자의 제조 방법.
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