KR20140108756A - 발광 장치 - Google Patents

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KR20140108756A
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diode chip
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이정훈
조대성
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Abstract

연색성을 향상시킬 수 있는 발광 모듈이 개시된다.
개시된 발광 장치는 적색 파장을 갖는 제1 발광 다이오드 칩; 상기 제1 발광 다이오드 칩과 상이한 적색 파장을 갖는 제2 발광 다이오드 칩; 및 상기 제1 및 제2 발광 다이오드 칩 주변에 위치하는 복수의 제3 발광 다이오드 칩을 포함하고, 태양광에 유사한 파장대역을 가짐으로써, 연색성을 향상시킬 수 있는 장점을 갖는다.

Description

발광 장치{LIGHT EMITTING DEVICE}
본 발명은 발광 장치에 관한 것으로, 특히 연색성을 향상시킬 수 있는 발광 장치에 관한 것이다.
일반적인 발광 소자(Light Emtting Device)는 n형 반도체층과 p형 반도체층 사이에서 전자와 정공이 재결합하여 빛을 발생한다.
상기 발광 소자는 디스플레이 장치 및 조명 장치에 다양하게 적용되고 있다.
한편, 최근에는 고휘도 발광 소자가 도입되고 있다. 일반적인 발광 소자는 척색 발광 칩에 황색 형광체를 형성하여 백색 광을 구현하고 있다.
그러나, 일반적인 발광 소자로부터 발생된 광은 특정 파장대에 한정적으로 가지므로 연색성이 저하되는 문제를 야기한다.
상기 연색성을 향상시키기 위해 적색 발광 다이오드를 추가로 사용하고 있으나, 상기 적색 발광 다이오드의 배열에 따라 연색성이 다양하게 가변되어 고객의 요구에 따른 높은 연색성의 발광 소자를 구현하기에는 어려운 문제가 있었다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 연색성을 향상시켜 태양광과 유사한 발광 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예들에 따른 발광 장치는 적색 파장을 갖는 제1 발광 다이오드 칩; 상기 제1 발광 다이오드 칩과 상이한 적색 파장을 갖는 제2 발광 다이오드 칩; 및 상기 제1 및 제2 발광 다이오드 칩 주변에 위치하는 복수의 제3 발광 다이오드 칩을 포함하고, 태양광에 유사한 파장대역을 가짐으로써, 연색성을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
상기 제3 발광 다이오드 칩은 교대로 배열되는 복수의 우물층과 복수의 장벽층의 양자 우물 구조의 활성층을 가지며 상기 복수의 우물층은 적어도 2 이상의 상이한 두께를 갖는다.
상기 제3 발광 다이오드는 상기 활성층의 일면상에 위치한 n형 반도체층 및 상기 활성층의 타면상에 위치한 p형 반도체층을 포함하고, 상기 복수의 우물층은 상기 n형 반도체층과 인접한 적어도 하나 이상의 제1 우물층과 상기 p형 반도체층과 인접한 적어도 하나 이상의 제2 우물층을 포함하고, 상기 제2 우물층의 두께는 상기 제1 우물층의 두께보다 두껍다.
상기 복수의 제2 우물층은 서로 상이한 두께를 가지며, 상기 복수의 제1 우물층들은 균일한 두께를 갖는다.
상기 제1 우물층은 410㎚ 파장을 가지며, 상기 제2 우물층은 450㎚의 파장을 갖는다.
상기 우물층은 InxGa1 - xN(0≤x≤1)의 조성식을 가지며, 상기 장벽층은 InyGa1 -yN(0≤y≤1)의 조성식을 갖는다.
상기 제1 발광 다이오드 칩은 600 내지 630㎚의 파장을 가지며, 상기 제2 발광 다이오드 칩은 630 내지 660㎚의 파장을 갖는다.
상기 제1 내지 제3 발광 다이오드 칩이 실장되는 기판을 더 포함하고, 상기 기판상에는 서로 대칭되는 제1 및 제2 도전성 패턴을 포함한다.
상기 제1 및 제2 발광 다이오드 칩은 상기 기판의 중심부를 기준으로 양측으로 이격되게 위치하고, 상기 제1 발광 다이오드 칩은 상기 제1 도전성 패턴과 접속되고, 상기 제2 발광 다이오드 칩은 상기 제2 도전성 패턴과 접속된다.
상기 복수의 제3 발광 다이오드 칩은 상기 기판의 모서리 영역과 인접하게 위치하고, 수직, 수평 및 대각선 방향으로 서로 대칭되게 상기 제1 및 제2 도전성 패턴에 분리되어 접속된다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 본 발명은 서로 상이한 적색 파장대를 갖는 상기 제1 및 제2 발광 다이오드 칩과, 적어도 2 이상의 청색 파장대를 갖는 제3 발광 다이오드에 의해 최종 출력 파장대의 연색성을 향상시킬 수 있다. 따라서, 본 발명의 발광 소자는 태양광과 유사한 광을 제공할 수 있다.
더욱이, 본 발명의 제3 발광 다이오드 칩은 상기 p형 반도체층과 인접한 우물층의 두께를 다른 우물층들보다 상대적으로 두껍게 설계하여 장파장대의 청색 광을 발광하여 반치폭을 넓게 구현할 수 있다. 즉, 본 발명은 적어도 2 이상의 서로 다른 청색 파장대를 제공함으로써, 연색성이 우수한 발광 소자를 구현할 수 있는 장점을 갖는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 장치를 도시한 평면도이다.
도 2는 도 1의 제3 발광 다이오드 칩을 도시한 단면도이다.
도 3은 양자 우물 구조의 활성층을 도시한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제3 발광 다이오드의 에너지 밴드 갭을 도시한 도면이다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 실시예들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고, 도면들에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 장치를 도시한 평면도이고, 도 2는 도 1의 제3 발광 다이오드 칩을 도시한 단면도이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 장치(100)는 기판(110)과, 기판(110)에 포함된 제1 및 제2 도전성 패턴(140a, 140b)과, 상기 기판(110)상에 실장되는 제1 및 제2 발광 다이오드 칩(130a, 130b)과, 상기 기판(110) 상에 실장되는 복수의 제3 발광 다이오드 칩(120)을 포함한다.
상기 제1 발광 다이오드 칩(130a)은 적색 파장을 갖는다. 구체적으로 상기 제1 발광 다이오드 칩(130a)은 600㎚ ~ 630㎚의 파장대를 갖는다.
상기 제2 발광 다이오드 칩(130b)은 적색 파장을 갖는다. 구체적으로 상기 제2 발광 다이오드(130b)는 630㎚ ~ 660㎚의 파장대를 갖는다.
상기 제1 및 제2 발광 다이오드 칩(130a, 130b)의 피크 파장대는 서로 상이하며, 상기 제1 발광 다이오드 칩(130a)은 상기 제2 발광 다이오드 칩(130b)보다 낮은 파장대의 적색 광을 발광한다.
상기 제1 및 제2 발광 다이오드 칩(130a, 130b)은 상기 기판(110)의 중심부를 기준으로 일정간격 이격되어 나란하게 배열된다. 즉, 상기 제1 및 제2 발광 다이오드 칩(130a, 130b)은 상기 기판(110)의 중심부를 기준으로 좌우 방향으로 대칭되게 배열될 수 있다.
상기 제3 발광 다이오드 칩(120)은 상기 기판(110) 상에서 일정한 가격을 두고 모서리 영역과 인접한 영역에 위치한다. 즉, 상기 제3 발광 다이오드 칩(120)은 상기 기판(110)의 모서리 영역과 대응되도록 복수개로 구성된다. 상기 제3 발광 다이오드 칩(120)은 상기 기판(110) 상에서 수직방향, 수평방향 및 대각선 방향으로 대칭되게 배열될 수 있다.
상기 제3 발광 다이오드 칩(120)은 적어도 2 이상의 청색 파장대를 갖는다. 즉, 상기 제3 발광 다이오드 칩(120)은 일반적인 청색 발광 다이오드 칩과 대비하여 반치폭(FWHM: full width at half maximum)이 넓은 특징을 가진다. 여기서, 반치폭(FWHM)은 상기 제3 발광 다이오드 칩(120)의 피크 파장대의 대략 절반에 해당하는 폭으로 정의할 수 있다.
본 발명의 제3 발광 다이오드 칩(120)은 양자 우물 구조의 활성층에 포함된 우물층의 새로운 구조에 의해 반치폭(FWHM)이 넓은 청색 광을 구현할 수 있다.
상기 제1 및 제2 도전성 패턴(140a, 140b)은 상기 기판(110) 상에서 서로 대칭되도록 나란하게 분리된다. 즉, 상기 제1 및 제2 도전성 패턴(140a, 140b)은 상기 기판(110)의 중심부를 기준으로 좌우 방향으로 대칭되게 형성될 수 있다.
상기 제1 도전성 패턴(140a)에는 상기 제1 발광 다이오드 칩(130a) 및 상기 복수의 제3 발광 다이오드 칩(120)의 일부가 본딩 와이어(150)에 의해 접속되고, 상기 제2 도전성 패턴(140b)에는 상기 제2 발광 다이오드 칩(130b) 및 상기 복수의 제3 발광 다이오드 칩(120)의 일부가 본딩 와이어(150)에 의해 접속된다.
이해를 돕기 위해 상기 제3 발광 다이오드 칩(120)을 구체적으로 설명하면, 상기 제3 발광 다이오드 칩(120)은 성장기판(210), 버퍼층(211), 제1 도전형 반도체층(220), 활성층(230), 제2 도전형 반도체층(240), 투명 전극층(250), 제1 및 제2 전극(260, 270)을 포함한다.
상기 성장기판(210)은, 사파이어 기판, 스피넬 기판, 질화갈륨 기판, 탄화실리콘 기판 또는 실리콘 기판과 같이 질화갈륨계 화합물 반도체층을 성장시키기 위한 성장기판일 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 활성층(230), 제1 및 제2 도전형 반도체층(220, 240)은 질화갈륨 계열의 화합물 반도체 물질 즉, (Al, In, Ga)N으로 형성될 수 있다. 상기 활성층(230)은 요구되는 파장의 광, 예컨대 자외선 또는 가시광을 방출하도록 조성 원소 및 조성비가 결정된다. 상기 활성층(230), 제1 및 제2 도전형 반도체층(220, 240)은 MOCVD 또는 MBE 기술을 사용하여 형성될 수 있다.
상기 활성층(230)은 다중 양자 우물 구조를 가지며, 에너지 밴드의 밴드 갭 차이에 의해 빛을 방출한다. 본 발명의 활성층(230)은 복수의 우물층과 복수의 장벽층이 교대로 적층된 구조를 가지며, 상기 복수의 우물층은 적어도 2 이상의 상이한 두께를 가질 수 있다.
상기 제1 도전형 반도체층(220)은 n형 질화물 반도체층이고, 상기 제2 도전형 반도체층(240)은 p형 질화물 반도체층이다. 상기 제1 및 제2 도전형 반도체층(220, 240)은 단일층 또는 다층으로 형성될 수 있다.
상기 투명 전극층(250)은 ITO와 같은 투명 산화물 또는 Ni/Au로 형성될 수 있으며, 상기 제2 도전형 반도체층(240)에 오믹콘택된다.
상기 제1 전극(260)은 상기 제1 도전형 반도체층(220) 상에 형성되고, 상기 제2 전극(270)은 상기 제2 도전형 반도체층(240) 상에 형성된다.
상기 제1 전극(260)은 상기 제2 도전형 반도체층(220) 및 활성층(230) 일부가 식각되어 노출된 제1 도전형 반도체층(220) 상에 형성될 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 발광 소자(100)는 서로 상이한 적색 파장대를 갖는 상기 제1 및 제2 발광 다이오드 칩(130a, 130b)과, 적어도 2 이상의 청색 파장대를 갖는 제3 발광 다이오드(120)에 의해 최종 출력 파장대의 연색성을 향상시킬 수 있다. 따라서, 본 발명의 발광 소자(100)는 태양광과 유사한 광을 제공할 수 있다.
도 3은 양자 우물 구조의 활성층을 도시한 단면도이고, 도 4는 본 발명의 제3 발광 다이오드의 에너지 밴드 갭을 도시한 도면이다.
도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 활성층(230)은 다중 양자 우물 구조를 갖는다. 즉, 상기 활성층(230)은 제1 내지 제4 장벽층(231a 내지 231d) 및 제1 내지 제3 우물층(233a 내지 233c)이 교대로 적층된 구조를 갖는다.
여기서, 본 발명에서는 4개의 장벽층과 3개의 우물층을 일예로 설명하고 있지만, 이에 한정되지 않는다.
상기 제1 내지 제3 우물층(233a 내지 233c)은 InxGa1 - xN(0≤x≤1)의 조성식을 갖는 반도체 재료로 형성될 수 있다.
상기 제1 내지 제4 장벽층(231a 내지 231d)은 InyGa1 - yN(0≤y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 재료로 형성될 수 있다.
상기 제1 우물층(233a) 및 제1 장벽층(231a)은 n형 반도체층과 인접하게 위치하고, 상기 제3 우물층(233c) 및 제4 장벽층(231d)은 p형 반도체층과 인접하게 위치한다.
상기 제1 내지 제3 장벽층(231a 내지 231c)은 n형 불순물이 도핑될 수 있고, 상기 p형 반도체층과 인접한 상기 제4 장벽층(231d)은 불순물이 포함하지 않을 수 있다.
상기 제1 내지 제3 우물층(233a 내지 233c)은 적어도 2 이상의 상이한 두께를 가질 수 있다. 본 발명의 일 실시에에서는 상기 제1 및 제2 우물층(233a 및 233b)은 동일한 제1 두께(t1)를 가지며, 상기 제3 우물층(233c)은 상기 제1 및 제2 우물층(233a 및 233b) 보다 두꺼운 제2 두께(t2)를 갖는다.
상기 제1 및 제2 우물층(233a 및 233b)은 성장의 안정성을 위해 동일한 두께를 가진다.
상기 제3 우물층(233c)은 p형 반도체층과 인접하게 위치한다. 따라서, 본 발명의 활성층(230)은 p형 반도체층과 인접한 제3 우물층(233c)의 두께를 형성할 수 있다.
여기서, 상기 p형 반도체층과 인접한 상기 제3 우물층(233c)의 제2 두께(t2가 상기 제1 및 제2 우물층(233a 및 233b)의 제1 두께(t2)보다 상대적으로 두껍게 설계된 것은 상기 p형 반도체층과 인접한 영역에서 재결합이 활발하게 이루어지기 때문이다.
상기 제3 우물층(233c)은 대략 450㎚의 파장대를 가지며, 상기 제1 및 제2 우물층(233a 및 233b)은 410㎚의 파장대를 갖는다.
따라서, 본 발명의 제3 발광 다이오드 칩은 상기 p형 반도체층과 인접한 제3 우물층(233c)의 두께를 상기 제1 및 제2 우물층(233a 및 233b)보다 상대적으로 두껍게 설계하여 장파장대의 청색 광을 발광하여 반치폭을 넓게 구현할 수 있다.
즉, 본 발명은 적어도 2 이상의 서로 다른 청색 파장대를 제공함으로써, 연색성이 우수한 발광 소자를 구현할 수 있는 장점을 갖는다.
이상에서 다양한 실시예들에 대해 설명하였지만, 본 발명은 특정 실시예에 한정되는 것은 아니다. 또한 특정 실시예에서 설명한 구성요소는 본원 발명의 사상을 벗어나지 않는 한 다른 실시예에서 동일하거나 유사하게 적용될 수 있다.
120: 제3 발광 다이오드 칩 130a: 제1 발광 다이오드 칩
130b: 제2 발광 다이오드 칩 230: 활성층
231a, 231b, 231c, 231d: 제1 내지 제4 장벽층
233a, 233b, 233c: 제1 내지 제3 우물층

Claims (13)

  1. 적색 파장을 갖는 제1 발광 다이오드 칩;
    상기 제1 발광 다이오드 칩과 상이한 적색 파장을 갖는 제2 발광 다이오드 칩; 및
    상기 제1 및 제2 발광 다이오드 칩 주변에 위치하는 복수의 제3 발광 다이오드 칩을 포함하고,
    태양광에 유사한 파장대를 가지는 것을 특징으로 하는 발광 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수의 제3 발광 다이오드 칩은 교대로 배열되는 복수의 우물층과 복수의 장벽층의 양자 우물 구조의 활성층을 가지며 상기 복수의 우물층은 적어도 2 이상의 상이한 두께를 갖는 발광 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제3 발광 다이오드 칩은,
    상기 활성층의 일면상에 위치한 n형 반도체층; 및
    상기 활성층의 타면상에 위치한 p형 반도체층을 포함하고,
    상기 복수의 우물층은 상기 n형 반도체층과 인접한 적어도 하나 이상의 제1 우물층과 상기 p형 반도체층과 인접한 적어도 하나 이상의 제2 우물층을 포함하고, 상기 제2 우물층의 두께는 상기 제1 우물층의 두께보다 두꺼운 발광 장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 복수의 제2 우물층은 서로 상이한 두께를 갖는 발광 장치.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 복수의 제1 우물층들은 균일한 두께를 갖는 발광 장치.
  6. 청구항 3에 있어서,
    상기 제1 우물층은 410㎚ 파장을 갖는 발광 장치.
  7. 청구항 3에 있어서,
    상기 제2 우물층은 450㎚의 파장을 갖는 발광 장치.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 우물층은 InxGa1 - xN(0≤x≤1)의 조성식을 가지며, 상기 장벽층은 InyGa1 -yN(0≤y≤1)의 조성식을 갖는 발광 장치.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 발광 다이오드 칩은 600 내지 630㎚의 파장을 갖는 발광 장치.
  10. 청구항 8에 있어서,
    상기 제2 발광 다이오드 칩은 630 내지 660㎚의 파장을 갖는 발광 장치.
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 내지 제3 발광 다이오드 칩이 실장되는 기판을 더 포함하고,
    상기 기판상에는 서로 대칭되는 제1 및 제2 도전성 패턴을 포함하는 발광 장치.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 제1 및 제2 발광 다이오드 칩은 상기 기판의 중심부를 기준으로 양측으로 이격되게 위치하고, 상기 제1 발광 다이오드 칩은 상기 제1 도전성 패턴과 접속되고, 상기 제2 발광 다이오드 칩은 상기 제2 도전성 패턴과 접속된 발광 장치.
  13. 청구항 11에 있어서,
    상기 복수의 제3 발광 다이오드 칩은 상기 기판의 모서리 영역과 인접하게 위치하고, 수직, 수평 및 대각선 방향으로 서로 대칭되게 상기 제1 및 제2 도전성 패턴에 분리되어 접속된 발광 장치.
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