KR20130007314A - 발광소자 - Google Patents

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KR20130007314A
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    • F21Y2115/10—Light-emitting diodes [LED]

Abstract

실시예는 발광소자, 발광소자 패키지, 및 조명시스템에 관한 것이다.
실시예에 따른 발광소자는 제1 도전형 반도체층 및 제2 도전형 반도체층; 및 상기 제1 도전형 반도체층 및 상기 제2 도전형 반도체층 사이에 활성층을 포함하고, 상기 활성층은 In의 조성이 a를 갖는 제1 양자벽층; 상기 In의 조성이 상기 a에서 b로 변하는 제1 양자우물층(단, a>b); 상기 In의 조성이 상기 b를 갖는 제2 양자우물층; 및 상기 In의 조성이 c를 갖는 제3 양자우물층(단, b>c)을 포함할 수 있다.

Description

발광소자{LIGHT EMITTING DEVICE}
실시예는 발광소자, 발광소자 패키지 및 조명시스템에 관한 것이다.
발광소자(Light Emitting Device: LED)는 전기 에너지를 빛 에너지로 바꾸어는 화합물 반도체이다.
종래기술에 의하면 발광소자는 질화갈륨 반도체층을 포함하며, 활성층을 구성하는 다중양자우물(MQW)은 InGaN/GaN의 웰과 배리어의 복수의 주기로 형성될 수 있다.
그런데, GaN와 InN의 격자불일치(lattice mismatch)와 격자구조 차이에 의한 극성(polar nature) 차이로 인해 In 도핑량의 증대에 따라 다중양자우물에는 강한 내부 전계(strong built-in electric field), 즉 피에조-일렉트릭 필드(piezo electric field)가 발생하고, 이러한 영향으로 인하여 전자와 정공의 공간적 분리에 의해 재결합효율이 떨어지게 되는 QCSE(quantum-confined Stark effect) 현상이 발생하는 문제가 있다.
실시예는 내부 발광효율을 증대시킬 수 있는 발광소자, 발광소자 패키지 및 조명시스템을 제공하고자 한다.
실시예에 따른 발광소자는 제1 도전형 반도체층 및 제2 도전형 반도체층; 및 상기 제1 도전형 반도체층 및 상기 제2 도전형 반도체층 사이에 활성층을 포함하고, 상기 활성층은 In의 조성이 a를 갖는 제1 양자벽층; 상기 In의 조성이 상기 a에서 b로 변하는 제1 양자우물층(단, a>b); 상기 In의 조성이 상기 b를 갖는 제2 양자우물층; 및 상기 In의 조성이 c를 갖는 제3 양자우물층(단, b>c)을 포함할 수 있다.
실시예에 따른 발광소자, 발광소자 패키지 및 조명시스템에 의하면 발광 재결합률(radiative recombination rate)을 향상시켜 내부 발광효율을 증대시킬 수 있다.
도 1은 실시예에 따른 발광소자의 단면도.
도 2는 실시예에 따른 발광소자에서 활성층의 에너지 밴드 예시도.
도 3은 실시예에 따른 발광소자에서 활성층의 두께 및 인듐함량 예시도.
도 4는 실시예에 따른 발광소자에서 활성층의 에너지 밴드 준위에 따른 파동함수(wave function) 시뮬레이션 예시도.
도 5는 실시예에 따른 발광소자 패키지 단면도.
도 6은 실시예에 따른 조명 유닛의 사시도.
도 7은 실시예에 따른 백라이트 유닛의 분해 사시도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태들을 설명한다.
실시 예의 설명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴들의 "상/위(on/over)"에 또는 "아래(under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "상/위(on/over)"와 "아래(under)"는 "직접(directly)" 또는 "다른 층을 개재하여 (indirectly)" 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 각 층의 상/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 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다.
(실시예)
도 1은 실시예에 따른 발광소자(100)의 단면도이며, 도 2는 실시예에 따른 발광소자에서 활성층의 에너지 밴드 예시도이다. 도 1은 수직형 발광소자를 예시하고 있으나 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예에 따른 발광소자(100)는 제1 도전형 반도체층(112)과, 양자우물(114w)과 제1, 제2 양자벽(114b1, 114b2)을 포함하여 제1 도전형 반도체층(112) 상에 형성된 활성층(114) 및 활성층(114) 상에 형성된 제2 도전형 반도체층(116)을 포함한다.
실시예에서 상기 활성층(114)은 In의 조성이 a를 갖는 제1 양자벽층(114b1)과, 상기 In의 조성이 상기 a에서 b로 변하는 제1 양자우물층(단, a>b)(114w1)과, 상기 In의 조성이 상기 b를 갖는 제2 양자우물층(114w2) 및 상기 In의 조성이 c를 갖는 제3 양자우물층(단, b>c)(114w3)을 포함할 수 있다.
또한, 실시예에서 상기 활성층(114)은 상기 In의 조성이 상기 b를 갖는 제4 양자우물층(114w4)과, 상기 In의 조성이 상기 b에서 상기 a로 변하는 제5 양자물층(114w5) 및 상기 In의 조성이 상기 a를 갖는 제2 양자벽층(114b2)을 더 포함할 수 있다.
실시예에서 제1 도전형 반도체층(112), 활성층(114), 제2 도전형 반도체층(116)은 발광구조물(110)의 기능을 형성할 수 있고, 실시예는 발광구조물(110) 상면 일부에 형성된 패시베이션층(140), 발광구조물(110) 상에 형성된 제1 전극(150)을 포함할 수 있다.
이하, 도 1을 참조하여 실시예에 따른 발광소자의 전체적인 구조에 대해 설명 후, 도 2를 참조하여 실시예에 따른 발광소자에서 활성층의 에너지 밴드 구조에 대해 상술하기로 한다.
상기 제1 도전형 반도체층(112)은 InxAlyGa1 -x- yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 도전형 반도체층(112)은 GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN,AlGaAs, InGaAs, AlInGaAs, GaP, AlGaP, InGaP, AlInGaP, InP 중 어느 하나 이상으로 형성될 수 있다.
상기 활성층(114)은 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 활성층(114)의 우물층/장벽층은 InGaN/GaN, InGaN/InGaN, GaN/AlGaN, InAlGaN/GaN , GaAs(InGaAs),/AlGaAs, GaP(InGaP)/AlGaP중 어느 하나 이상의 페어 구조로 형성될 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 우물층은 장벽층의 밴드 갭보다 낮은 밴드 갭을 갖는 물질로 형성될 수 있다.
활성층에 대한 에너지 밴드 구조는 이후 상술하기로 한다.
상기 제2 도전형 반도체층(116)은 제2 도전형 도펀트가 도핑된 3족-5족 원소의 화합물 반도체, 예컨대, InxAlyGa1 -x- yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질을 포함할 수 있다. 상기 제2 도전형 반도체층(116)은 예컨대, GaN, AlN, AlGaN, InGaN, InN, InAlGaN, AlInN, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP, AlGaInP 등에서 선택될 수 있다.
실시예에서 상기 제1 도전형 반도체층(112)은 N형 반도체층, 상기 제2 도전형 반도체층(116)은 P형 반도체층으로 구현할 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 또한 상기 제2 도전형 반도체층(116) 위에는 상기 제2 도전형과 반대의 극성을 갖는 갖는 반도체 예컨대, 제2 도전형 반도체층(116)이 P형 반도체층인 경우, N형 반도체층(미도시)을 더 형성할 수 있다. 이에 따라 발광구조물(110)은 N-P 접합 구조, P-N 접합 구조, N-P-N 접합 구조, P-N-P 접합 구조 중 어느 한 구조로 구현할 수 있다.
상기 발광구조물(110) 상면에는 요철(R)이 형성되어 광추출 효율을 높일 수 있다.
상기 발광구조물(110) 하측에는 제2 전극층(120)이 형성되며, 상기 제2 전극층(120)은 오믹층(122), 반사층(124), 결합층(125), 지지기판(126) 등을 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 오믹층(122)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), IZON(IZO Nitride), AGZO(Al-Ga ZnO), IGZO(In-Ga ZnO), ZnO, IrOx, RuOx, NiO, RuOx/ITO, Ni/IrOx/Au, 및 Ni/IrOx/Au/ITO, Ag, Ni, Cr, Ti, Al, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au, Hf 중 적어도 하나를 포함하여 형성될 수 있으며, 이러한 재료에 한정되는 않는다.
또한, 상기 반사층(124)은 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(124)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.
또한, 상기 결합층(125)은 Ti, Au, Sn, Ni, Cr, Ga, In, Bi, Cu, Ag 또는 Ta 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또한, 상기 전도성 지지기판(126)는 구리(Cu), 구리합금(Cu Alloy), 금(Au), 니켈(Ni), 몰리브덴(Mo), 구리-텅스텐(Cu-W), 캐리어 웨이퍼(예를 들어, Si, Ge, GaAs, GaN, ZnO, SiGe, SiC 등) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 발광구조물(110)의 하측 외곽에는 보호 부재(190)가 형성될 수 있고, 상기 발광구조물(110)과 상기 오믹층(122) 사이에는 전류 차단층(current blocking layer, CBL)(130)이 형성될 수 있다.
상기 보호 부재(190)는 상기 발광구조물(110)과 결합층(125) 사이의 둘레 영역에 형성될 수 있으며, 링 형상, 루프 형상, 사각 프레임 형상 등으로 형성될 수 있다. 상기 보호 부재(190)는 일부분이 상기 발광구조물(110)과 수직 방향에서 중첩될 수 있다.
상기 보호 부재(190)는 상기 결합층(125)과 활성층(114) 사이의 측면에서의 거리를 증가시켜 상기 결합층(125)과 활성층(114) 사이의 전기적 단락의 발생 가능성을 줄일 수 있고, 칩 분리 공정에서 전기적 단락이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
상기 보호 부재(190)는 전기 절연성을 가지는 물질이거나, 반사층(124) 또는 결합층(1125)보다 전기 전도성이 낮은 물질, 또는 제2 도전형의 반도체층(116)과 쇼트키 접촉을 형성하는 물질을 이용하여 형성될 수 있다. 예를 들어, 보호 부재(190)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.
이하, 도 2를 참조하여 실시예에 따른 발광소자에서 활성층의 에너지 밴드 구조를 상술한다.
실시예는 활성층(114)에서의 피에조-일렉트릭 필드(piezo electric field) 현상을 완화시켜 내부 발광효율을 증대시킬 수 있는 발광소자(100)를 제공하고자 한다.
이를 위해, 실시예에 따른 발광소자에서 상기 활성층의 양자우물(114w)은 제1 에너지밴드 준위를 가지는 제1 양자우물(114w1)과, 상기 제1 에너지밴드 준위보다 낮은 제2 에너지밴드 준위를 가지는 제2 양자 우물(114w2) 및 상기 제2 에너지밴드 준위보다 낮은 제3 에너지밴드 준위를 가지는 제3 양자 우물(114w3)을 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 활성층(114)은 In의 조성이 a를 갖는 제1 양자벽층(114b1)과, 상기 In의 조성이 상기 a에서 b로 변하는 제1 양자우물층(단, a>b)(114w1)과, 상기 In의 조성이 상기 b를 갖는 제2 양자우물층(114w2) 및 상기 In의 조성이 c를 갖는 제3 양자우물층(단, b>c)(114w3)을 포함할 수 있다.
또한, 실시예는 상기 제3 에너지밴드 준위보다 높은 제4 에너지밴드 준위를 가지는 제4 양자 우물(114w4) 및 상기 제4 에너지밴드 준위보다 높은 제5 에너지밴드 준위를 가지는 제5 양자 우물(114w5)을 더 포함할 수 있다.
예를 들어, 실시예에서 상기 활성층(114)은 상기 In의 조성이 상기 b를 갖는 제4 양자우물층(114w4)과, 상기 In의 조성이 상기 b에서 상기 a로 변하는 제5 양자물층(114w5) 및 상기 In의 조성이 상기 a를 갖는 제2 양자벽층(114b2)을 더 포함할 수 있다.
상기 제4 양자우물(114w4)의 제4 에너지밴드 준위는 상기 제2 양자우물(114w2)의 제2 에너지밴드 준위와 같을 수 있으며, 상기 제5 양자우물(114w5)의 제5 에너지밴드 준위는 상기 제1 양자우물(114w1)의 제1 에너지밴드 준위와 같을 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
결국, 본 발명의 일 실시 예에 따른 양자우물(114w) 구조는 가장 낮은 제3 에너지 밴드 준위를 갖는 제3 양자우물(114w3)을 중심으로, 상기 제3 에너지 밴드 준위보다 높은 제2 에너지밴드 준위를 갖는 한 쌍의 제2, 제4 양자우물(114w2, 114w4), 및 상기 제2에너지 밴드 준위에서 제1, 제2 양자 벽(114b1, 114b2) 쪽으로 점진적으로 에너지 밴드 준위가 높아지는 형태의 제1 에너지 밴드 준위를 갖는 한 쌍의 제1, 제5 양자우물(114w1, 114w5)을 갖는 구조일 수 있다.
그리고, 상기 제3 양자우물(114w3)은 상기 제2 양자우물(114w2) 및 상기 제4 양자우물(114w4) 사이에 개재될 수 있다.
실시예에 의하면 제1 양자우물(114w1)의 에너지 밴드 준위는 제2 양자우물(114w2) 쪽으로 갈수록 점진적으로 낮아지는 구조(Grading Structure)이거나 보잉(bowing)된 구조일 수 있다.
그리고, 제5 양자우물(114w5)의 에너지 밴드 준위는 제4 양자우물(114w4) 쪽으로 갈수록 점진적으로 낮아지는 구조(또는, 제2 양자벽(114b2) 쪽으로 갈수록 점진적으로 높아지는 구조)이거나 보잉된 구조일 수 있다.
제2 양자우물(114w2)과 제4양자우물(114w4) 사이에는 제3양자우물(114w3)이 존재하므로, 제1, 5양자우물(114w1, 114w5)의 에너지 밴드 준위는 제3양자우물(114w3) 쪽으로 갈수록 점진적으로 낮아지는 구조일 수 있다.
실시예에 의하면 제1, 제5 양자 우물에서 에너지밴드 준위가 점차 낮아지는 양자우물 구조와 더불어 제3 양자우물(114w3)이 에너지밴드 준위가 더 높은 제2 양자우물(114w2) 및 제4 양자우물(114w4) 사이에 개재됨에 따라 상기 제2 양자우물(114w2) 및 상기 제4 양자우물(114w4)이 내부 에너지 장벽(inter energy barrier) 기능을 함으로써 광가둠계수가 증가하게 된다.
실시예에 의하면 전자의 파동함수(wave function)(ψe)와 정공의 파동함수(ψh)의 오버랩(overlap) 비율을 넓힘으로써 발광 재결합률(radiative recombination rate)을 향상시켜 내부 발광효율을 증대시킬 수 있다.
도 4는 실시예에 따른 발광소자에서 활성층의 에너지 밴드 준위에 따른 파동함수(wave function) 시뮬레이션 예시도이다.
실시예에 의하면 전자의 파동함수(wave function)(ψe)와 정공의 파동함수(ψh1, ψh2)의 오버랩(overlap) 비율을 넓힘으로써 발광 재결합률(radiative recombination rate)을 향상시켜 내부 발광효율을 증대시킬 수 있다. ψh1은 라이트 홀(light hole)의 파동함수 분포일 수 있고, ψh2는 헤비 홀(heavy hole)의 파동함수 분포일 수 있다.
도 2를 참조하면, 상기 제1 양자우물(114w1), 상기 제2 양자우물(114w2) 및 상기 제3 양자우물(114w3)은 제1 양자벽(114b1)과 제2 양자벽(114b2) 사이에 형성될 수 있다.
또한, 실시예에서 상기 제2 양자우물(114w2)은 상기 제1 양자우물(114w1) 및 상기 제3 양자우물(114w3) 사이에 위치하며, 상기 제1 양자우물(114w1), 상기 제2 양자우물(114w2) 및 상기 제3 양자우물(114w3)은 순차적으로 적층되어 형성될 수 있다.
도 3은 실시예에 따른 발광소자에서 활성층의 두께 및 인듐함량 예시도이다.
실시예에 의하면 상기 양자우물(114w)은 인듐을 포함하는 질화물반도체층일 수 있다. 예를 들어, 상기 양자우물(114w)은 InxGa(1-x)N층(단, 0≤x≤1)일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 양자벽(114b)은 AlyGa1 - yN층 (단, 0≤y≤1)일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예에서, 상기 제1 양자우물(114w1)은 제1 농도의 인듐을 포함하고, 상기 제2 양자우물(114w2)은 상기 제1 농도 이상의 제2 농도의 인듐을 포함하고, 상기 제3 양자우물(114w3)은 상기 제2 농도 이상의 제3 농도의 인듐을 포함할 수 있다.
예를 들어, 실시예에서 상기 활성층(114)은 In의 조성이 a를 갖는 제1 양자벽층(114b1)과, 상기 In의 조성이 상기 a에서 b로 변하는 제1 양자우물층(단, a>b)(114w1)과, 상기 In의 조성이 상기 b를 갖는 제2 양자우물층(114w2) 및 상기 In의 조성이 c를 갖는 제3 양자우물층(단, b>c)(114w3)을 포함할 수 있다.
상기 제1 양자우물층(114w1)의 상기 In의 조성은 상기 a에서 상기 b로 선형적으로 변할 수 있다.
이에 따라, 상기 제1 양자우물층(114w1)은 제1 에너지밴드 준위를 갖고, 상기 제2 양자우물층(114w2)은 상기 제1 에너지밴드 준위보다 낮은 제2 에너지밴드 준위를 가지며, 상기 제3 양자우물층(114w3)은 상기 제2 에너지밴드 준위 보다 낮은 제3 에너지밴드 준위를 갖을 수 있다.
실시예에서 상기 제1 에너지밴드 준위는 상기 제1 양자우물층(114w1) 내에서 선형적으로 변하며, 상기 제2, 제3 에너지밴드준위는 각각의 상기 제2, 제3 양자우물층(114w2, 114w3) 내에서 일정할 수 있다.
또한, 상기 제4 양자우물(114w4)은 상기 제3 농도 이하의 제4 농도의 인듐을 포함하며, 상기 제5 양자우물(114w5)은 상기 제4 농도 이하의 제5 농도의 인듐을 포함할 수 있다.
예를 들어, 실시예에서 상기 활성층(114)은 상기 In의 조성이 상기 b를 갖는 제4 양자우물층(114w4)과, 상기 In의 조성이 상기 b에서 상기 a로 변하는 제5 양자우물층(114w5) 및 상기 In의 조성이 상기 a를 갖는 제2 양자벽층(114b2)을 더 포함할 수 있다.
이때, 상기 제4 농도의 인듐은 상기 제2 농도의 인듐과 같으며, 상기 제5 농도의 인듐은 상기 제1 농도의 인듐과 같을 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
예를 들어, 상기 제1 양자우물(114w1)은 0%~12%까지의 제1 농도의 인듐을 포함하고, 상기 제2 양자우물(114w2)은 상기 제1 농도 이상인 12%인 제2 농도의 인듐을 포함하고, 상기 제3 양자우물(114w3)은 상기 제2 농도 이상의 15%인 제3 농도의 인듐을 포함할 수 있다.
또한, 상기 제4 양자우물(114w4)은 상기 제3 농도 이하의 12%인 제4 농도의 인듐을 포함하며, 상기 제5 양자우물(114w5)은 상기 제4 농도 이하의 0%~12%까지인 제5 농도의 인듐을 포함할 수 있다.
실시예에 의하면 제1, 제5 양자우물의 에너지밴드 준위가 점차 낮아지는 양자우물 구조 및 제3 양자우물(114w3)이 에너지밴드 준위가 더 높은 제2 양자우물(114w2) 및 제4 양자우물(114w4) 사이에 개재됨에 따라 상기 제2 양자우물(114w2) 및 상기 제4 양자우물(114w4)이 내부 에너지 장벽(inter energy barrier) 기능을 함으로써 발광 재결합률(radiative recombination rate)을 향상시킬 수 있다.
즉, 실시예에 의하면 전자의 파동함수(wave function)(ψe)와 정공의 파동함수(ψh1, ψh2)의 오버랩(overlap) 비율을 넓힘으로써 발광 재결합률(radiative recombination rate)을 향상시켜 내부 발광효율을 증대시킬 수 있다.
Wave Function Overlap %
비교예 93%
실시예 96%
표 1은 비교예와 실시예에서의 파동함수 오버랩(Wave Function Overlap) 비율을 나타낸 것이다.
실시예에 의하면, 비교예에 비해 전자 파동함수와 정공 파동함수의 오버랩 비율을 약 3% 증가시킴으로써 발광 재결합률을 향상시켜 내부 발광효율을 증대시킬 수 있다.
또한, 실시예에서 상기 제3 양자우물의 두께(d3)는 상기 제1 양자우물의 두께(d1) 또는 상기 제2 양자우물의 두께(d2)보다 작을 수 있다. 또한, 상기 제1 양자우물층의 두께(d1)는 상기 제2 양자우물층의 두께(d2)와 같거나 두꺼울 수 있다.
또한, 상기 제2 양자우물층의 두께(d2)는 상기 제3 양자우물층의 두께(d3)보다 두꺼울 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 양자우물층의 두께(d2)는 상기 제3 양자우물층의 두께(d3)의 1배 내지 2배일 수 있다.
이를 통해, 폭이 좁은 제3 양자우물(114w3)이 폭이 넓은 제2 양자우물(114w2) 및 제4 양자우물(114w4) 사이에 개재됨에 따라 상기 제2 양자우물(114w2) 및 상기 제4 양자우물(114w4)이 내부 에너지 장벽(inter energy barrier) 기능을 함으로써 발광 재결합률(radiative recombination rate)을 향상시킬 수 있다.
예를 들어, 양자우물의 두께(dt)가 약 30Å~약 40Å인 경우, 제1 양자우물의 두께(d1)는 약 10Å이고, 제2 양자우물의 두께(d2)는 약 8Å이고, 제3 양자우물의 두께(d3)는 약 5Å이고, 제4 양자우물의 두께(d4)는 약 8Å이고, 제5 양자우물의 두께(d5)는 약 10Å일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 실시예에서 제1 양자우물의 두께(d1)는 약 9Å이고, 제2 양자우물의 두께(d2)는 약 9Å이고, 제3 양자우물의 두께(d3)는 약 5Å이고, 제4 양자우물의 두께(d4)는 약 9Å이고, 제5 양자우물의 두께(d5)는 약 9Å일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예에 의하면 QCSE(quantum-confined Stark effect) 현상을 해소하여 전자의 파동함수(wave function)와 정공의 파동함수의 오버랩(overlap) 비율을 넓힘으로써 발광 재결합률(radiative recombination rate)을 향상시켜 내부 발광효율을 증대시킬 수 있다.
도 5는 실시예에 따른 발광소자 패키지(200) 단면도이다.
도 5를 참조하면, 실시예에 따른 발광 소자 패키지(200)는 패키지 몸체부(205)와, 상기 패키지 몸체부(205)에 설치된 제3 전극층(213) 및 제4 전극층(214)과, 상기 패키지 몸체부(205)에 설치되어 상기 제3 전극층(213) 및 제4 전극층(214)과 전기적으로 연결되는 발광 소자(100)와, 상기 발광 소자(100)를 포위하는 몰딩부재(240)를 포함한다.
상기 패키지 몸체부(205)는 실리콘 재질, 합성수지 재질, 또는 금속 재질을 포함하여 형성될 수 있으며, 상기 발광 소자(100)의 주위에 경사면이 형성될 수 있다.
상기 제3 전극층(213) 및 제4 전극층(214)은 서로 전기적으로 분리되며, 상기 발광 소자(100)에 전원을 제공하는 역할을 한다. 또한, 상기 제3 전극층(213) 및 제4 전극층(214)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 1 에 예시된 수직형 타입의 발광 소자가 적용될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 발광 소자(100)는 상기 패키지 몸체부(205) 상에 설치되거나 상기 제3 전극층(213) 또는 제4 전극층(214) 상에 설치될 수 있다.
상기 발광 소자(100)는 상기 제3 전극층(213) 및/또는 제4 전극층(214)과 와이어 방식, 플립칩 방식 또는 다이 본딩 방식 중 어느 하나에 의해 전기적으로 연결될 수도 있다. 실시예에서는 상기 발광 소자(100)가 상기 제3 전극층(213)과 와이어(230)를 통해 전기적으로 연결되고 상기 제4 전극층(214)과 직접 접촉하여 전기적으로 연결된 것이 예시되어 있다.
상기 몰딩부재(240)는 상기 발광 소자(100)를 포위하여 상기 발광 소자(100)를 보호할 수 있다. 또한, 상기 몰딩부재(240)에는 형광체가 포함되어 상기 발광 소자(100)에서 방출된 광의 파장을 변화시킬 수 있다.
실시예에 따른 발광소자 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 6은 실시예에 따른 조명 유닛의 사시도(1100)이다.
도 6을 참조하면, 상기 조명 유닛(1100)은 케이스몸체(1110)와, 상기 케이스몸체(1110)에 설치된 발광모듈부(1130)과, 상기 케이스몸체(1110)에 설치되며 외부 전원으로부터 전원을 제공받는 연결 단자(1120)를 포함할 수 있다.
상기 케이스몸체(1110)는 방열 특성이 양호한 재질로 형성되는 것이 바람직하며, 예를 들어 금속 재질 또는 수지 재질로 형성될 수 있다.
상기 발광모듈부(1130)은 기판(1132)과, 상기 기판(1132)에 탑재되는 적어도 하나의 발광소자 패키지(200)를 포함할 수 있다.
상기 기판(1132)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(1132)은 빛을 효율적으로 반사하는 재질로 형성되거나, 표면이 빛이 효율적으로 반사되는 컬러, 예를 들어 백색, 은색 등으로 형성될 수 있다.
상기 기판(1132) 상에는 상기 적어도 하나의 발광소자 패키지(200)가 탑재될 수 있다. 상기 발광소자 패키지(200) 각각은 적어도 하나의 발광 다이오드(LED: Light Emitting Diode)(100)를 포함할 수 있다. 상기 발광 다이오드(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 발광모듈부(1130)는 색감 및 휘도를 얻기 위해 다양한 발광소자 패키지(200)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(1120)는 상기 발광모듈부(1130)와 전기적으로 연결되어 전원을 공급할 수 있다. 도 6에 도시된 것에 따르면, 상기 연결 단자(1120)는 소켓 방식으로 외부 전원에 돌려 끼워져 결합되지만, 이에 대해 한정하지는 않는다. 예를 들어, 상기 연결 단자(1120)는 핀(pin) 형태로 형성되어 외부 전원에 삽입되거나, 배선에 의해 외부 전원에 연결될 수도 있는 것이다.
도 7은 실시예에 따른 백라이트 유닛의 분해 사시도(1200)이다.
실시예에 따른 백라이트 유닛(1200)은 도광판(1210)과, 상기 도광판(1210)에 빛을 제공하는 발광모듈부(1240)와, 상기 도광판(1210) 아래에 반사 부재(1220)와, 상기 도광판(1210), 발광모듈부(1240) 및 반사 부재(1220)를 수납하는 바텀 커버(1230)를 포함할 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
상기 도광판(1210)은 빛을 확산시켜 면광원화 시키는 역할을 한다. 상기 도광판(1210)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 발광모듈부(1240)은 상기 도광판(1210)의 적어도 일 측면에 빛을 제공하며, 궁극적으로는 상기 백라이트 유닛이 설치되는 디스플레이 장치의 광원으로써 작용하게 된다.
상기 발광모듈부(1240)은 상기 도광판(1210)과 접할 수 있으나 이에 한정되지 않는). 구체적으로는, 상기 발광모듈부(1240)은 기판(1242)과, 상기 기판(1242)에 탑재된 다수의 발광소자 패키지(200)를 포함하는데, 상기 기판(1242)이 상기 도광판(1210)과 접할 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
상기 기판(1242)은 회로패턴(미도시)을 포함하는 인쇄회로기판(PCB, Printed Circuit Board)일 수 있다. 다만, 상기 기판(1242)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.
그리고, 상기 다수의 발광소자 패키지(200)는 상기 기판(1242) 상에 빛이 방출되는 발광면이 상기 도광판(1210)과 소정 거리 이격되도록 탑재될 수 있다.
상기 도광판(1210) 아래에는 상기 반사 부재(1220)가 형성될 수 있다. 상기 반사 부재(1220)는 상기 도광판(1210)의 하면으로 입사된 빛을 반사시켜 위로 향하게 함으로써, 상기 백라이트 유닛의 휘도를 향상시킬 수 있다. 상기 반사 부재(1220)는 예를 들어, PET, PC, PVC 레진 등으로 형성될 수 있으나, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 바텀 커버(1230)는 상기 도광판(1210), 발광모듈부(1240) 및 반사 부재(1220) 등을 수납할 수 있다. 이를 위해, 상기 바텀 커버(1230)는 상면이 개구된 박스(box) 형상으로 형성될 수 있으나, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 바텀 커버(1230)는 금속 재질 또는 수지 재질로 형성될 수 있으며, 프레스 성형 또는 압출 성형 등의 공정을 이용하여 제조될 수 있다.
실시예에 따른 발광소자, 발광소자 패키지 및 조명시스템에 의하면 발광 재결합률(radiative recombination rate)을 향상시켜 내부 발광효율을 증대시킬 수 있다.
이상에서는 본 발명의 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 않는다.

Claims (10)

  1. 제1 도전형 반도체층 및 제2 도전형 반도체층; 및
    상기 제1 도전형 반도체층 및 상기 제2 도전형 반도체층 사이에 활성층을 포함하고,
    상기 활성층은
    In의 조성이 a를 갖는 제1 양자벽층;
    상기 In의 조성이 상기 a에서 b로 변하는 제1 양자우물층(단, a>b);
    상기 In의 조성이 상기 b를 갖는 제2 양자우물층; 및
    상기 In의 조성이 c를 갖는 제3 양자우물층(단, b>c)을 포함하는 발광소자.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 양자벽층, 상기 제1 양자우물층, 상기 제2 양자우물층 및 상기 제3 양자우물층은 순차적으로 적층된 구조인 발광소자.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 양자우물층의 상기 In의 조성은 상기 a에서 상기 b로 선형적으로 변하는 발광소자.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 양자우물층의 두께는 상기 제2 양자우물층의 두께보다 두꺼운 발광소자.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 양자우물층의 두께는 상기 제2 양자우물층의 두께와 동일한 발광소자.
  6. 제1 항에 있어서,
    제4 항 또는 제5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 양자우물층의 두께는 상기 제3 양자우물층의 두께보다 두꺼운 발광소자.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 제2 양자우물층의 두께는 상기 제3 양자우물층의 두께의 1배 내지 2배인 발광소자.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 양자우물층은 제1 에너지밴드 준위를 갖고,
    상기 제2 양자우물층은 상기 제1 에너지밴드 준위보다 낮은 제2 에너지밴드 준위를 가지며,
    상기 제3 양자우물층은 상기 제2 에너지밴드 준위보다 낮은 제3 에너지밴드 준위를 갖는 발광소자.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 제1 에너지밴드 준위는 상기 제1 양자우물층 내에서 선형적으로 변하며,
    상기 제2 에너지밴드 준위 및 상기 제3 에너지밴드 준위는 각각 상기 제2 양자우물층 및 상기 제3 양자우물층 내에서 일정한 발광소자.
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 In의 조성이 상기 b를 갖는 제4 양자우물층;
    상기 In의 조성이 상기 b에서 상기 a로 변하는 제5 양자물층; 및
    상기 In의 조성이 상기 a를 갖는 제2 양자벽층을 더 포함하는 발광소자.
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