KR20130023939A - Light emitting device - Google Patents
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Abstract
Description
실시예는 발광소자에 관한 것이다.An embodiment relates to a light emitting element.
반도체의 3-5족 또는 2-6족 화합물 반도체 물질을 이용한 발광 다이오드(Light Emitting Diode)나 레이저 다이오드와 같은 발광소자는 박막 성장 기술 및 소자 재료의 개발로 적색, 녹색, 청색 및 자외선 등 다양한 색을 구현할 수 있으며, 형광 물질을 이용하거나 색을 조합함으로써 효율이 좋은 백색 광선도 구현이 가능하며, 형광등, 백열등 등 기존의 광원에 비해 저소비전력, 반영구적인 수명, 빠른 응답속도, 안전성, 환경친화성의 장점을 가진다.Light emitting devices such as light emitting diodes or laser diodes using semiconductors of Group 3-5 or 2-6 compound semiconductor materials of semiconductors have various colors such as red, green, blue, and ultraviolet rays due to the development of thin film growth technology and device materials. It is possible to realize efficient white light by using fluorescent materials or combining colors, and it has low power consumption, semi-permanent life, fast response speed, safety and environmental friendliness compared to conventional light sources such as fluorescent and incandescent lamps. Has an advantage.
따라서, 광 통신 수단의 송신 모듈, LCD(Liquid Crystal Display) 표시 장치의 백라이트를 구성하는 냉음극관(CCFL: Cold Cathode Fluorescence Lamp)을 대체하는 발광 다이오드 백라이트, 형광등이나 백열 전구를 대체할 수 있는 백색 발광 다이오드 조명 장치, 자동차 헤드 라이트 및 신호등에까지 응용이 확대되고 있다.Therefore, a transmission module of the optical communication means, a light emitting diode backlight replacing a cold cathode fluorescent lamp (CCFL) constituting a backlight of an LCD (Liquid Crystal Display) display device, a white light emitting element capable of replacing a fluorescent lamp or an incandescent lamp Diode lighting, automotive headlights, and traffic lights.
고휘도의 발광 다이오드를 얻기 위하여, 활성층의 품질을 개선하여 내부 양자 효율을 올리는 방법과, 활성층에서 발생한 빛을 외부로 방출하는 것을 도와 주고 필요한 방향으로 모아줌으로써 광 추출 효율을 증대시키는 방법이 있다.In order to obtain a high brightness light emitting diode, there are a method of improving the quality of the active layer to increase the internal quantum efficiency, and a method of increasing the light extraction efficiency by helping to emit the light generated from the active layer to the outside and collecting in the required direction.
광 추출 효율(Light Extraction Efficiency)은 발광 다이오드에 주입된 전자와 발광 다이오드 밖으로 방출되는 광자의 비에 의하여 결정되며 광 추출 효율이 높을수록 밝은 발광 다이오드를 의미한다.Light extraction efficiency is determined by the ratio of electrons injected into the light emitting diode and photons emitted out of the light emitting diode, and the higher the light extraction efficiency, the brighter the light emitting diode.
질화물계 발광 다이오드에서는, 활성층에서 발생한 빛이 외부로 빠져 나갈때, 질화물계 반도체 물질과 외부와의 굴절율 차이에 의해 전반사 조건이 발생하게 되어 전반사의 임계각 이상의 각도로 입사된 광은 외부로 빠져나가지 못하고 반사되어 다시 소자 내부로 들어오게 된다.In the nitride-based light emitting diode, when the light emitted from the active layer exits to the outside, total reflection condition occurs due to the difference in refractive index between the nitride-based semiconductor material and the outside, so that light incident at an angle greater than or equal to the critical angle of total reflection does not escape to the outside and is reflected And then back inside the device.
이러한 문제점을 해결하기 위해 발광 다이오드의 표면을 식각하여 표면에 거칠기를 형성하는 방법이 있으나, 추가적인 식각 공정을 수행함으로써 제조 공정이 복잡해지고 제조 시간이 오래 걸릴 수 있으며, 발광 다이오드에서 외부로 방출되는 빛이 경계면에서 전반사하고 내부로 재입사되어 발광 다이오드의 광효율이 저하될 수 있다.In order to solve such a problem, there is a method of forming a roughness on the surface by etching the surface of the light emitting diode, but by performing an additional etching process, the manufacturing process may be complicated and take a long time, and light emitted from the light emitting diode to the outside The total reflection at this interface and re-incident to the inside can reduce the light efficiency of the light emitting diode.
실시예는 발광소자의 광추출 효율을 증가시키고자 한다.The embodiment aims to increase the light extraction efficiency of the light emitting device.
실시예는 제1 도전형 반도체층, 제2 도전형 반도체층 및 상기 제1 도전형 반도체층과 제2 도전형 반도체층 사이에 배치되는 활성층을 포함하는 발광 구조물; 및 상기 발광 구조물 상에 배치되고 나노 공동을 포함하는 광추출 구조를 포함하는 발광소자를 제공한다.Embodiments include a light emitting structure including a first conductive semiconductor layer, a second conductive semiconductor layer, and an active layer disposed between the first conductive semiconductor layer and the second conductive semiconductor layer; And a light extraction structure disposed on the light emitting structure and including a nanocavity.
광추출 구조는, 나노 요철이 형성된 제1층과 나노 공동을 사이에 두고 상기 제1층 상에 배치되는 제2층을 포함할 수 있다.The light extraction structure may include a first layer in which nano irregularities are formed and a second layer disposed on the first layer with a nano cavity interposed therebetween.
광추출 구조는, 나노 요철이 제1 도전형 반도체층 또는 제2 도전형 반도체층에 형성되고, 상기 나노 요철과 나노 공동을 사이에 두고 제2층이 배치될 수 있다.In the light extracting structure, nano irregularities may be formed in the first conductive semiconductor layer or the second conductive semiconductor layer, and a second layer may be disposed with the nano irregularities and the nanocavity interposed therebetween.
제2층은 상기 나노 요철 내에 적어도 일부가 삽입될 수 있다.At least a part of the second layer may be inserted into the nano irregularities.
제1층은 산화물을 포함할 수 있으며, ITO, SiO2, Al2O3, ZnO, TiO2, 폴리머 중 어느 하나를 포함할 수 있다.The first layer may include an oxide and may include any one of ITO, SiO 2 , Al 2 O 3 , ZnO, TiO 2 , and a polymer.
나노 요철은 깊이가 400 나노미터 내지 1 마이크로 미터일 수 있다.Nano irregularities may be 400 nanometers to 1 micrometer in depth.
나노 요철의 단면은 원형이고, 상기 나노 요철은 단면의 지름이 0.1 마이크로 미터 내지 0.5 마이크로 미터일 수 있다.The cross section of the nano unevenness may be circular, and the diameter of the nano unevenness may be 0.1 micrometer to 0.5 micrometer.
나노 요철은 크기가 상기 활성층에서 방출되는 빛의 파장보다 작을 수 있다.Nano irregularities may be smaller in size than the wavelength of light emitted from the active layer.
나노 요철은 규칙적으로 배열될 수 있다.Nano irregularities may be arranged regularly.
나노 요철은 0.5 내지 0.7 마이크로 미터의 주기를 가질 수 있다.Nano irregularities may have a period of 0.5 to 0.7 micrometers.
제 2 층은 ITO, 산화물, 에폭시 물질 중 어느 하나일 수 있다.The second layer can be any one of ITO, oxide, epoxy material.
나노 공동의 높이는 상기 나노 요철의 높이보다 낮을 수 있다.The height of the nanocavity may be lower than the height of the nano irregularities.
나노 공동의 높이는 상기 나노 요철의 높이의 80 내지 100%일 수 있다.The height of the nanocavity may be 80 to 100% of the height of the nano irregularities.
나노 공동의 단면은 원형이고, 상기 나노 공동의 단면의 지름은 0.1 마이크로 미터 내지 0.5 마이크로 미터일 수 있다.The cross section of the nanocavity is circular, and the diameter of the cross section of the nanocavity may be 0.1 micrometer to 0.5 micrometer.
제2층은 굴절률이 1.5 내지 2.5일 수 있다.The second layer may have a refractive index of 1.5 to 2.5.
제1층은 상기 제2층과 동일한 재료로 이루어질 수 있다.The first layer may be made of the same material as the second layer.
제2층의 바닥면은 상기 제1층의 요부의 바닥면과 평행하지 않거나, 제1 도전형 반도체층 또는 제2 도전형 반도체층의 요부의 바닥면과 평행하지 않은 있다.The bottom surface of the second layer is not parallel to the bottom surface of the recessed portion of the first layer or is not parallel to the bottom surface of the recessed portion of the first conductive semiconductor layer or the second conductive semiconductor layer.
제1층은 상기 제2 도전형 반도체층과 접촉하여 배치될 수 있다.The first layer may be in contact with the second conductivity type semiconductor layer.
발광구조물은 자외선 영역의 파장의 빛을 발생시킬 수 있다.The light emitting structure may generate light having a wavelength in the ultraviolet region.
실시예에 따른 발광소자는 발광구조물의 표면에 나노 공동을 포함하는 광추출 구조가 형성되어, 활성층에서 방출된 빛이 나노 공동을 통과하며 각 층의 경계면에서 굴절되어 광출사각이 향상될 수 있다.In the light emitting device according to the embodiment, a light extraction structure including nanocavities is formed on the surface of the light emitting structure, and the light emitted from the active layer passes through the nanocavities and is refracted at the boundary of each layer, thereby improving the light emission angle. .
도 1은 발광소자의 제1 실시예의 단면도이고,
도 2는 발광소자의 제2 실시예의 단면도이고,
도 3a는 도 1의 'A' 영역을 상세히 나타낸 도면이고,
도 3b는 도 1의 'A' 영역의 평면도이고,
도 4a는 도 2의 'B' 영역을 상세히 나타낸 도면이고,
도 4b는 도 2의 'B' 영역의 평면도이고,
도 5 및 도 6은 발광소자의 제3 실시예와 제4 실시예의 단면도이고,
도 7a 내지 도 7h는 발광소자의 제조방법의 제1 실시예를 나타낸 도면이고,
도 8a 내지 도 8d는 발광소자의 제조방법의 제2 실시예를 나타낸 도면이고,
도 9a 내지 도 9c는 발광소자의 제조방법의 제3 실시예를 나타낸 도면이고,
도 10a 내지 도 10f는 발광소자의 제조방법의 제4 실시예를 나타낸 도면이고,
도 11은 실시예들에 따른 발광소자의 작용을 나타낸 도면이고,
도 12a 및 도 12b는 발광소자의 광추출 구조를 나타낸 것이고,
도 13은 발광소자 패키지의 일 실시예를 나타낸 도면이고,
도 14는 발광소자 패키지를 포함하는 헤드 램프의 일 실시예를 나타낸 도면이고,
도 15는 발광소자 패키지를 포함하는 표시장치의 일 실시예를 나타낸 도면이다.1 is a cross-sectional view of a first embodiment of a light emitting element,
2 is a cross-sectional view of a second embodiment of a light emitting element,
FIG. 3A is a detailed view of region 'A' of FIG. 1,
3B is a plan view of region 'A' of FIG. 1,
FIG. 4A is a detailed view of region 'B' of FIG. 2;
4B is a plan view of region 'B' of FIG. 2,
5 and 6 are cross-sectional views of the third and fourth embodiments of the light emitting device,
7A to 7H are views showing a first embodiment of a method of manufacturing a light emitting device;
8A to 8D are views showing a second embodiment of the manufacturing method of the light emitting device,
9A to 9C are views showing a third embodiment of the method of manufacturing a light emitting device;
10A to 10F are views showing a fourth embodiment of the method of manufacturing a light emitting device,
11 is a view showing the operation of the light emitting device according to the embodiment,
12a and 12b show the light extraction structure of the light emitting device,
13 is a view showing an embodiment of a light emitting device package;
14 is a view showing an embodiment of a head lamp including a light emitting device package,
15 is a diagram illustrating an embodiment of a display device including a light emitting device package.
이하 상기의 목적을 구체적으로 실현할 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
본 발명에 따른 실시 예의 설명에 있어서, 각 element의 " 상(위) 또는 하(아래)(on or under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상(위) 또는 하(아래)(on or under)는 두개의 element가 서로 직접(directly)접촉되거나 하나 이상의 다른 element가 상기 두 element사이에 배치되어(indirectly) 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 “상(위) 또는 하(아래)(on or under)”으로 표현되는 경우 하나의 element를 기준으로 위쪽 방향 뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.In the description of the embodiment according to the present invention, when described as being formed on the "on or under" of each element, the (up) or down (on) or under) includes both two elements being directly contacted with each other or one or more other elements are formed indirectly between the two elements. Also, when expressed as "on or under", it may include not only an upward direction but also a downward direction with respect to one element.
도면에서 각층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다.The thickness and size of each layer in the drawings are exaggerated, omitted, or schematically shown for convenience and clarity of explanation. In addition, the size of each component does not necessarily reflect the actual size.
도 1은 발광소자의 제1 실시예의 단면도이다.1 is a sectional view of a first embodiment of a light emitting element.
실시예에 따른 발광소자(100)는 도전성 지지기판(metal support, 160) 상에 접합층(150)과 반사층(140)과 오믹층(130)과 발광 구조물(120)과 광추출 구조(180)를 포함하여 이루어진다.The
도전성 지지기판(160)은 제2 전극의 역할을 할 수 있으므로 전기 전도도가 우수한 금속을 사용할 수 있고, 발광 소자 작동시 발생하는 열을 충분히 발산시킬 수 있어야 하므로 열전도도가 높은 금속을 사용할 수 있다.Since the
도전성 지지기판(160)은 예를 들어, 몰리브덴(Mo), 실리콘(Si), 텅스텐(W), 구리(Cu) 및 알루미늄(Al)로 구성되는 군으로부터 선택되는 물질 또는 이들의 합금으로 이루어질 수 있으며, 또한, 금(Au), 구리합금(Cu Alloy), 니켈(Ni), 구리-텅스텐(Cu-W), 캐리어 웨이퍼(예: GaN, Si, Ge, GaAs, ZnO, SiGe, SiC, SiGe, Ga2O3 등) 등을 선택적으로 포함할 수 있다.The
또한, 상기 도전성 지지기판(160)은 전체 질화물 반도체에 휨을 가져오지 않으면서, 스크라이빙(scribing) 공정 및 브레이킹(breaking) 공정을 통하여 별개의 칩으로 잘 분리시키기 위한 정도의 기계적 강도를 가질 수 있다.In addition, the
접합층(150)은 반사층(140)과 도전성 지지기판(160)을 결합하며, 반사층(140)이 결합층(adhesion layer)의 기능을 수행할 수도 있다. 접합층은(150) 예를 들어, 금(Au), 주석(Sn), 인듐(In), 알루미늄(Al), 실리콘(Si), 은(Ag), 니켈(Ni) 및 구리(Cu)로 구성되는 군으로부터 선택되는 물질 또는 이들의 합금으로 형성할 수 있다The
반사층(140)은 약 2500 옹스르통의 두께일 수 있다. 반사층(140)은 예를 들어, 알루미늄(Al), 은(Ag), 니켈(Ni), 백금(Pt), 로듐(Rh), 혹은 Al이나 Ag이나 Pt나 Rh를 포함하는 합금을 포함하는 금속층으로 이루어질 수 있다. 알루미늄이나 은 등은 활성층(124)에서 발생된 빛을 효과적으로 반사하여 발광소자의 광추출 효율을 크게 개선할 수 있다.The
발광 구조물(120), 특히 상기 제2 도전형 반도체층(126)은 불순물 도핑 농도가 낮아 접촉 저항이 높으며 그로 인해 오믹 특성이 좋지 못할 수 있으므로, 이러한 오믹 특성을 개선하기 위해 오믹층(130)을 형성할 수 있다.Since the
오믹층(130)은 약 200 옹스트롱의 두께일 수 있다. 오믹층(130)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), 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, Sn, In, Ru, Mg, Zn, Pt, Au, Hf 중 적어도 하나를 포함하여 형성될 수 있으며, 이러한 재료에 한정되는 않는다.The
발광 구조물(120)은 제2 도전형 반도체층(126)과 제2 도전형 반도체층(126) 상에 형성되고 광을 방출하는 활성층(124)과 활성층(124) 상에 형성된 제1 도전형 반도체층(122)을 포함한다.The
제1 도전형 반도체층(122)은 제1 도전형 도펀트가 도핑된 3족-5족 화합물 반도체로 구현될 수 있으며, 상기 제1 도전형 반도체층(122)이 N형 반도체층인 경우, 상기 제1도전형 도펀트는 N형 도펀트로서, Si, Ge, Sn, Se, Te를 포함할 수 있으나 이에 한정되지 않는다.The first conductivity
제1 도전형 반도체층(122)은 AlxInyGa(1-x-y)N (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질을 포함할 수 있다. 상기 제1 도전형 반도체층(122)은 GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN,AlGaAs, InGaAs, AlInGaAs, GaP, AlGaP, InGaP, AlInGaP, InP 중 어느 하나 이상으로 형성될 수 있다.The first conductivity-
상기 발광 구조물(120)의 표면, 즉 제1 도전형 반도체층(122)의 표면에는 요철이 형성되어 광추출 효과를 증가시킬 수 있으나, 본 실시예에서는 제1 도전형 반도체층(122)의 표면에 광추출 구조(180)가 구비되므로 제1 도전형 반도체층(122)의 표면에 요철이 형성되지 않을 수 있다.Unevenness may be formed on the surface of the
활성층(124)은 제1 도전형 반도체층(122)을 통해서 주입되는 전자와 이후 형성되는 제2 도전형 반도체층(126)을 통해서 주입되는 정공이 서로 만나서 활성층(124)을 이루는 물질 고유의 에너지 밴드에 의해서 결정되는 에너지를 갖는 빛을 방출하는 층이다.The
활성층(124)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. 예를 들어, 상기 활성층(120)은 트리메틸 갈륨 가스(TMGa), 암모니아 가스(NH3), 질소 가스(N2), 및 트리메틸 인듐 가스(TMIn)가 주입되어 다중 양자우물구조가 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.The
활성층(124)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 작은 밴드 갭을 갖는 물질로 형성될 수 있다.The well layer / barrier layer of the
활성층(124)의 위 또는/및 아래에는 도전형 클래드층(미도시)이 형성될 수 있다. 도전형 클래드층은 AlGaN계 반도체로 형성될 수 있으며, 상기 활성층(124)의 밴드 갭보다는 높은 밴드 갭을 갖을 수 있다.A conductive clad layer (not shown) may be formed on or under the
제2 도전형 반도체층(126)은 제2 도전형 도펀트가 도핑된 3족-5족 화합물 반도체 예컨대, InxAlyGa1 -x- yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질을 포함할 수 있다. 제2 도전형 반도체층(124)이 P형 반도체층인 경우, 상기 제2도전형 도펀트는 P형 도펀트로서, Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등을 포함할 수 있다.A second
본 실시예와 후술할 다른 실시예들에서 제1 도전형 반도체층(122)은 P형 반도체층으로, 제2 도전형 반도체층(126)은 N형 반도체층으로 구현할 수 있다. 또한, 제2 도전형 반도체층(126) 위에는 제2 도전형과 반대의 극성을 갖는 반도체 예컨대 제2 도전형 반도체층이 P형 반도체층일 경우 N형 반도체층(미도시)을 형성할 수 있다. 이에 따라 발광 구조물은 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.In the present exemplary embodiment and other embodiments described later, the first
발광 구조물(120) 특히, 제1 도전형 반도체층(122)의 상부에는 광추출 구조(180)가 배치될 수 있다. 광추출 구조(180)는 나노 공동 구조로 포함하여 이루어지는데, 나노 요철이 형성된 제1층(182)과 나노 공동(184)을 사이에 두고 제2층(186)이 배치되어 이루어진다. 그리고, 발광 구조물(120)의 상부에 ITO 등 투명 전도층(미도시)이 배치되고, 상기 투명 전도층의 상부에 광추출 구조(180)가 배치될 수 있다.The
도 3a는 도 1의 'A' 영역을 상세히 나타낸 도면이고, 도 3b는 도 1의 'A' 영역의 평면도이다.3A is a detailed view of region 'A' of FIG. 1, and FIG. 3B is a plan view of region 'A' of FIG. 1.
제1층(182)과 제2층(186)은 활성층(122)으로부터 방출된 빛을 발광소자(100)의 외부로 방출할 수 있으므로 투광성 물질로 이루어질 수 있다.Since the
제1층(182)은 굴절률이 1.5 내지 2.5인 물질로 이루어지고, 산화물을 포함할 수 있는데, 구체적으로 ITO, SiO2, Al2O3, ZnO, TiO2, 폴리머 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 제2층(186)은 나노 공동(184)을 사이에 두고, ITO, 산화물, 에폭시 물질 중 어느 하나가 제1층(182)에 배치될 수 있고, 제1층(182)과 동일한 물질이 배치되어 이루어질 수도 있으며, 산화물의 일 예로 ZnO로 이루어질 수 있다.The
제1층(182)의 요철 구조는 요부(182a)와 철부(182b)로 이루어지는데, 요부(182a)가 철부(182b)보다 낮게 배치될 수 있다. 요부(182a)의 높이는 철부(182b)의 높이보다 400 나노미터 내지 1 마이크로 미터 낮게 배치되고, 상술한 높이가 나노 요철의 깊이이다.The uneven structure of the
제1층(182)에 형성된 나노 요철 구조는 후술하는 바와 같은 PDMS(polydimethylsiloxane)를 사용한 나노 프린팅의 방법 외에 마스크를 사용한 선택적인 증착이나 식각의 방법으로 형성될 수 있다.The nano-concave-convex structure formed on the
나노 요철 구조를 이루는 요부(182a)의 단면은 도 3b에 도시된 바와 같이 원형이거나, 다각형의 형상일 수도 있다. 요부(182a)의 단면이 원형일 때 요부(182a)의 단면의 지름(W1)은 0.1 내지 0.5 마이크로 미터일 수 있다. 요부(182a)의 단면이 다각형일 때는 요부(182a)의 단면의 한 변의 길이가 0.1 내지 0.5 마이크로 미터일 수 있다.The cross section of the recessed
상술한 요부(182a)의 단면의 지름 또는 한 변의 길이를 나노 요철의 크기라고 할 수 있고, 나노 요철의 크기가 활성층에서 방출되는 빛의 파장보다 작을 때 활성층(124)에서 방출된 빛이 광추출 구조(180)에서 전반사되는 것을 방지할 수 있다.The diameter or the length of one side of the cross section of the
나노 요철 구조는 제1층(182) 내에서 요부(182a)와 철부(182b)가 규칙적으로 배열될 수 있는데, 요부(182a)와 철부(182b)가 각각 0.5 내지 0.7 마이크로 미터의 주기(P)를 가지고 배치될 수 있다.In the nano-concave-convex structure, the
도 3b는 도 3a을 I-I' 축으로 절단한 단면도이며, 각각의 요부(182a)의 제1 방향의 주기(P1)와, 제1 방향에 수직한 제2 방의 주기(P2)는 각각 0.5 내지 0.7 마이크로 미터로 서로 동일할 수 있다.3B is a cross-sectional view taken along the II ′ axis of FIG. 3A, and the period P 1 in the first direction of each
도 3a에서 나노 공동(184)의 높이(h2)가 나노 요철의 요부(182a)의 높이(h1)보다 낮게 도시되어 있다. 나노 요철의 요부의 깊이(h1)는 200 나노 미터 내지 1 마이크로 미터인데, 나노 공동(184)의 높이(h2)는 나노 요철의 높이(h1)의 80 내지 100% 일 수 있다. 즉, 나노 요철 구조를 가지는 제1층(182) 위에 나노 공동(184)을 사이에 두고 제2층(186)이 배치되는데, 제2층(186)의 일부가 나노 요철 구조에 삽입될 수 있으므로, 나노 공동(184)의 높이(h2)가 나노 요철의 높이(h1)보다 낮을 수 있다.In FIG. 3A, the height h 2 of the
또한, 제2층(186)이 제1층(182)의 내부로 삽입될 때, 제1층(182)의 요부(182a)와 마주보는 제2층(186)의 바닥면(186a)은 상기의 요부(182a)와 평행하지 않고 특정 각도를 가질 수 있고, 제2층(186)의 바닥면(186a)은 곡률을 가질 수 있다. 이러한 제2층(186)의 바닥면(186a)의 곡률은 제2층(186)이 스퍼터링 또는 전자빔 증착법으로 형성될 때 이루어질 수 있고, 나노 공동(184)과 제2층(186)의 바닥면(186)의 경계면이 특정 각도를 이루게 하여 발광소자(100)의 광추출 효과를 증가시킬 수 있다.In addition, when the
도시되지는 않았으나, 제1 도전형 반도체층(122) 상에는 제1 전극이 형성될 수 있다. 상기 제1 전극은 알루미늄(Al), 티타늄(Ti), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 구리(Cu), 금(Au) 중 적어도 하나를 포함하여 단층 또는 다층 구조로 형성될 수 있다. 제1 전극은 제1 도전형 반도체층(122)과 접촉하며 형성될 수 있고, 이때, 광추출 구조는 제1 도전형 반도체층(122)과 제1 전극을 모두 덮으며 형성되거나 제1 전극이 형성된 영역을 제외한 제1 도전형 반도체층(122)에 직접 접촉하여 형성될 수 있다.Although not shown, a first electrode may be formed on the first conductivity
그리고, 상기 발광 구조물(120)의 측면에는 패시베이션층(passivation layer, 미도시)이 형성될 수 있다. 패시베이션층은 절연물질로 이루어질 수 있으며, 상기 절연물질은 비전도성인 산화물이나 질화물로 이루어질 수 있으며, 일 예로서 실리콘 산화물(SiO2)층, 산화 질화물층, 산화 알루미늄층으로 이루어질 수 있다.In addition, a passivation layer (not shown) may be formed on a side surface of the
도 2는 발광소자의 제2 실시예의 단면도이고, 도 4a는 도 2의 'B' 영역을 상세히 나타낸 도면이고, 도 4b는 도 2의 'B' 영역의 평면도이다.FIG. 2 is a cross-sectional view of a second embodiment of the light emitting device, FIG. 4A is a detailed view of region 'B' of FIG. 2, and FIG. 4B is a plan view of region 'B' of FIG. 2.
본 실시예에 따른 발광소자(100)는 도 1과 도 3a 및 도 3b에 도시된 실시예와 유사하나, 광추출 구조(180)가 제1 도전형 반도체층(122)에 직접 형성되는 점이 상이하다. 도 1에서 광추출 구조(180) 내에서 나노 요철은 제1층(182)에 형성되고 있으나, 본 실시예에서 나노 요철은 제1 도전형 반도체층(122)에 직접 형성되고 있다.The
즉, 제1 도전형 반도체층(122)이 요부(122a)와 철부(122b)로 이루어지는데, 요부(122a)와 철부(122b)의 형상 및 크기는 도 3a 및 도 3b에서 설명한 바와 동일할 수 있다.That is, the first
그리고, 제2층(186)이 나노 공동(184)을 사이에 두고, ITO, 산화물, 에폭시 물질 중 어느 하나로 이루어지며, 제1 도전형 반도체층(122)에 배치되어 이루어질 수 있다. 또한, 제2층(186)이 나노 요철 내에 일부가 삽입될 수 있음도 상술한 실시예와 동일하다.The
도 4b는 도 4a을 I-I' 축으로 절단한 단면도이며, 각각의 요부(122a)의 제1 방향의 주기(P1)와, 제1 방향에 수직한 제2 방향의 주기(P2)는 각각 0.5 내지 0.7 마이크로 미터로 서로 동일할 수 있다.4B is a cross-sectional view taken along the II ′ axis of FIG. 4A, and the period P 1 in the first direction of each
도 4a에서 나노 공동(184)의 높이(h2)가 나노 요철(122a)의 높이(h1)보다 낮게 도시되어 있다. 나노 공동(184)의 높이(h2)는 나노 요철의 높이(h1)의 80 내지 100% 일 수 있음은 도 3a에서 설명한 것과 동일하다.In FIG. 4A, the height h 2 of the
도 5 및 도 6은 발광소자의 제3 실시예와 제4 실시예의 단면도이다. 도 1 및 도 2는 수직형(vertical) 발광소자를 도시하고 있으나, 도 5와 도 6은 수평형(lateral) 발광소자를 도시하고 있다.5 and 6 are cross-sectional views of the third and fourth embodiments of the light emitting device. 1 and 2 show a vertical light emitting device, while FIGS. 5 and 6 show a lateral light emitting device.
도 5의 발광소자(100)는 기판(110)과, 버퍼층(115)과, 발광 구조물(120)과 제1 전극(170) 및 광추출 구조(180)를 포함하여 이루어진다.The
상기 기판(110)은 전도성 기판 또는 절연성 기판을 포함하며, 예컨대 사파이어(Al2O3), SiC, Si, GaAs, GaN, ZnO, Si, GaP, InP, Ge, and Ga203 중 적어도 하나를 사용할 수 있다. The
버퍼층(115)은, 기판(110)과 발광 구조물(120) 사이의 재료의 격자 부정합 및 열 팽창 계수의 차이를 완화하기 위한 것이다. 상기 버퍼층(115)의 재료는 3족-5족 화합물 반도체 예컨대, GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN 중 적어도 하나로 형성될 수 있다. 상기 버퍼층(115) 위에는 언도프드(undoped) 반도체층이 형성될 수도 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.The
발광 구조물(120)은 상술한 실시예와 같이 제1 도전형 반도체층(122)과 활성층(124) 및 제2 도전형 반도체층(126)을 포함하여 이루어진다. 제1 도전형 반도체층(122)의 일부 영역이 메사 식각되어 있는데, 사파이어 기판과 같이 절연성 기판의 하부에 전극을 형성할 수 없기 때문에, 상술한 식각된 영역에 제1 전극(170)을 배치할 수 있다.The
광추출 구조(180)의 구성은 도 1 및 도 2에 도시된 발광소자와 동일하다.다만, 도 5에 도시된 발광 소자는 제2 도전형 반도체층(126)에 접촉하며 광추출 패턴(180)이 형성되고 있다. 그리고, 도 6에 도시된 실시예는 제2 도전형 반도체층(126)에 나노 요철이 형성되고, 제2 도전형 반도체층(126)의 나노 요철 구조 위에 나노 공동을 사이에 두고 제2 층(186)이 배치되고 있다.The structure of the
도 5 및 도 6의 광추출 구조는 도 1과 도 2의 발광소자의 광추출 구조와 각각 동일하다.The light extraction structures of FIGS. 5 and 6 are the same as the light extraction structures of the light emitting devices of FIGS. 1 and 2, respectively.
도 7a 내지 도 7h는 발광소자의 제조방법의 제1 실시예를 나타낸 도면이다.7A to 7H are diagrams illustrating a first embodiment of a method of manufacturing a light emitting device.
도 7a에 도시된 바와 같이, 기판(110) 상에 버퍼층(115) 및 제1 도전형 반도체층(122), 활성층(124) 및 제2 도전형 반도체층(126)을 포함하는 발광 구조물(120)을 성장시킨다.As shown in FIG. 7A, a
발광 구조물(120)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.The
기판(110)은 전도성 기판 또는 절연성 기판을 포함하며, 예컨대 사파이어(Al2O3), SiC, GaAs, GaN, ZnO, Si, GaP, InP, Ge, and Ga203 중 적어도 하나를 사용할 수 있다. 기판(110) 위에는 요철 구조가 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 기판(110)에 대해 습식세척을 하여 표면의 불순물을 제거할 수 있다.The
발광구조물(120)과 기판(110) 사이에는 버퍼층(115)을 성장시킬 수 있는데, 재료의 격자 부정합 및 열 팽창 계수의 차이를 완화하기 위한 것이다. 버퍼층(115)의 재료는 3족-5족 화합물 반도체 예컨대, GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN 중 적어도 하나로 형성될 수 있다. 버퍼층(115) 위에는 언도프드(undoped) 반도체층이 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.The
발광 구조물(120)은, MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition), MBE(Molecular Beam Epitaxy), HVPE(Hydride Vapor Phase Epitaxy)법과 같은 기상 증착법에 의해 성장될 수 있다.The
제1 도전형 반도체층(122)의 조성은 상술한 바와 동일하며, 화학증착방법(CVD) 혹은 분자선 에피택시 (MBE) 혹은 스퍼터링 혹은 수산화물 증기상 에피택시(HVPE) 등의 방법을 사용하여 N형 GaN층을 형성할 수 있다. 또한, 상기 제1 도전형 반도체층(110)은 챔버에 트리메틸 갈륨 가스(TMGa), 암모니아 가스(NH3), 질소 가스(N2), 및 실리콘(Si)와 같은 n 형 불순물을 포함하는 실란 가스(SiH4)가 주입되어 형성될 수 있다.The composition of the first
활성층(124)의 조성은 상술한 바와 동일하며, 예를 들어 상기 트리메틸 갈륨 가스(TMGa), 암모니아 가스(NH3), 질소 가스(N2), 및 트리메틸 인듐 가스(TMIn)가 주입되어 다중 양자우물구조가 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.The
제2 도전형 반도체층(126)의 조성은 상술한 바와 동일하며, 챔버에 트리메틸 갈륨 가스(TMGa), 암모니아 가스(NH3), 질소 가스(N2), 및 마그네슘(Mg)과 같은 p 형 불순물을 포함하는 비세틸 사이클로 펜타디에닐 마그네슘(EtCp2Mg){Mg(C2H5C5H4)2}가 주입되어 p형 GaN층이 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.The second
도 7b에 도시된 바와 같이 상기 발광 구조물(120) 위에 오믹층(130)과 반사층(140)을 형성할 수 있다. 상기 오믹층(130)과 반사층(140)의 조성은 상술한 바와 같으며, 스퍼터링법이나 전자빔 증착법에 의하여 형성될 수 있다.As shown in FIG. 7B, an
도 7c에 도시된 바와 같이 반사층(140) 상에 접합층(150)과 도전성 지지기판(160)을 형성할 수 있다. 도전성 지지기판(170)을 형성시키는 방법은 전기화학적인 금속증착방법이나 유테틱(Eutetic) 메탈을 이용한 본딩 방법 등을 사용하거나, 별도의 접합층(150)을 형성할 수 있다.As illustrated in FIG. 7C, the
그리고, 도 7d에 도시된 바와 같이 상기 기판(110)을 분리하다. 상기 기판(110)의 제거는 엑시머 레이저 등을 이용한 레이저 리프트 오프(Laser Lift Off: LLO)의 방법으로 할 수도 있으며, 건식 및 습식 식각의 방법으로 할 수도 있다.Then, the
레이저 리프트 오프법을 예로 들면, 상기 기판(110) 방향으로 일정 영역의 파장을 가지는 엑시머 레이저 광을 포커싱(focusing)하여 조사하면, 상기 기판(110)과 발광 구조물(120)의 경계면에 열 에너지가 집중되어 경계면이 갈륨과 질소 분자로 분리되면서 레이저 광이 지나가는 부분에서 순간적으로 기판(110)의 분리가 일어나며, 버퍼층(115)도 함께 분리될 수 있다.For example, when the laser lift-off method focuses and irradiates excimer laser light having a predetermined wavelength in the direction of the
그리고, 각각의 발광 구조물(120)을 소자 단위로 다이싱(dicing)할 수 있다.In addition, each
도 7e에 도시된 바와 같이 제1 도전형 반도체층(122)의 표면에 제1층(182)를 적층하는데, 스핀 코팅 등의 방법으로 적층할 수 있다. 이때, 제1층(182)의 재료는 TiO2, ZnO,Al2O3 등의 나노 파티클이 분산되어 있는 임프린트 레진(imprint resin)이나 졸-겔 솔루션(sol-gel solution)일 수 있다.As illustrated in FIG. 7E, the
그리고, 도 7f에 도시된 바와 같이 제1층(182)의 표면에 나노 요철을 형성한다. 이때, 나노 패턴물(200)로 제1층(182)을 가압하여 제1층(182)의 표면에 나노 요철을 형성할 수 있다. 나노 패턴물(200)은 PDMS 등의 재료로 이루어지고 표면에 나노 패턴이 형성되어 있고, 나노 패턴물(200)의 나노 패턴은 제1층(182)으로 전사되어 제1층(182)에 나노 요철이 형성될 수 있다. 상기 나노 요철은 도 1 등에서 설명한 것과 같이 요부와 철부로 이루어질 수 있다.As shown in FIG. 7F, nano irregularities are formed on the surface of the
도 7g에서 나노 패턴물(200)을 제거하고, 제1층(182)의 표면에 증착 재료를 증착한다. 증착 재료는 도 1의 제2층(186)의 재료이며, 증착 재료가 나노 공동을 사이에 두고 제1층(182)의 나노 요철을 덮게 된다.In FIG. 7G, the nano-
도 7h에서 증착 재료가 제1층(182)을 덮어서 제2층(186)을 이루는 광추출 구조(180)가 도시되어 있다. 이때, 증착 재료는 제1층(182)의 나노 요철 내에서 요부(182a)와 나노 공동(184)을 상이에 두고 증착되며 제2층(186)을 이루게 되고, 제1층(182)과 제2층(186)이 나노 공동(184)을 사이에 두고 배치되며 광추출 구조(180)을 이루게 된다.In FIG. 7H, the
도 8a 내지 도 8d는 발광소자의 제조방법의 제2 실시예를 나타낸 도면이다. 도 7a 내지 도 7h에 도시된 실시예는 발광구조물(120)의 표면에 제1층(182)을 배치한 후에 나노 요철을 형성하나, 본 실시예에서는 나노 요철이 형성된 제1층(182)을 미리 준비한 후에, 제1층(182)을 제1 도전형 반도체층(1222)의 표면에 배치한다.8A to 8D show a second embodiment of the manufacturing method of the light emitting device. 7A to 7H, the nano-convexity is formed after the
즉, 도 8a에서 나노 패턴물(200)의 표면에 제1층(182)을 스핀 코팅 등의 방법으로 증착한다. 제1층(182)의 재료는 상술한 바와 같으며, 나노 패턴물(200)의 요철 구조가 전사되어 제1층(182)의 표면에 형성된다.That is, in FIG. 8A, the
도 8b에서 제1층(182)을 제1 도전형 반도체층(122)의 표면에 배치한다.In FIG. 8B, the
도 8c에서 나노 패턴물(200)을 제거하고, 제1층(182)의 표면에 증착 재료를 증착한다. 증착 재료는 도 1의 제2층(186)의 재료이며, 증착 재료가 제1층(182)의 나노 요철을 덮게 된다.In FIG. 8C, the nano-
도 8d에서 증착 재료가 제1층(182)을 덮어서 제2층(186)을 이루는 광추출 구조(180)가 도시되어 있다. 이때, 증착 재료는 제1층(182)의 나노 요철 내에서 요부(182a)와 나노 공동을 상이에 두고 증착되며 제2층(186)을 이루게 되고, 제1층(182)과 제2층(186)이 나노 공동(184)을 사이에 두고 배치되며 광추출 구조(180)을 이루게 된다.In FIG. 8D, a
도 9a 내지 도 9c는 발광소자의 제조방법의 제3 실시예를 나타낸 도면이다. 본 실시예는 제1 도전형 반도체층(122)의 표면에 나노 요철이 형성되는 발광소자를 제조하는 공정을 포함한다.9A to 9C are diagrams illustrating a third embodiment of a method of manufacturing a light emitting device. The embodiment includes a process of manufacturing a light emitting device in which nano irregularities are formed on the surface of the first conductivity
도 9a에 도시된 바와 같이 마스크(210)를 사용하여 제1 도전형 반도체층(122)의 표면에 나노 요철을 형성한다. 도 9a에서 마스크(210)를 사용하여 나노 요철을 형성하기 이전의 준비 과정은, 도 7a 내지 도 7d에 도시된 공정과 동일하다.As illustrated in FIG. 9A, nano irregularities are formed on the surface of the first conductivity-
마스크(210)를 사용하여 제1 도전형 반도체층(122)의 표면을 선택적으로 식각하여 나노 요철을 형성하는데, 나노 요철의 요부와 철부의 구조와 형상은 도 3a 및 도 3b에서 설명한 바와 같다. 제1 도전형 반도체층(122)의 표면의 선택적 식각은 건식 식각 또는 식각액을 이용한 습식 식각을 진행할 수 있다.The surface of the first conductivity
도 9b에서 나노 요철이 형성된 제1 도전형 반도체층(122)의 표면에 증착 재료를 증착하여 제2층을 형성할 수 있다.In FIG. 9B, a second material may be formed by depositing a deposition material on a surface of the first conductivity-
도 9c에 제1 도전형 반도체층(122)의 나노 요철에 나노 공동(184)을 사이에 두고 제2층(186)이 배치되어, 광추출 구조(180)가 형성된 발광소자가 도시되어 있다.FIG. 9C illustrates a light emitting device in which the
도 10a 내지 도 10f는 발광소자의 제조방법의 제4 실시예를 나타낸 도면이다.10A to 10F illustrate a fourth embodiment of the method of manufacturing a light emitting device.
먼저, 도 10a에 도시된 바와 같이 제1 도전형 반도체층(122)의 표면에 제1층(182)과 포토 레지스트(Photo Reist)(220)를 배치한다. 제1층(182)과 포토 레지스트(220)를 배치하기 이전의 준비과정은 도 7a 내지 도 7d에 도시된 공정과 동일하다.First, as shown in FIG. 10A, a
도 10b 및 도 10c에 도시된 바와 같이, 포토 레지스트(220)의 일부를 제거하여 패턴을 형성한다. 포토 레지스트(220)는 제1층(182)에 나노 요철을 형성하기 위한 매개물로 사용되며, 도 10b에 도시된 바와 같이 포토 레지스트(220)에 요철이 형성될 수 있는데 포토리쏘그래피(Photolithography) 등의 방법으로 포토 레지스트(220)의 일부를 제거할 수 있다.As shown in FIGS. 10B and 10C, a portion of the
그리고, 도 10c에 도시된 바와 같이 도 10b에서 요부와 철부가 형성된 포토 레지스트(220)에서 요부를 제거하여, 포토 레지스트(220)를 패터닝할 수 있다. 본 공정에서 포토 레지스트(220)의 요부의 제거에는 산소 플라즈마를 이용한 건식 식각의 방법을 사용할 수 있다.As shown in FIG. 10C, the
그리고, 도 10d에 도시된 바와 같이 패터닝된 포토 레지스트(220)를 사용하여, 제1층(182)의 일부를 제거하여 나노 요철을 형성할 수 있다. 이때, 제1층(182)의 제거는 Cl2, BCl3, CF4, Ar, O2 등을 이용한 플라즈마 식각이나 습식 식각으로 진행할 수 있다.And, as shown in FIG. 10D, a portion of the
도 10e에서 포토 레지스트(220)를 제거하고, 제1층(182)의 표면에 증착 재료를 증착한다. 증착 재료는 도 1의 제2층(186)의 재료이며, 증착 재료가 제1층(182)의 나노 요철을 덮게 된다.In FIG. 10E, the
도 10f에서 증착 재료가 제1층(182)을 덮어서 제2층(186)을 이루는 광추출 구조(180)가 도시되어 있다. 이때, 증착 재료는 제1층(182)의 나노 요철 내에서 요부(182a)와 나노 공동(184)을 상이에 두고 증착되며 제2층(186)을 이루게 되고, 제1층(182)과 제2층(186)이 나노 공동(184)을 사이에 두고 배치되며 광추출 구조(180)을 이루게 된다.In FIG. 10F, a
도 11은 실시예들에 따른 발광소자의 작용을 나타낸 도면이다. 11 is a view showing the operation of the light emitting device according to the embodiment.
활성층(124)에서는 제1 도전형 반도체층(122)을 통해서 주입되는 전자와 제2 도전형 반도체층(126)을 통해서 주입되는 정공이 서로 만나서 활성층(124)을 이루는 물질 고유의 에너지 밴드에 의해서 결정되는 에너지를 갖는 빛을 방출한다. 활성층(124)에서 방출되는 빛은 가시광선이나 자외선일 수 있고, 특히 파장이 365 나노미터 이하의 자외선일 수 있다.In the
점선으로 도시된 빛(Light) 중 제1 도전형 반도체층(122)을 통과한 빛은 광추출 구조(180)을 지나며 출사각이 확대될 수 있다. 즉, 광추출 구조(180) 내에서 제1층(182)과 나노 공동(184)과 제2층(186)의 경계면에서 굴절률 차이에 의하여 빛이 굴절된다. 특히, 활성층(124)에서 방출되는 빛의 파장보다 작은 크기로 나노 공동(184)를 형성하면, 나노 공동에 의한 빛의 전반사를 방지할 수 있다.The light passing through the first conductivity-
나노 공동 구조가 없는 경우의 발광소자는 발광 구조물의 표면 등에서 빛의 전반사 등의 원인으로 인하여 광추출 효율이 저하될 수 있는데, 상술한 실시예들에 따른 발광소자는 에어 갭(Air gap)에 의한 나노 공동의 볼륨(volume)이 증가할 수록 전반사 감소와 빛의 산란 효과가 증대할 수 있다.In the case where there is no nanocavity structure, the light extraction device may decrease light extraction efficiency due to the total reflection of light on the surface of the light emitting structure, etc. The light emitting device according to the above-described embodiments may be caused by an air gap. As the volume of the nanocavity increases, the total reflection decrease and the light scattering effect may increase.
도 12a 및 도 12b는 발광소자의 광추출 구조를 나타낸 것이다.12A and 12B show a light extraction structure of the light emitting device.
도 12a는 ITO의 상부에 폴리머가 나노 요철 구조로 패터닝되어 제1층을 이루고, 상기 폴리머의 상부에 ZnO가 스퍼터링의 방법으로 증착되고 있으며, 폴리머와 ZnO의 사이에 나노 공동(Air Void)가 형성되고 있다.12A shows that a polymer is patterned with a nano-concave-convex structure on top of ITO to form a first layer, and ZnO is deposited on the polymer by sputtering, and a nano void is formed between the polymer and ZnO. It is becoming.
도 12b는 ITO의 상부에 폴리머가 나노 요철 구조로 패터닝되어 제1층을 이루고, 상기 폴리머의 상부에 ITO가 스퍼터링의 방법으로 증착되고 있으며, 폴리머와 ITO의 사이에 나노 공동(Air Void)가 형성되고 있다.12B shows that a polymer is patterned with a nano-concave-convex structure on top of ITO to form a first layer, and ITO is deposited on the polymer by sputtering, and a nano void is formed between the polymer and ITO. It is becoming.
도 13은 발광소자 패키지의 일 실시예를 나타낸 도면이다.13 is a view showing an embodiment of a light emitting device package.
실시예에 따른 발광소자 패키지(300)는 패키지 몸체(310)와, 상기 패키지 몸체(310)에 설치된 제1 리드 프레임(221) 및 제2 리드 프레임(222)과, 상기 패키지 몸체(310)에 설치되어 상기 제1 리드 프레임(221) 및 제2 리드 프레임(222)과 전기적으로 연결되는 따른 발광소자(100)와, 상기 발광소자(100)의 표면 또는 측면을 덮는 몰딩부(350)를 포함한다.The light emitting
상기 패키지 몸체(310)는 실리콘 재질, 합성수지 재질, 또는 금속 재질을 포함하여 형성될 수 있으며, 상기 발광소자(100)의 주위에 경사면이 형성되어 광추출 효율을 높일 수 있다.The
상기 제1 리드 프레임(221) 및 제2 리드 프레임(222)은 서로 전기적으로 분리되며, 상기 발광소자(100)에 전원을 제공한다. 또한, 상기 제1 리드 프레임(221) 및 제2 리드 프레임(222)은 상기 발광소자(100)에서 발생된 광을 반사시켜 광 효율을 증가시킬 수 있으며, 상기 발광소자(100)에서 발생된 열을 외부로 배출시키는 역할을 할 수도 있다.The first lead frame 221 and the second lead frame 222 are electrically separated from each other, and provide power to the
상기 발광소자(100)는 상기 패키지 몸체(310) 상에 설치되거나 상기 제1 리드 프레임(321) 또는 제2 리드 프레임(322) 상에 설치될 수 있다. 상기 발광소자(100)는 상기 제1 리드 프레임(321) 및 제2 리드 프레임(322)과 와이어 방식, 플립칩 방식 또는 다이 본딩 방식 중 어느 하나에 의해 전기적으로 연결될 수도 있다. 본 실시예에서 발광소자(100)는 제1 리드 프레임(321)과 도전성 접착층(330)으로 연결되고 제2 리드 프레임(322)과 와이어(340) 본딩되고 있다.The
몰딩부(350)는 상기 발광소자(100)를 둘러싸며 보호할 수 있다. 또한, 몰디웁(350)에는 형광체(355)가 포함되어 상기 발광소자(100)에서 방출된 광의 파장을 변화시킬 수 있다.The
실시예에 따른 발광소자 패키지(300)에서, 발광소자(100) 내에서 광추출 구조가 배치되어 광추출 특성이 향상될 수 있다.In the light emitting
발광소자 패키지(300)는 상술한 실시예들에 따른 발광소자 중 하나 또는 복수 개로 탑재할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.The light emitting
실시 예에 따른 발광소자 패키지는 복수 개가 기판 상에 어레이되며, 상기 발광소자 패키지의 광 경로 상에 광학 부재인 도광판, 프리즘 시트, 확산 시트 등이 배치될 수 있다. 이러한 발광소자 패키지, 기판, 광학 부재는 라이트 유닛으로 기능할 수 있다. 또 다른 실시 예는 상술한 실시 예들에 기재된 반도체 발광소자 또는 발광소자 패키지를 포함하는 표시 장치, 지시 장치, 조명 시스템으로 구현될 수 있으며, 예를 들어, 조명 시스템은 램프, 가로등을 포함할 수 있다. 이하에서는 상술한 발광소자 패키지가 배치된 조명 시스템의 일실시예로서, 헤드 램프와 백라이트 유닛을 설명한다.A plurality of light emitting device packages according to the embodiment may be arranged on a substrate, and a light guide plate, a prism sheet, a diffusion sheet, or the like, which is an optical member, may be disposed on an optical path of the light emitting device package. Such a light emitting device package, a substrate, and an optical member can function as a light unit. Another embodiment may be implemented as a display device, an indicator device, or a lighting system including the semiconductor light emitting device or the light emitting device package described in the above embodiments, and for example, the lighting system may include a lamp or a street lamp. . Hereinafter, a head lamp and a backlight unit will be described as an embodiment of an illumination system in which the above-described light emitting device package is disposed.
도 14는 발광소자 패키지를 포함하는 헤드 램프의 일 실시예를 나타낸 도면이다.14 is a view showing an embodiment of a head lamp including a light emitting device package.
실시예에 따른 헤드 램프(400)는 발광소자 패키지가 배치된 발광소자 모듈(401)에서 방출된 빛이 리플렉터(402)와 쉐이드(403)에서 반사된 후 렌즈(404)를 투과하여 차체 전방을 향할 수 있다.The light emitted from the light emitting
상술한 바와 같이, 상기 발광소자 모듈(401)에 사용되는 발광소자의 광추출 효율이 향상될 수 있으므로, 헤드 램프 전체의 광특성이 향상될 수 있다.As described above, since the light extraction efficiency of the light emitting device used in the light emitting
상기 발광소자 모듈(401)에 포함된 발광소자 패키지는 발광소자를 복수 개로 탑재할 수 있으며, 이에 대해 한정하지 않는다.The light emitting device package included in the light emitting
도 15는 발광소자 패키지를 포함하는 표시장치의 일 실시예를 나타낸 도면이다.15 is a diagram illustrating an embodiment of a display device including a light emitting device package.
도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 표시장치(500)는 광원 모듈과, 바텀 커버(510) 상의 반사판(520)과, 상기 반사판(520)의 전방에 배치되며 상기 광원모듈에서 방출되는 빛을 표시장치 전방으로 가이드하는 도광판(540)과, 상기 도광판(540)의 전방에 배치되는 제1 프리즘시트(550)와 제2 프리즘시트(560)와, 상기 제2 프리즘시트(560)의 전방에 배치되는 패널(570)과 상기 패널(570)의 전반에 배치되는 컬러필터(580)를 포함하여 이루어진다.As shown, the
광원 모듈은 회로 기판(530) 상의 발광소자 패키지(535)를 포함하여 이루어진다. 여기서, 회로 기판(530)은 PCB 등이 사용될 수 있고, 발광소자 패키지(535)는 도 13에서 설명한 바와 같다.The light source module comprises a light emitting
바텀 커버(510)는 표시 장치(500) 내의 구성 요소들을 수납할 수 있다. 반사판(520)은 본 도면처럼 별도의 구성요소로 마련될 수도 있고, 도광판(540)의 후면이나, 상기 바텀 커버(510)의 전면에 반사도가 높은 물질로 코팅되는 형태로 마련되는 것도 가능하다.The
반사판(520)은 반사율이 높고 초박형으로 사용 가능한 소재를 사용할 수 있고, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PolyEthylene Terephtalate; PET)를 사용할 수 있다.The
도광판(540)은 발광소자 패키지 모듈에서 방출되는 빛을 산란시켜 그 빛이 액정 표시 장치의 화면 전영역에 걸쳐 균일하게 분포되도록 한다. 따라서, 도광판(530)은 굴절률과 투과율이 좋은 재료로 이루어지는데, 폴리메틸메타크릴레이트(PolyMethylMethAcrylate; PMMA), 폴리카보네이트(PolyCarbonate; PC), 또는 폴리에틸렌(PolyEthylene; PE) 등으로 형성될 수 있다. 또한, 도광판(540)이 생략되면 에어 가이드 방식의 표시장치가 구현될 수 있다.The
상기 제1 프리즘 시트(550)는 지지필름의 일면에, 투광성이면서 탄성을 갖는 중합체 재료로 형성되는데, 상기 중합체는 복수 개의 입체구조가 반복적으로 형성된 프리즘층을 가질 수 있다. 여기서, 상기 복수 개의 패턴은 도시된 바와 같이 마루와 골이 반복적으로 스트라이프 타입으로 구비될 수 있다.The
상기 제2 프리즘 시트(560)에서 지지필름 일면의 마루와 골의 방향은, 상기 제1 프리즘 시트(550) 내의 지지필름 일면의 마루와 골의 방향과 수직할 수 있다. 이는 광원 모듈과 반사시트로부터 전달된 빛을 상기 패널(570)의 전방향으로 고르게 분산하기 위함이다.In the
본 실시예에서 상기 제1 프리즘시트(550)과 제2 프리즘시트(560)가 광학시트를 이루는데, 상기 광학시트는 다른 조합 예를 들어, 마이크로 렌즈 어레이로 이루어지거나 확산시트와 마이크로 렌즈 어레이의 조합 또는 하나의 프리즘 시트와 마이크로 렌즈 어레이의 조합 등으로 이루어질 수 있다.In this embodiment, the
상기 패널(570)은 액정 표시 패널(Liquid crystal display)가 배치될 수 있는데, 액정 표시 패널(560) 외에 광원을 필요로 하는 다른 종류의 디스플레이 장치가 구비될 수 있다.A liquid crystal display (LCD) panel may be disposed on the
상기 패널(570)은, 유리 바디 사이에 액정이 위치하고 빛의 편광성을 이용하기 위해 편광판을 양 유리바디에 올린 상태로 되어있다. 여기서, 액정은 액체와 고체의 중간적인 특성을 가지는데, 액체처럼 유동성을 갖는 유기분자인 액정이 결정처럼 규칙적으로 배열된 상태를 갖는 것으로, 상기 분자 배열이 외부 전계에 의해 변화되는 성질을 이용하여 화상을 표시한다.In the
표시장치에 사용되는 액정 표시 패널은, 액티브 매트릭스(Active Matrix) 방식으로서, 각 화소에 공급되는 전압을 조절하는 스위치로서 트랜지스터를 사용한다.A liquid crystal display panel used in a display device is an active matrix type, and a transistor is used as a switch for controlling a voltage supplied to each pixel.
상기 패널(570)의 전면에는 컬러 필터(580)가 구비되어 상기 패널(570)에서 투사된 빛을, 각각의 화소마다 적색과 녹색 및 청색의 빛만을 투과하므로 화상을 표현할 수 있다.A
실시예에 따른 표시장치(500)는 발광소자 패지지(535)에 사용되는 발광소자의 광추출 효율이 향상될 수 있으므로, 표시장치의 광특성이 향상될 수 있다.In the
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.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, It will be understood that various modifications and applications are possible. For example, each component specifically shown in the embodiments can be modified and implemented. It is to be understood that all changes and modifications that come within the meaning and range of equivalency of the claims are therefore intended to be embraced therein.
100 : 발광소자 110 : 기판
115 : 버퍼층 120 : 발광 구조물
122 : 제1 도전형 반도체층 124 : 활성층
126 : 제2 도전형 반도체층 130 : 오믹층
140 : 반사층 150 : 접합층
160 : 도전성 지지기판 170 : 제1 전극
180 : 광추출 구조 182 : 제1층
182a, 182b : 요부, 철부 184 : 나노 공동
186 : 제2층 200 : 나노 패턴물
210 : 마스크 220 : 포토 레지스트
300 : 발광소자 패키지 310 : 패키지 몸체
321 : 제1 리드 프레임 322 : 제2 리드 프레임
330 : 도전성 접착층 340 :와이어
350 : 몰딩부 360 : 형광체
400 : 헤드 램프 410 : 발광소자 모듈
420 : 리플렉터 430 : 쉐이드
440 : 렌즈
800 : 표시장치 810 : 바텀 커버
820 : 반사판 830 : 회로 기판 모듈
840 : 도광판 850, 860 : 제1,2 프리즘 시트
870 : 패널 880 : 컬러필터100
115: buffer layer 120: light emitting structure
122: first conductive semiconductor layer 124: active layer
126: second conductive semiconductor layer 130: ohmic layer
140: reflective layer 150: bonding layer
160: conductive support substrate 170: first electrode
180: light extraction structure 182: first layer
182a, 182b: recessed part and iron part 184: nano cavity
186: second layer 200: nano-pattern
210: mask 220: photoresist
300: light emitting device package 310: package body
321: first lead frame 322: second lead frame
330: conductive adhesive layer 340: wire
350 molding unit 360 phosphor
400: head lamp 410: light emitting element module
420: reflector 430: shade
440 lens
800: display device 810: bottom cover
820: reflector 830: circuit board module
840: Light guide plate 850, 860: First and second prism sheet
870 panel 880 color filter
Claims (21)
상기 발광 구조물 상에 배치되고 나노 공동을 포함하는 광추출 구조를 포함하는 발광소자.A light emitting structure including a first conductive semiconductor layer, a second conductive semiconductor layer, and an active layer disposed between the first conductive semiconductor layer and the second conductive semiconductor layer; And
A light emitting device comprising a light extraction structure disposed on the light emitting structure and including a nano cavity.
나노 요철이 형성된 제1층과 나노 공동을 사이에 두고 상기 제1층 상에 배치되는 제2층을 포함하는 발광소자.The method of claim 1, wherein the light extraction structure,
A light emitting device comprising: a first layer having nanoconcave-convex formation and a second layer disposed on the first layer with a nanocavity therebetween.
나노 요철이 제1 도전형 반도체층 또는 제2 도전형 반도체층에 형성되고, 상기 나노 요철과 나노 공동을 사이에 두고 제2층이 배치된 발광소자.The method of claim 1, wherein the light extraction structure,
A light emitting device in which nano irregularities are formed in a first conductive semiconductor layer or a second conductive semiconductor layer, and a second layer is disposed between the nano irregularities and the nanocavity.
상기 제2층은 상기 나노 요철 내에 적어도 일부가 삽입된 발광소자.The method according to claim 2 or 3,
The second layer is a light emitting device in which at least a portion is inserted into the nano irregularities.
산화물을 포함하는 발광소자.The method of claim 2, wherein the first layer,
Light emitting device comprising an oxide.
ITO, SiO2, Al2O3, ZnO, TiO2, 폴리머 중 어느 하나를 포함하는 발광소자.The method of claim 2, wherein the first layer,
A light emitting device comprising any one of ITO, SiO 2 , Al 2 O 3 , ZnO, TiO 2 , and a polymer.
상기 나노 요철은 깊이가 400 나노미터 내지 1 마이크로 미터인 발광소자. The method according to claim 2 or 3,
The nano unevenness is a light emitting device having a depth of 400 nanometers to 1 micrometer.
상기 나노 요철의 단면은 원형이고, 상기 나노 요철은 단면의 지름이 0.1 마이크로 미터 내지 0.5 마이크로 미터인 발광소자.The method according to claim 2 or 3,
The cross-section of the nano-evenness is circular, the light-emitting device of the nano-evenness is 0.1 micrometer to 0.5 micrometer in diameter of the cross section.
상기 나노 요철은 크기가 상기 활성층에서 방출되는 빛의 파장보다 작은 발광소자.The method according to claim 2 or 3,
The nano unevenness is smaller than the wavelength of light emitted from the active layer light emitting device.
상기 나노 요철은 규칙적으로 배열된 발광소자.The method according to claim 2 or 3,
The nano irregularities are regularly arranged light emitting device.
상기 나노 요철은 0.5 내지 0.7 마이크로 미터의 주기를 갖는 발광소자.The method according to claim 2 or 3,
The nano unevenness is a light emitting device having a period of 0.5 to 0.7 micrometers.
상기 제 2 층은 ITO, 산화물, 에폭시 물질 중 어느 하나인 발광소자.The method according to claim 2 or 3,
The second layer is any one of ITO, oxide, epoxy material.
상기 나노 공동의 높이는 상기 나노 요철의 깊이보다 작은 발광소자.The method according to claim 2 or 3,
The light emitting device of which the height of the nanocavity is smaller than the depth of the nano irregularities.
상기 나노 공동의 높이는 상기 나노 요철의 높이의 80 내지 100%인 발광소자.The method according to claim 2 or 3,
The height of the nano cavity is 80 to 100% of the height of the nano unevenness.
상기 나노 공동의 단면은 원형이고, 상기 나노 공동의 단면의 지름은 0.1 마이크로 미터 내지 0.5 마이크로 미터인 발광소자.The method according to claim 2 or 3,
The cross section of the nanocavity is circular, the diameter of the cross section of the nanocavity is 0.1 micrometer to 0.5 micrometer light emitting device.
상기 제1층은 굴절률이 1.5 내지 2.5인 발광소자.The method according to claim 2 or 3,
The first layer has a refractive index of 1.5 to 2.5 light emitting device.
상기 제1층은 상기 제2층과 동일한 재료로 이루어진 발광소자.The method of claim 2,
The first layer is a light emitting device made of the same material as the second layer.
상기 제2층의 바닥면은 상기 제1층의 요부의 바닥면과 평행하지 않은 발광소자.The method of claim 2,
And the bottom surface of the second layer is not parallel to the bottom surface of the recessed portion of the first layer.
상기 제2층의 바닥면은 상기 제1 도전형 반도체층 또는 제2 도전형 반도체층의 요부의 바닥면과 평행하지 않은 발광소자.The method of claim 3, wherein
And a bottom surface of the second layer is not parallel to a bottom surface of a recess of the first conductive semiconductor layer or the second conductive semiconductor layer.
상기 제1층은 상기 제2 도전형 반도체층과 접촉하여 배치되는 발광소자.The method of claim 2,
And the first layer is in contact with the second conductive semiconductor layer.
상기 발광구조물은 자외선 영역의 파장의 빛을 발생시키는 발광소자.The method of claim 1,
The light emitting structure is a light emitting device for generating light of the wavelength of the ultraviolet region.
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