KR20130026670A - 발광소자 - Google Patents
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Abstract
실시예에 따른 발광소자는 제1 도전형 반도체층, 활성층, 및 제2 도전형 반도체층을 포함하는 발광구조물; 및 상기 제1 도전형 반도체층 내에 배치되는 격자 부정합층을 포함하고, 상기 발광 구조물 내에 상기 제1 도전형 반도체층과 상기 격자 부정합층에 의하여 적어도 하나의 리세스부가 형성된다.
Description
실시예는 발광소자에 관한 것이다.
반도체의 3-5족 또는 2-6족 화합물 반도체 물질을 이용한 발광 다이오드(Ligit 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.
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.
질화물 반도체 발광소자에는 GaN 등과 같은 질화물 반도체 물질과 결정구조가 동일하면서 격자 정합을 이루는 상업적인 기판이 존재하지 않기 때문에, 절연성 기판인 사파이어 기판이 사용된다. 이때, 사파이어 기판과 사파이어 기판 상에 성장되는 GaN층 간에는 격자 상수 및 열팽창 계수의 차이가 발생하게 되어 격자 부정합이 발생하여 GaN층에 많은 결정 결함이 존재하게 된다.
이러한 결정 결함은 소자의 누설전류를 증가시키고 외부 정전기가 들어왔을 경우 많은 결정 결함을 가지고 있는 발광소자의 활성층이 강한 필드에 의해서 파괴된다. 일반적으로 GaN 박막에는 1010~1012/cm2 정도의 결정 결함(관통 결함)이 존재하는 것으로 알려져 있다.
이러한 결정 결함을 많이 내포하는 질화물 반도체 발광 소자는 전기적 충격에 매우 취약하여 정전기나 낙뢰로부터의 보호와 관련된 기술 및 표준화가 매우 중요한 기술적 이슈로서 대두되고 있다.
일반적으로 기존의 GaN 발광소자의 ESD는 HBM(Human Body Mode) 조건에서 순방향으로는 수천 볼트까지 견디나 역방향으로는 수백 볼트를 견디기가 힘들다. 그 이유는 앞에서 언급했듯이 소자의 결정 결함이 주요 이유이다.
이러한 ESD 특성을 개선하기 위하여 기존에는 LED와 쇼트키 다이오드 또는 제너 다이오드를 병렬로 연결시켜 ESD로부터 발광소자를 보호하였으나, 이러한 방안들은 쇼트키 다이오드나 제너 다이오드가 별도로 필요하여 번거롭고 소자의 제조 비용을 증가시키는 문제점이 존재한다.
따라서, 발광소자의 구조를 개선하여 발광소자 자체적으로 ESD 특성을 개선할 필요가 있다.
실시예는 발광소자의 ESD 특성을 개선하여 신뢰성을 높이고자 한다.
실시예는, 제1 도전형 반도체층, 활성층, 및 제2 도전형 반도체층을 포함하는 발광구조물; 및 상기 제1 도전형 반도체층 내에 배치되는 격자 부정합층을 포함하고, 상기 발광 구조물 내에 상기 제1 도전형 반도체층과 상기 격자 부정합층에 의하여 적어도 하나의 리세스부가 형성된다.
상기 격자 부정합층은 AlInGaN을 포함할 수 있다.
상기 격자 부정합층의 두께가 옹스트롬(Å) 스케일 내지 십 나노미터(nm) 스케일일 수 있다.
상기 격자 부정합층은 AlInGaN층과 GaN층이 번갈아 배치된 적어도 하나의 페어층(pair layers)을 갖는 초격자층일 수 있다.
상기 페어층을 이루는 각 층의 두께가 옹스트롬(Å) 스케일 내지 십 나노미터(nm) 스케일일 수 있다.
상기 제1 도전형 반도체층과 상기 격자 부정합층의 격자상수가 다른 발광소자.
상기 활성층과 제2 도전형 반도체층 사이에 전자 차단층을 더 포함할 수 있다.
상기 전자 차단층은 AlGaN을 포함할 수 있다.
상기 리세스부는 V-피트(pit) 형상, 역 다각형뿔 형상 또는 역 피라미드 형상을 가질 수 있다.
실시예에 따른 발광소자는 격자 부정합을 이용하여 발광 구조물 내에 리세스부를 형성하여, 활성층의 응력을 완화시키고 발광소자의 ESD 특성을 개선하여 발광소자의 신뢰성을 높일 수 있다.
도 1은 실시예에 따른 발광소자의 단면도이고,
도 2 내지 도 8은 실시예에 따른 발광소자의 제조공정을 도시한 도면이고,
도 9는 실시예에 따른 발광소자 패키지의 일실시예를 도시한 도면이고,
도 10은 실시예에 따른 발광소자 패키지가 배치된 헤드램프의 일실시예를 나타낸 도면이고,
도 11은 실시예에 따른 발광소자 패키지가 배치된 표시장치의 일실시예를 나타낸 도면이다.
도 2 내지 도 8은 실시예에 따른 발광소자의 제조공정을 도시한 도면이고,
도 9는 실시예에 따른 발광소자 패키지의 일실시예를 도시한 도면이고,
도 10은 실시예에 따른 발광소자 패키지가 배치된 헤드램프의 일실시예를 나타낸 도면이고,
도 11은 실시예에 따른 발광소자 패키지가 배치된 표시장치의 일실시예를 나타낸 도면이다.
이하 실시예들을 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.
실시예들의 설명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴들의 "위(on)"에 또는 "아래(under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "위(on)"와 "아래(under)"는 "직접(directly)" 또는 "다른 층을 개재하여 (indirectly)" 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 각 층의 위 또는 아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다.
도면에서 각층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다.
도 1은 실시예에 따른 발광소자의 단면도이다. 도 1은 일 예로서 수평형 발광소자를 도시하고 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 실시예에 따른 발광소자(100)는 기판(110) 상의 버퍼층(120); 상기 버퍼층 상에 배치되는 언도프트(undoped) 반도체층(130); 상기 언도프트 반도체층(130) 상에 순차적으로 배치되며 제1 도전형 반도체층(140), 활성층(160) 및 제2 도전형 반도체층(180)을 포함하는 발광 구조물을 포함한다.
이때, 상기 제1 도전형 반도체층(140) 내에 격자 부정합층(150)이 배치되고, 상기 제1 도전형 반도체층(140) 상에 적어도 하나의 리세스부(recess)(145)가 형성될 수 있다.
도 1에는 일 예시로서 제1 도전형 반도체층(140) 상에 리세스부가 형성된 것을 도시하였으나, 이 외의 발광 구조물 내에 리세스부가 형성될 수도 있다.
상기 격자 부정합층(150)은 AlInGaN을 포함하는 단일층이거나, AlInGaN층과 GaN층이 번갈아 배치된 적어도 하나의 페어층(pair layers)을 갖는 초격자층일 수 있다.
상기 리세스부(145)는 제1 도전형 반도체층(140)과 격자 부정합층(150)의 격자 부정합에 의해 형성될 수 있다.
도 1을 참조하면, 기판(110)과 상기 기판(110) 상에 성장되는 질화물 반도체층 사이의 격자 부정합에 의해 발생하여 발광소자의 상부로 이동한 관통 전위(D1)와, 상기 격자 부정합층(150)과 제1 도전형 반도체층(140b) 사이의 격자 부정합에 의해 발생한 관통 전위(D2)가 존재함을 알 수 있다.
도 1에서 알 수 있는 바와 같이, 상기 리세스부(145)는 기판(110)과 질화물 반도체층 사이의 격자 부정합에 의해 발생한 관통 전위(D1) 중 발광소자의 상부까지 도달한 관통 전위가 존재하는 제1 도전형 반도체층(140b) 상의 영역에 형성될 수 있다.
또한 상기 리세스부(145)는, 상기 격자 부정합층(150)과 제1 도전형 반도체층(140b) 사이의 격자 부정합에 의해 관통 전위(D2)가 발생한 제1 도전형 반도체층(140b) 상의 영역에 형성될 수 있다. 상기 리세스부(145)는 상기 제1 도전형 반도체층(140b)을 이루는 물질과, 상기 격자 부정합층(150)을 이루는 물질(AlInGaN) 사이의 격자상수 차이에 의한 격자 부정합에 의해 형성될 수 있다.
리세스부(145)가 형성된 제1 도전형 반도체층(140b) 상에 차례로 활성층(160)과 전자 차단층(170)이 성장되므로, 상기 리세스부(145)에 대응되어 활성층(160)과 전자 차단층(170)에도 리세스부를 가질 수 있다.
다만, 상기 리세스부(145)는 상부에 활성층(160) 및 전자 차단층(170)이 차례로 성장되면서 경사면의 기울기가 완만해지다가 제2 도전형 반도체층(180)의 물질에 의해 모두 메워지면서, 상기 제2 도전형 반도체층(180)의 상부면은 리세스부를 가지지 않고 평평할 수 있다.
상기 리세스부(145)의 사시도 형상은 반드시 V-모양일 필요는 없고, 계면이 평면이 아닌 역 다각형뿔 또는 역 피라미드 형상일 수 있다.
그리고, 제2 도전형 반도체층(180)에서부터 제1 도전형 반도체층(140)의 일부까지 메사 식각되고, 메사 식각에 의해 노출된 제1 도전형 반도체층(140) 상에 제1 전극(182)이 구비될 수 있다.
상기 제2 도전형 반도체층(180) 상에는 제2 전극(184)이 구비될 수 있다.
도 2 내지 도 8은 실시예에 따른 발광소자의 제조공정을 도시한 도면이다. 이하에서 도 2 내지 도 8을 참조하여 실시예에 따른 발광소자의 제조방법을 설명한다.
먼저, 도 2에 도시된 바와 같이, 기판(110) 상에 버퍼층(120) 및 언도프트 반도체층(130)을 성장시킨다.
상기 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. 상기 기판(110) 위에는 요철 구조가 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 기판(110)에 대해 습식세척을 하여 표면의 불순물을 제거할 수 있다.
상기 기판(110) 상에 적층된 버퍼층(120)은 재료의 격자 부정합 및 열 팽창 계수의 차이를 완화하기 위한 것으로, 상기 버퍼층의 재료는 3족-5족 화합물 반도체 예컨대, GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN 중 적어도 하나로 형성될 수 있다.
상기 언도프트 반도체층(130)은 뒤이어 성장될 제1 도전형 반도체층(140)의 결정성 향상을 위해 형성되는 층으로, n형 도펀트가 도핑되지 않아 상기 제1 도전형 반도체층에 비해 낮은 전기전도성을 갖는 것을 제외하고는 상기 제1 도전형 반도체층과 같을 수 있다.
그 후 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 언도프트 반도체층(130) 상에 제1 도전형 반도체층(140a)을 성장시킨다.
상기 제1 도전형 반도체층(140a)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.
상기 제1 도전형 반도체층(140a)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.
그리고 도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이, 상기 제1 도전형 반도체층(140a) 상에 격자 부정합층(150)을 형성한다.
도 4a에서, 상기 격자 부정합층(150)은 AlInGaN층일 수 있다. 즉, 격자 부정합층(150)이 AlInGaN을 포함하는 단일층으로 형성될 수 있다.
단일층으로 이루어진 격자 부정합층(150)의 두께는 수 옹스트롬(Å) 내지 수십 나노미터(nm)일 수 있다.
격자 부정합층(150)의 두께가 지나치게 얇으면 후에 성장될 제1 도전형 반도체층(140b)과의 격자 부정합에 의한 리세스부의 형성 효과가 미미할 수 있고, 지나치게 두꺼우면 발광소자의 두께가 불필요하게 증가할 수 있다.
도 4b에서, 상기 격자 부정합층(150)은 AlInGaN층과 GaN층이 번갈아 배치된 적어도 하나의 페어층(pair layers)을 갖는 초격자층일 수 있다.
상기 페어층을 이루는 각 층의 두께는 수 옹스트롬(Å) 내지 수십 나노미터(nm)일 수 있다. 각 층의 두께가 지나치게 얇으면 후에 성장될 제1 도전형 반도체층(140b)과의 격자 부정합에 의한 리세스부의 형성 효과가 미미할 수 있고, 지나치게 두꺼우면 발광소자의 두께가 불필요하게 증가할 수 있다.
그 후 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 격자 부정합층(150) 상에 제1 도전형 반도체층(140b)을 재성장시킨다.
상기 제1 도전형 반도체층(140b)은 상기 제1 도전형 반도체층(140a)을 형성하는 물질과 같은 조성을 갖는 층이다.
상기 제1 도전형 반도체층(140b) 상에 리세스부(145)가 형성된다.
도 5를 참조하면, 기판(110)과 상기 기판(110) 상에 성장되는 질화물 반도체층 사이의 격자 부정합에 의해 발생하여 발광소자의 상부로 이동한 관통 전위(D1)와, 상기 격자 부정합층(150)과 제1 도전형 반도체층(140b) 사이의 격자 부정합에 의해 발생한 관통 전위(D2)가 존재함을 알 수 있다.
도 5에서 알 수 있는 바와 같이, 상기 리세스부(145)는 기판(110)과 질화물 반도체층 사이의 격자 부정합에 의해 발생한 관통 전위(D1) 중 발광소자의 상부까지 도달한 관통 전위가 존재하는 제1 도전형 반도체층(140b) 상의 영역에 형성될 수 있다.
또한 리세스부(145)는, 상기 격자 부정합층(150)과 제1 도전형 반도체층(140b) 사이의 격자 부정합에 의해 관통 전위(D2)가 발생한 제1 도전형 반도체층(140b) 상의 영역에 형성될 수 있다. 상기 리세스부(145)는 상기 제1 도전형 반도체층(140b)을 이루는 물질과, 상기 격자 부정합층(150)을 이루는 물질(AlInGaN) 사이의 격자상수 차이에 의한 격자 부정합에 의해 형성될 수 있다.
AlInGaN를 포함하는 상기 격자 부정합층(150)의 격자상수는 Al과 In의 함량을 조절함으로써 조절될 수 있다. Al의 함량이 증가하면 격자상수가 감소하고, In의 함량이 증가하면 격자상수가 증가한다.
일반적으로 Al과 In이 80:20의 함량비를 이루는데, 여기에서 약간만 달라져도 제1 도전형 반도체층(140b)과의 격자 부정합에 의해 관통 전위(D2)가 발생하고, 이러한 관통 전위(D2)가 도달하는 제1 도전형 반도체층(140b) 상의 영역에 리세스부(145)가 형성될 수 있다.
이러한 리세스부(145)는 발광 구조물을 관통하는 관통 전위 주위에 형성되어 관통 전위로 전류가 집중되는 현상을 방지할 수 있다. 즉, 발광에 기여하는 캐리어의 비율을 증가시켜 누설 전류를 억제함으로써 발광소자의 발광 효율을 향상시킬 수 있다.
그 후 도 6에서와 같이, 상부에 리세스부(145)가 형성된 제1 도전형 반도체층(140b) 상에 활성층(160)을 성장시킨다.
상기 활성층(160)은 제1 도전형 반도체층(140)을 통해서 주입되는 전자와 이후 형성되는 제2 도전형 반도체층(180)을 통해서 주입되는 정공이 서로 만나서 활성층(발광층) 물질 고유의 에너지 밴드에 의해서 결정되는 에너지를 갖는 빛을 방출하는 층이다.
상기 활성층(160)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(160)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.
상기 활성층(160)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.
상기 활성층(160)은 리세스부(145)가 형성된 제1 도전형 반도체층(140b) 상부면의 구조에 따라 성장되므로, 활성층(160)의 상부면 역시 평평하지 않고 리세스부를 가진다.
활성층(160)이 제1 도전형 반도체층(140b) 상에 형성된 리세스부(145)를 메우면서 성장하기 때문에, 활성층(160) 상에 존재하는 리세스부(165)는 제1 도전형 반도체층(140b) 상에 형성된 리세스부(145)보다 V-피트의 경사면의 기울기가 완만할 수 있다.
그리고 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 활성층(160) 상에 제2 도전형 반도체층(180)을 성장시킨다.
상기 제2 도전형 반도체층(180)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. 상기 제2 도전형 반도체층(180)이 P형 반도체층인 경우, 상기 제2 도전형 도펀트는 p형 도펀트로서, Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등을 포함할 수 있다.
상기 제1 도전형 반도체층(140), 활성층(160) 및 제2 도전형 반도체층(180)을 포함하는 발광 구조물은 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.
상기 활성층(160)과 제2 도전형 반도체층(180) 사이에는 전자 차단층(170)이 위치할 수 있다.
상기 전자 차단층(170)은 AlGaN층으로 이루어질 수 있으며, 상기 제1 도전형 반도체층(140)으로부터 주입되는 전자가 상기 제2 도전형 반도체층(180)으로 이동하지 못하도록 하는 전위 장벽의 역할을 한다.
상기 리세스부(145)는 상부에 활성층(160) 및 전자 차단층(170)이 차례로 적층되면서 경사면의 기울기가 완만해지다가 제2 도전형 반도체층(180)의 물질에 의해 모두 메워지면서, 상기 제2 도전형 반도체층(180)의 상부면은 리세스부를 가지지 않고 평평할 수 있다.
그 후 도 8에 도시된 바와 같이, 제2 도전형 반도체층(180)에서부터 제1 도전형 반도체층(140)의 일부까지 메사 식각된다.
메사 식각에 의해 노출된 제1 도전형 반도체층(140) 상에 제1 전극(182)이 구비되고, 식각되지 않은 제2 도전형 반도체층(180) 상에 제2 전극(184)이 구비될 수 있다.
상기 제1 전극(182) 및 제2 전극(184)은 알루미늄(Al), 티타늄(Ti), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 구리(Cu), 금(Au) 중 적어도 하나를 포함하여 단층 또는 다층 구조로 형성될 수 있다.
상술된 실시예는 수평형 발광소자를 중심으로 설명되었으나, 수직형 발광소자에서도 위의 내용이 적용될 수 있음은 당연하다.
상술한 바와 같이, 실시예에 따른 발광소자는 제1 도전형 반도체층과 격자 부정합층 사이의 격자 부정합을 이용하여 관통 전위를 발생시키고, 상기 관통 전위가 발생하여 도달한 제1 도전형 반도체층 상의 영역에 리세스부를 형성함으로써, 활성층의 응력을 완화시키고 발광소자의 ESD 특성을 개선하여 발광소자의 신뢰성을 높일 수 있다.
도 9는 실시예에 따른 발광소자 패키지의 일실시예를 도시한 도면이다.
실시예에 따른 발광소자 패키지(200)는 캐비티가 형성된 몸체(210)와, 상기 몸체(210)에 설치된 제1 리드 프레임(221) 및 제2 리드 프레임(222)과, 상기 몸체(210)에 설치되어 상기 제1 리드 프레임(221) 및 제2 리드 프레임(222)과 전기적으로 연결되는 상술한 실시예들에 따른 발광소자(100)와, 상기 캐비티에 형성된 몰딩부(240)를 포함한다.
상기 몸체(210)는 실리콘 재질, 합성수지 재질, 또는 금속 재질을 포함하여 형성될 수 있다. 상기 몸체(210)가 금속 재질 등 도전성 물질로 이루어지면, 도시되지는 않았으나 상기 몸체(210)의 표면에 절연층이 코팅되어 상기 제1,2 리드 프레임(221, 222) 간의 전기적 단락을 방지할 수 있다.
상기 제1 리드 프레임(221) 및 제2 리드 프레임(222)은 서로 전기적으로 분리되며, 상기 발광소자(100)에 전류를 공급한다. 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 배출시킬 수도 있다.
상기 발광소자(100)는 상기 몸체(210) 상에 설치되거나 상기 제1 리드 프레임(221) 또는 제2 리드 프레임(222) 상에 설치될 수 있다. 본 실시예에서는 제1 리드 프레임(221)과 발광소자(100)가 직접 통전되고, 제2 리드 프레임(222)과 상기 발광소자(100)는 와이어(230)를 통하여 연결되어 있다. 발광소자(100)는 와이어 본딩 방식 외에 플립칩 방식 또는 다이 본딩 방식 등에 의하여 리드 프레임(221, 222)과 연결될 수 있다.
상기 몰딩부(240)는 상기 발광소자(100)를 포위하여 보호할 수 있다. 또한, 상기 몰딩부(240) 상에는 형광체(250)가 포함되어, 상기 발광소자(100)로부터 방출되는 빛의 파장을 변화시킬 수 있다.
상기 발광소자(100)에서 방출된 제1 파장 영역의 광이 상기 형광체(250)에 의하여 여기되어 제2 파장 영역의 광으로 변환되고, 상기 제2 파장 영역의 광은 렌즈(미도시)를 통과하면서 광경로가 변경될 수 있다.
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, 헤드램프와 백라이트 유닛을 설명한다.
도 10은 실시예에 따른 발광소자 패키지가 배치된 헤드램프의 일실시예를 나타낸 도면이다.
도 10을 참조하면, 실시예에 따른 발광소자 패키지가 배치된 발광 모듈(710)에서 방출된 빛이 리플렉터(720)와 쉐이드(730)에서 반사된 후 렌즈(740)를 투과하여 차체 전방을 향할 수 있다.
상술한 바와 같이, 상기 발광 모듈(710)에 사용된 실시예에 따른 발광소자는 리세스부에 의해 발광소자의 ESD 특성이 개선되어 신뢰성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
상기 발광 모듈(710)에 포함된 발광소자 패키지는 발광소자를 복수 개로 탑재할 수 있으며, 이에 대해 한정하지 않는다.
도 11은 실시예에 따른 발광소자 패키지가 배치된 표시장치의 일실시예를 나타낸 도면이다.
도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 표시장치(800)는 광원 모듈(830, 835)과, 바텀 커버(820) 상의 반사판(820)과, 상기 반사판(820)의 전방에 배치되며 상기 광원모듈에서 방출되는 빛을 표시장치 전방으로 가이드하는 도광판(840)과, 상기 도광판(840)의 전방에 배치되는 제1 프리즘시트(850)와 제2 프리즘시트(860)와, 상기 제2 프리즘시트(860)의 전방에 배치되는 패널(870)과 상기 패널(870)의 전반에 배치되는 컬러필터(880)를 포함하여 이루어진다.
광원 모듈은 회로 기판(830) 상의 상술한 발광소자 패키지(835)를 포함하여 이루어진다. 여기서, 회로 기판(830)은 PCB 등이 사용될 수 있고, 발광소자 패키지(835)는 도 11에서 설명한 바와 같다.
상기 바텀 커버(810)는 표시 장치(800) 내의 구성 요소들을 수납할 수 있다. 상기 반사판(820)은 본 도면처럼 별도의 구성요소로 마련될 수도 있고, 상기 도광판(840)의 후면이나, 상기 바텀 커버(810)의 전면에 반사도가 높은 물질로 코팅되는 형태로 마련되는 것도 가능하다.
여기서, 반사판(820)은 반사율이 높고 초박형으로 사용 가능한 소재를 사용할 수 있고, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PolyEthylene Terephtalate; PET)를 사용할 수 있다.
도광판(840)은 발광소자 패키지 모듈에서 방출되는 빛을 산란시켜 그 빛이 액정 표시 장치의 화면 전영역에 걸쳐 균일하게 분포되도록 한다. 따라서, 도광판(830)은 굴절률과 투과율이 좋은 재료로 이루어지는데, 폴리메틸메타크릴레이트(PolyMethylMethAcrylate; PMMA), 폴리카보네이트(PolyCarbonate; PC), 또는 폴리에틸렌(PolyEthylene; PE) 등으로 형성될 수 있다. 그리고, 도광판이 생략되어 반사시트(820) 위의 공간에서 빛이 전달되는 에어 가이드 방식도 가능하다.
상기 제1 프리즘 시트(850)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.
상기 제2 프리즘 시트(860)에서 지지필름 일면의 마루와 골의 방향은, 상기 제1 프리즘 시트(850) 내의 지지필름 일면의 마루와 골의 방향과 수직할 수 있다. 이는 광원 모듈과 반사시트로부터 전달된 빛을 상기 패널(870)의 전방향으로 고르게 분산하기 위함이다.
본 실시예에서 상기 제1 프리즘시트(850)과 제2 프리즘시트(860)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.
상기 패널(870)은 액정 표시 패널(Liquid crystal display)가 배치될 수 있는데, 액정 표시 패널(860) 외에 광원을 필요로 하는 다른 종류의 디스플레이 장치가 구비될 수 있다.
상기 패널(870)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.
표시장치에 사용되는 액정 표시 패널은, 액티브 매트릭스(Active Matrix) 방식으로서, 각 화소에 공급되는 전압을 조절하는 스위치로서 트랜지스터를 사용한다.
상기 패널(870)의 전면에는 컬러 필터(880)가 구비되어 상기 패널(870)에서 투사된 빛을, 각각의 화소마다 적색과 녹색 및 청색의 빛만을 투과하므로 화상을 표현할 수 있다.
이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 발광소자 110: 기판
120: 버퍼층 130: 언도프트 반도체층
140a, 140b: 제1 도전형 반도체층
150: 격자 부정합층 160: 활성층
170: 전자 차단층 180: 제2 도전형 반도체층
182: 제1 전극 184: 제2 전극
210: 패키지 몸체 221, 222: 제1,2 리드 프레임
230: 와이어 240: 몰딩부
250: 형광체 710: 발광 모듈
720: 리플렉터 730: 쉐이드
800: 표시장치 810: 바텀 커버
820: 반사판 840: 도광판
850: 제1 프리즘시트 860: 제2 프리즘시트
870: 패널 880: 컬러필터
120: 버퍼층 130: 언도프트 반도체층
140a, 140b: 제1 도전형 반도체층
150: 격자 부정합층 160: 활성층
170: 전자 차단층 180: 제2 도전형 반도체층
182: 제1 전극 184: 제2 전극
210: 패키지 몸체 221, 222: 제1,2 리드 프레임
230: 와이어 240: 몰딩부
250: 형광체 710: 발광 모듈
720: 리플렉터 730: 쉐이드
800: 표시장치 810: 바텀 커버
820: 반사판 840: 도광판
850: 제1 프리즘시트 860: 제2 프리즘시트
870: 패널 880: 컬러필터
Claims (9)
- 제1 도전형 반도체층, 활성층, 및 제2 도전형 반도체층을 포함하는 발광구조물; 및
상기 제1 도전형 반도체층 내에 배치되는 격자 부정합층을 포함하고,
상기 발광 구조물 내에 상기 제1 도전형 반도체층과 상기 격자 부정합층에 의하여 적어도 하나의 리세스부(recess)가 형성된 발광소자. - 제 1 항에 있어서,
상기 격자 부정합층은 AlInGaN을 포함하는 발광소자. - 제 1 항에 있어서,
상기 격자 부정합층의 두께가 옹스트롬(Å) 스케일 내지 십 나노미터(nm) 스케일인 발광소자. - 제 1 항에 있어서,
상기 격자 부정합층은 AlInGaN층과 GaN층이 번갈아 배치된 적어도 하나의 페어층(pair layers)을 갖는 초격자층인 발광소자. - 제 4 항에 있어서,
상기 페어층을 이루는 각 층의 두께가 옹스트롬(Å) 스케일 내지 십 나노미터(nm) 스케일인 발광소자. - 제 1 항에 있어서,
상기 제1 도전형 반도체층과 상기 격자 부정합층의 격자상수가 다른 발광소자. - 제 1 항에 있어서,
상기 활성층과 제2 도전형 반도체층 사이에 전자 차단층을 더 포함하는 발광소자. - 제 7 항에 있어서,
상기 전자 차단층은 AlGaN을 포함하는 발광소자. - 제 1 항에 있어서,
상기 리세스부는 V-피트(pit) 형상, 역 다각형뿔 형상 또는 역 피라미드 형상을 갖는 발광소자.
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