KR20150031836A - 발광소자 및 조명시스템 - Google Patents

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KR20150031836A
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Abstract

실시예는 발광소자, 발광소자의 제조방법, 발광소자 패키지 및 조명시스템에 관한 것이다.
실시예에 따른 발광소자는 제1 도전형 반도체층(116); 상기 제1 도전형 반도체층(116) 상에 활성층(114); 상기 활성층(114) 상에 제1 농도의 제2 도전형 반도체층(112); 상기 제1 농도의 제2 도전형 반도체층 상에 상기 제1 농도보다 높은 제2 농도의 제2 도전형 반도체층; 및 상기 제2 농도의 제2 도전형 반도체층 상에 투명전극층(120);을 포함할 수 있다.

Description

발광소자 및 조명시스템{LIGHT EMITTING DEVICE, AND LIGHTING SYSTEM}
실시예는 발광소자, 발광소자의 제조방법, 발광소자 패키지 및 조명시스템에 관한 것이다.
발광소자(Light Emitting Device)는 전기에너지가 빛 에너지로 변환되는 특성의 p-n 접합 다이오드로서, 주기율표상에서 Ⅲ족과 Ⅴ족 등의 화합물 반도체로 생성될 수 있고 화합물 반도체의 조성비를 조절함으로써 다양한 색상구현이 가능하다.
발광소자는 순방향전압 인가 시 n층의 전자와 p층의 정공이 결합하여 전도대(Conduction band)와 가전대(Valance band)의 밴드갭 에너지에 해당하는 만큼의 에너지를 열이나 빛의 형태로 방출되며, 빛의 형태로 발산되면 발광소자가 되는 것이다.
예를 들어, 질화물 반도체는 높은 열적 안정성과 폭넓은 밴드갭 에너지에 의해 광소자 및 고출력 전자소자 개발 분야에서 큰 관심을 받고 있다. 특히, 질화물 반도체를 이용한 청색(Blue) 발광소자, 녹색(Green) 발광소자, 자외선(UV) 발광소자 등은 상용화되어 널리 사용되고 있다.
발광소자는 전극의 위치에 따라 n 전극과 p 전극이 같은 방향에 배치된 수평형 발광소자와 서로 반대 방향에 배치된 수직형 발광소자로 분류된다.
한편, 발광소자에서 내부 발광효율을 증대시키기 위해서는 전류주입효율이 중요하며, 외부 발광효율을 높이기 위해서는 광추출 효율이 중요하다.
그런데, 종래기술에 따른 수직형 발광소자의 경우, n형 반도체층 상에 ITO와 같은 투명전극을 형성하게 되면 쇼트키(Schottky) 접합이 형성되기 때문에, ITO를 n-GaN에서 전극으로 사용할 수 없으므로 전류주입효율이 저하되므로 광속이 저하되는 문제가 있다.
또한, 종래기술에 의하면 n형 반도체층 상에 형성되는 패드 전극에 의해 발광되는 빛이 흡수되어 광추출 효율이 저하되는 문제가 있다.
한편, 종래기술에서 전류주입효율을 높이고 전류확산을 위해 소위 가지 전극을 형성하는데, 이러한 가지 전극으로 전류주입효율을 극대화하는데 한계가 있으며, 가지 전극이 발광되는 빛을 흡수하는 면적을 증가시켜 광추출 효율을 저하시키는 문제가 있다.
실시예는 광추출 효율을 증대시킴과 함께 내부 발광효율을 증대시킬 수 있는 발광소자, 발광소자의 제조방법, 발광소자 패키지 및 조명시스템을 제공하고자 한다.
실시예에 따른 발광소자는 제1 도전형 반도체층(116); 상기 제1 도전형 반도체층(116) 상에 활성층(114); 상기 활성층(114) 상에 제1 농도의 제2 도전형 반도체층(112); 상기 제1 농도의 제2 도전형 반도체층 상에 상기 제1 농도보다 높은 제2 농도의 제2 도전형 반도체층; 및 상기 제2 농도의 제2 도전형 반도체층 상에 투명전극층(120);을 포함할 수 있다.
실시예에 따른 조명시스템은 상기 발광소자를 구비하는 발광 유닛을 포함할 수 있다.
실시예는 광추출 효율을 증대시킴과 함께 내부 발광효율을 증대시킬 수 있는 발광소자, 발광소자의 제조방법, 발광소자 패키지 및 조명시스템을 제공할 수 있다.
도 1은 제1 실시예에 따른 발광소자의 단면도.
도 2는 제1 실시예에 따른 발광소자의 평면도.
도 3 내지 도 8은 실시예에 따른 발광소자의 제조방법 공정 단면도.
도 9는 제2 실시예에 따른 발광소자의 단면도.
도 10은 실시예에 따른 발광소자 패키지의 단면도.
도 11은 실시예에 따른 조명장치의 분해 사시도.
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.
(실시예)
도 1은 제1 실시예에 따른 발광소자(100)의 단면도이며, 도 2는 그 평면도이다.
실시예는 광추출 효율을 증대시킴과 함께 내부 발광효율도 증대시킬 수 있는 발광소자, 발광소자의 제조방법, 발광소자 패키지 및 조명시스템을 제공하고자 한다.
이를 위해, 실시예에 따른 발광소자(100)는 제1 도전형 반도체층(116)과, 상기 제1 도전형 반도체층(116) 상에 활성층(114)과, 상기 활성층(114) 상에 제1 농도의 제2 도전형 반도체층(112)과, 상기 제1 농도의 제2 도전형 반도체층(112) 상에 상기 제1 농도보다 높은 제2 농도의 제2 도전형 반도체층(118) 및 상기 제2 농도의 제2 도전형 반도체층(118) 상에 투명전극층(120)을 포함할 수 있다.
실시예에서 제1 도전형은 p 도전형일 수 있고, 제2 도전형은 n 도전형일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예는 상기 투명전극층(120) 상에 패드 전극(160)을 구비할 수 있다. 실시예에 의하면, 상기 패드 전극(160)은 상기 투명전극층(120)의 모서리 영역에 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
종래기술에 따른 수직형 발광소자의 경우, n형 반도체층 상에 ITO와 같은 투명전극을 형성하게 되면 쇼트키(Schottky) 접합이 형성되기 때문에, ITO를 n-GaN에서 전극으로 사용할 수 없는 문제가 있었다.
이러한 문제를 해결하기 위해 실시예에 의하면, 제1 농도의 제2 도전형 반도체층(112) 표면에 상기 제1 농도보다 높은 제2 농도의 제2 도전형 반도체층(118)이 형성될 수 있다. 이를 통해, 제2 농도의 제2 도전형 반도체층과 그 위에 형성되는 투명전극과 전자 터널링(electron tunneling)을 유도하여 저항을 줄일 수 있다.
예를 들어 실시예에 의하면, 제1 농도의 제2 도전형 반도체층(112) 표면에 어닐링 또는 이온주입에 의해 제2 농도의 제2 도전형 반도체층(118)이 형성되고, 이후 투명전극층(120)을 형성됨으로써, 전자 터널링을 유도하여 저항을 줄임으로써 n형 GaN 상에도 투명전극을 전극으로 사용할 수 있다.
실시예에서 제2 농도의 제2 도전형 반도체층의 농도는 제1 농도의 제2 도전형 반도체층(112)의 농도보다 높게 설정되며, 상기 제2 농도는 상기 제1 농도에 비해 10 내지 100배 높은 농도일 수 있으며, 이러한 농도차에 의해 제2 농도의 제2 도전형 반도체층(118)과 그 위에 형성되는 투명전극층과 전자 터널링(electron tunneling)을 유도할 수 있다.
예를 들어, 제1 농도의 제2 도전형 반도체층(112)은 n 도전형 반도체층으로서, 농도는 약 1017 내지 1018(cm-3) 미만일 수 있으며, 제2 농도의 제2 도전형 반도체층(118)은 n 도전형 반도체층으로서 약 1018 내지 1020(cm-3) 이하일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 제2 농도의 제2 도전형 반도체층(118)의 농도는 약 1018(cm-3) 이상이어야 투명전극과 계면에서 터널링 효과가 발생할 수 있으며, 제2 농도가 약 1020(cm-3)을 초과하는 경우 결정성 유지가 어려울 수 있다.
상기 제2 농도의 제2 도전형 반도체층(118)은 약 1 nm 내지 10nm의 두께로 형성될 수 있다. 상기 제2 농도의 제2 도전형 반도체층이 10nm를 초과하는 경우 두께가 너무 두꺼워 터널링 효과가 발생하기 어려우며, 그 두께가 1nm 미만인 경우 터널링에 실질적으로 기여하기 어려울 수 있다.
실시예에 의하면, 고농도인 제2 농도의 제2 도전형 반도체층을 투명전극과 유기적으로 결합함으로써 투명전극을 수직형 발광소자에도 적용할 수 있으며, 칩의 상면의 전면에 형성할 수 있으므로 전류확산(current spreading)이 효율적으로 진행될 수 있다. 예를 들어, 상기 투명전극층(120)은 제2 농도의 제2 도전형 반도체층(118)의 상면 전면 상에 형성될 수 있다.
또한, 실시예에 의하면 투명전극과 고농도인 제2 농도의 제2 도전형 반도체층(118) 사이의 터널링 효과에 의해, 수직형 발광소자 상면에 투명전극을 형성함으로써 전류주입효율이 증대됨에 따라 동작전압을 낮출 수 있는 효과가 있다.
또한, 실시예에 의하면 고농도인 제2 농도의 제2 도전형 반도체층(118)의 도입에 따라 수직형 발광소자에서 투명전극을 채용할 수 있고, 이에 따라 전류주입 효율이 증대되어 광속이 증대될 수 있다.
또한, 실시예에 의하면 제2 농도의 제2 도전형 반도체층(118)과 터널링이 가능한 투명전극이 수직형 발광소자 상면의 전면에 도입됨으로써 패드 전극의 크기도 작게할 수 있고, 발광소자의 모서리로 배치함으로써 발광되는 빛의 흡수를 최소화 하여, 광추출 효율이 증대될 수 있다.
한편, 종래기술에서 전류주입효율을 높이고 전류확산을 위해 소위 가지 전극을 형성하는데, 이러한 가지 전극은 빛을 흡수하여 광추출 효율을 저하시키는 문제가 있다. 반면, 실시예에 의하면 제2 농도의 제2 도전형 반도체층(118)과 터널링이 가능한 투명전극이 수직형 발광소자 상면의 전면에 도입됨으로써 별도의 가지 전극의 불요하므로 공정비용, 시간의 절감뿐만 아니라 가지 전극에 의해 흡수되는 빛이 없으므로 광추출 효율을 증대시킬 수 있다.
또한, 종래기술에 의하면 수직형 발광소자에서 전류확산을 위해 패드 전극 하단에 절연물질 등으로 전류확산층을 형성하였으나, 실시예에 의하면 전류확산이 원활이 이루어지므로 전류확산층의 생략이 가능하여 공정시간, 공정비용을 절감할 수 있다.
실시예에 의하면 광추출 효율을 증대시킴과 함께 내부 발광효율도 증대시킬 수 있는 발광소자, 발광소자의 제조방법, 발광소자 패키지 및 조명시스템을 제공할 수 있다.
이하, 도 3 내지 도 8을 참조하여 실시예에 따른 발광소자의 제조방법을 설명한다.
도 3과 같이, 실시예에 따르면, 기판(105) 상에 제1 농도의 제2 도전형 반도체층(112), 활성층(114), 제1 도전형 반도체층(116)이 형성될 수 있다. 상기 제1 농도의 제2 도전형 반도체층(112), 상기 활성층(114), 상기 제1 도전형 반도체층(116)은 발광구조물(110)로 정의될 수 있다.
상기 기판(105)은 절연성 기판 또는 도전성 기판으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 기판(105)은 사파이어 기판(Al2O3), SiC, GaAs, GaN, ZnO, Si, GaP, InP, Ge 중 적어도 하나로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 기판(105) 상에 언도프트 반도체층 등으로 형성된 버퍼층(미도시)이 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 제1 농도의 제2 도전형 반도체층(112)이 제2 도전형 도펀트로서 n형 도펀트가 첨가된 n형 반도체층으로 형성되고, 상기 제1 도전형 반도체층(116)이 제1 도전형 도펀트로서 p형 도펀트가 첨가된 p형 반도체층으로 형성될 수 있다. 또한 상기 제1 농도의 제2 도전형 반도체층(112)이 p형 반도체층으로 형성되고, 상기 제1 도전형 반도체층(116)이 n형 반도체층으로 형성될 수도 있다.
예를 들어, 제1 농도의 제2 도전형 반도체층(112)은 n 도전형 반도체층으로서, 농도는 약 1017 내지 1018(cm-3) 미만일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 제1 농도의 제2 도전형 반도체층(112)은 예를 들어, n형 반도체층을 포함할 수 있다. 상기 제1 농도의 제2 도전형 반도체층(112)은 InxAlyGa1 -x- yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 재료로 형성될 수 있다. 상기 제1 농도의 제2 도전형 반도체층(112)은, 예를 들어 InAlGaN, GaN, AlGaN, AlInN, InGaN, AlN, InN 등에서 선택될 수 있으며, Si, Ge, Sn, Se, Te 등의 n형 도펀트가 도핑될 수 있다.
상기 활성층(114)은 상기 제1 농도의 제2 도전형 반도체층(112)을 통해서 주입되는 전자(또는 정공)와 상기 제1 도전형 반도체층(116)을 통해서 주입되는 정공(또는 전자)이 서로 만나서, 상기 활성층(12a)의 형성 물질에 따른 에너지 밴드(Energy Band)의 밴드갭(Band Gap) 차이에 의해서 빛을 방출하는 층이다.
상기 활성층(114)은 단일 우물 구조, 다중 우물 구조, 양자점 구조 또는 양자선 구조 중 어느 하나로 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 활성층(114)은 InxAlyGa1 -x- yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 재료로 형성될 수 있다.
상기 활성층(114)이 상기 다중 우물구조로 형성된 경우, 상기 활성층(114)은 복수의 우물층과 복수의 장벽층이 적층되어 형성될 수 있으며, 예를 들어, InGaN 우물층/GaN 장벽층의 주기로 형성될 수 있다.
상기 제1 도전형 반도체층(116)은 예를 들어, p형 반도체층으로 구현될 수 있다. 상기 제1 도전형 반도체층(116)은 InxAlyGa1 -x- yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 재료로 형성될 수 있다.
상기 제1 도전형 반도체층(116)은, 예를 들어 InAlGaN, GaN, AlGaN, InGaN, AlInN, AlN, InN 등에서 선택될 수 있으며, Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등의 p형 도펀트가 도핑될 수 있다.
한편, 상기 제1 농도의 제2 도전형 반도체층(112)이 p형 반도체층을 포함하고 상기 제1 도전형 반도체층(116)이 n형 반도체층을 포함할 수도 있다.
또한, 상기 제1 도전형 반도체층(116) 위에는 n형 또는 p형 도전형의 반도체층(미도시)이 더 형성될 수도 있으며, 이에 따라, 상기 발광구조물(110)은 np, pn, npn, pnp 접합 구조 중 적어도 어느 하나를 가질 수 있다.
다음으로, 도 4와 같이, 상기 발광구조물(110) 상에 채널층(140), 오믹접촉패턴(152), 반사층(154)이 형성될 수 있다.
예를 들어, 상기 채널층(140)은 Si02, SixOy, Si3N4, SixNy, SiOxNy, Al2O3, TiO2, AlN 등으로 이루어진 군에서 적어도 하나가 선택되어 형성될 수 있다.
실시예에 의하면, 상기 반사층(154)과 상기 제1 도전형 반도체층(116) 사이에 상기 오믹접촉패턴(152)이 배치될 수 있다.
상기 오믹접촉패턴(152)은 상기 발광구조물(110)과 오믹 접촉이 되도록 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 오믹접촉패턴(152)은 상기 제1 도전형 반도체층(116)에 접촉되어 배치될 수 있다.
상기 반사층(154)은 상기 제1 도전형 반도체층(116)에 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 오믹접촉패턴(152)은 예컨대 투명 전도성 산화막으로 형성될 수 있다. 상기 오믹접촉패턴(152)은 예로서 ITO(Indium Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide), AZO(Aluminum Zinc Oxide), AGZO(Aluminum Gallium Zinc Oxide), IZTO(Indium Zinc Tin Oxide), IAZO(Indium Aluminum Zinc Oxide), IGZO(Indium Gallium Zinc Oxide), IGTO(Indium Gallium Tin Oxide), ATO(Antimony Tin Oxide), GZO(Gallium Zinc Oxide), IZON(IZO Nitride), ZnO, IrOx, RuOx, NiO, Pt, Ag, Ti 중에서 선택된 적어도 하나의 물질로 형성될 수 있다.
상기 반사층(154)은 고 반사율을 갖는 물질로 형성될 수 있다. 예컨대 상기 반사층(154)은 Ag, Ni, Al, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Cu, Au, Hf 중 적어도 하나를 포함하는 금속 또는 합금으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 반사층(154)은 상기 금속 또는 합금과 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) 등의 투광성 전도성 물질을 이용하여 다층으로 형성될 수 있다.
예를 들어, 실시 예에서 상기 반사층(154)은 Ag, Al, Ag-Pd-Cu 합금, 또는 Ag-Cu 합금 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 반사층(154)은 Ag 층과 Ni 층이 교대로 형성될 수도 있고, Ni/Ag/Ni, 혹은 Ti 층, Pt 층을 포함할 수 있다.
이어서, 상기 반사층(154) 위에 금속층(미도시), 본딩층(156), 지지부재(158), 임시기판(159)이 형성될 수 있다.
실시예에 의하면, 상기 오믹접촉패턴(152), 반사층(154), 본딩층(156), 지지부재(158)를 포함하여 제1 전극층(150)으로 칭할 수 있다.
상기 금속층은 Au, Cu, Ni, Ti, Ti-W, Cr, W, Pt, V, Fe, Mo 물질 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 금속층은 확산장벽층의 기능을 수행할 수도 있다.
상기 금속층은 상기 본딩층(156)이 제공되는 공정에서 상기 본딩층(156)에 포함된 물질이 상기 반사층(154) 방향으로 확산되는 것을 방지하는 기능을 수행할 수 있다.
상기 본딩층(156)은 베리어 금속 또는 본딩 금속 등을 포함하며, 예를 들어, Ti, Au, Sn, Ni, Cr, Ga, In, Bi, Cu, Ag, Nb, Pd 또는 Ta 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 지지부재(158)는 실시 예에 따른 발광구조물(110)을 지지하며 방열 기능을 수행할 수 있다. 상기 본딩층(156)은 시드층으로 구현될 수도 있다.
상기 지지부재(158)는 예를 들어, Ti, Cr, Ni, Al, Pt, Au, W, Cu, Mo, Cu-W 또는 불순물이 주입된 반도체 기판(예: Si, Ge, GaN, GaAs, ZnO, SiC, SiGe 등) 중에서 적어도 어느 하나로 형성될 수 있다. 또한 상기 지지부재(158)는 절연물질로 형성될 수도 있다.
상기 임시기판(159)은 상기 지지부재(158) 위에 형성될 수 있다. 상기 임시기판(159)은 금속물질, 반도체 물질, 또는 절연물질 중에서 적어도 하나로 형성될 수 있다.
다음으로, 도 5와 같이 상기 발광구조물(110)로부터 상기 기판(105)이 제거될 수 있다. 예를 들어, 상기 기판(105)은 레이저 리프트 오프(LLO: Laser Lift Off) 공정에 의해 제거될 수 있다. 레이저 리프트 오프 공정(LLO)은 상기 기판(105)의 하면에 레이저를 조사하여, 기판(105)을 박리시키는 공정이다.
다음으로, 도 6과 같이, 임시기판(159)은 식각 등에 의해 제거되고, 아이솔레이션 에칭이 수행되어 상기 발광구조물(110)의 측면이 식각되고, 상기 채널층(140)의 일부 영역이 노출될 수 있게 된다.
상기 아이솔레이션 에칭은 예를 들어, ICP(Inductively Coupled Plasma)와 같은 건식 식각에 의해 실시될 수 있으나, 이에 대해 한정하지는 않는다.
다음으로, 도 7과 같이 상기 제1 농도의 제2 도전형 반도체층(112) 상에 상기 제1 농도보다 높은 제2 농도의 제2 도전형 반도체층(118)이 형성되고, 상기 제2 농도의 제2 도전형 반도체층(118) 상에 투명전극층(120)이 형성될 수 있다.
상기 투명전극층(120)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.
상기 투명전극층(120)은 1nm 내지 20nm로 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예에 의하면 제1 농도의 제2 도전형 반도체층(112) 표면에 상기 제1 농도보다 높은 제2 농도의 제2 도전형 반도체층(118)이 형성됨으로써 제2 농도의 제2 도전형 반도체층(118)과 그 위에 형성되는 투명전극층(120)과 전자 터널링(electron tunneling)을 유도하여 저항을 줄일 수 있다.
예를 들어, 실시예에 의하면 제1 농도의 제2 도전형 반도체층(112) 표면에 어닐링 또는 이온주입에 의해 제2 농도의 제2 도전형 반도체층(118)이 형성되고, 이후 투명전극층(120)이 형성됨으로써, 전자 터널링을 효과에 따라 저항이 감소하여 n형 GaN 상에도 투명전극을 전극으로 사용할 수 있다.
실시예에서 제2 농도의 제2 도전형 반도체층(118)의 농도는 제1 농도의 제2 도전형 반도체층(112)의 농도보다 높게 설정되며, 상기 제2 농도는 상기 제1 농도에 비해 10 내지 100배 높은 농도일 수 있으며, 이러한 농도차에 의해 제2 농도의 제2 도전형 반도체층(118)과 그 위에 형성되는 투명전극층과 전자 터널링(electron tunneling)을 유도할 수 있다.
예를 들어, 제1 농도의 제2 도전형 반도체층(112)은 n 도전형 반도체층으로서, 농도는 약 1017 내지 1018(cm-3) 미만일 수 있으며, 제2 농도의 제2 도전형 반도체층(118)은 n 도전형 반도체층으로서 약 1018 내지 1020(cm-3) 이하일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 제2 농도의 제2 도전형 반도체층(118)은 약 1 nm 내지 10nm의 두께로 형성될 수 있다. 상기 제2 농도의 제2 도전형 반도체층(118)이 10nm를 초과하는 경우 두께가 너무 두꺼워 터널링 효과가 발생하기 어려우며, 그 두께가 1nm 미만인 경우 터널링에 실질적으로 기여하기 어려울 수 있다.
실시예에 의하면, 고농도인 제2 농도의 제2 도전형 반도체층(118)을 투명전극과 유기적으로 결합함으로써 투명전극을 수직형 발광소자에도 적용할 수 있으며, 칩의 상면의 전면에 형성할 수 있으므로 전류확산(current spreading)이 효율적으로 진행될 수 있다.
또한, 실시예에 의하면 투명전극과 고농도인 제2 농도의 제2 도전형 반도체층(118) 사이의 터널링 효과에 의해, 수직형 발광소자 상면에 투명전극을 형성함으로써 전류주입효율이 증대됨에 따라 동작전압을 낮출 수 있는 효과가 있다.
또한, 실시예에 의하면 제2 농도의 제2 도전형 반도체층과 터널링이 가능한 투명전극이 수직형 발광소자 상면의 전면에 도입됨으로써 패드 전극의 크기도 작게할 수 있고, 발광소자의 모서리로 배치함으로써 발광되는 빛의 흡수를 최소화 하여, 광추출 효율이 증대될 수 있다.
한편, 종래기술에서 전류주입효율을 높이고 전류확산을 위해 소위 가지 전극을 형성하는데, 이러한 가지 전극은 빛을 흡수하여 광추출 효율을 저하시키는 문제가 있는데, 실시예에 의하면 제2 농도의 제2 도전형 반도체층과 터널링이 가능한 투명전극이 수평형 발광소자 상면의 전면에 도입됨으로써 별도의 가지 전극의 불요하므로 공정비용, 시간의 절감뿐만 아니라 가지 전극에 의해 흡수되는 빛이 없으므로 광추출 효율을 증대시킬 수 있다.
또한, 종래기술에 의하면 수직형 발광소자에서 전류확산을 위해 패드 전극 하단에 절연물질 등으로 전류확산층을 형성하였으나, 실시예에 의하면 전류확산이 원활이 이루어지므로 전류확산층의 생략이 가능하여 공정시간, 공정비용을 절감할 수 있다.
다음으로, 도 8과 같이, 상기 투명전극층(120) 상에 패드 전극(160)이 형성될 수 있다.
상기 패드 전극(160)은 전도성 물질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 패드 전극(160)은 Cr, V, W, Ti, Zn,Ni, Cu, Al, Au 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.
도 9는 제2 실시예에 따른 발광소자(102)의 단면도이다.
제2 실시예는 제1 실시예의 기술적인 특징을 채용할 수 있다.
제2 실시예에 의하면, 상기 제1 농도의 제2 도전형 반도체층(112)은 그 상부 표면에 제1 요철 패턴(P1)을 포함하며, 상기 제2 농도의 제2 도전형 반도체층(118b)과 상기 투명전극층(120b)은 상기 제1 요철패턴(P1)에 대응되는 제2 요철 패턴(P2)을 포함할 수 있다.
이를 통해, 제2 실시예에 의하면 패드 전극(160)을 통한 빛의 흡수를 최소할 뿐만 아니라, 발광소자 상면에 전체적으로 광추출 요철 패턴을 도입하여 광추출 효율을 극대화할 수 있다.
나아가, 제2 실시예에 의하면 요철 패턴에 의해 투명전극층(120b)과 제2 농도의 제2 도전형 반도체층(118b)이 접하는 면적이 현저히 증대됨으로써 전류 주입효율 또한 현저히 증대되어 광속이 극대화될 수 있다.
실시예는 광추출 효율을 증대시킴과 함께 내부 발광효율도 증대시킬 수 있는 발광소자, 발광소자의 제조방법, 발광소자 패키지 및 조명시스템을 제공할 수 있다.
도 10은 실시예에 따른 발광소자가 적용된 발광소자 패키지(200)를 나타낸 도면이다.
도 10을 참조하면, 실시 예에 따른 발광소자 패키지는 몸체(205)와, 상기 몸체(205)에 배치된 제1 리드전극(213) 및 제2 리드전극(214)과, 상기 몸체(205)에 제공되어 상기 제1 리드전극(213) 및 제2 리드전극(214)과 전기적으로 연결되는 발광소자(100)와, 상기 발광소자(100)를 포위하는 몰딩부재(240)를 포함할 수 있다.
상기 몸체(205)는 실리콘 재질, 합성수지 재질, 또는 금속 재질을 포함하여 형성될 수 있으며, 상기 발광소자(100)의 주위에 경사면이 형성될 수 있다.
상기 제1 리드전극(213) 및 제2 리드전극(214)은 서로 전기적으로 분리되며, 상기 발광소자(100)에 전원을 제공한다. 또한, 상기 제1 리드전극(213) 및 제2 리드전극(214)은 상기 발광소자(100)에서 발생된 빛을 반사시켜 광 효율을 증가시킬 수 있으며, 상기 발광소자(100)에서 발생된 열을 외부로 배출시키는 역할을 할 수도 있다.
상기 발광소자(100)는 상기 몸체(205) 위에 배치되거나 상기 제1 리드전극(213) 또는 제2 리드전극(214) 위에 배치될 수 있다.
상기 발광소자(100)는 상기 제1 리드전극(213) 및 제2 리드전극(214)과 와이어 방식, 플립칩 방식 또는 다이 본딩 방식 중 어느 하나에 의해 전기적으로 연결될 수도 있다.
실시예에서 발광소자(100)는 제2 리드전극(214)에 실장되고, 제1 리드전극(213)과 와이어(250)에 의해 연결될 수 있으나, 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 몰딩부재(240)는 상기 발광소자(100)를 포위하여 상기 발광소자(100)를 보호할 수 있다. 또한, 상기 몰딩부재(240)에는 형광체(232)가 포함되어 상기 발광소자(100)에서 방출된 광의 파장을 변화시킬 수 있다.
실시 예에 따른 발광소자 또는 발광소자 패키지는 복수 개가 기판 위에 어레이될 수 있으며, 상기 발광소자 패키지의 광 경로 상에 광학 부재인 렌즈, 도광판, 프리즘 시트, 확산 시트 등이 배치될 수 있다. 이러한 발광소자 패키지, 기판, 광학 부재는 라이트 유닛으로 기능할 수 있다. 상기 라이트 유닛은 탑뷰 또는 사이드 뷰 타입으로 구현되어, 휴대 단말기 및 노트북 컴퓨터 등의 표시 장치에 제공되거나, 조명장치 및 지시 장치 등에 다양하게 적용될 수 있다. 또 다른 실시 예는 상술한 실시 예들에 기재된 발광소자 또는 발광소자 패키지를 포함하는 조명 장치로 구현될 수 있다. 예를 들어, 조명 장치는 램프, 가로등, 전광판, 전조등을 포함할 수 있다.
도 11은 실시예에 따른 조명장치의 분해 사시도이다.
도 11을 참조하면, 실시 예에 따른 조명 장치는 커버(2100), 광원 모듈(2200), 방열체(2400), 전원 제공부(2600), 내부 케이스(2700), 소켓(2800)을 포함할 수 있다. 또한, 실시 예에 따른 조명 장치는 부재(2300)와 홀더(2500) 중 어느 하나 이상을 더 포함할 수 있다. 상기 광원 모듈(2200)은 실시 예에 따른 발광소자 패키지를 포함할 수 있다.
예컨대, 상기 커버(2100)는 벌브(bulb) 또는 반구의 형상을 가지며, 속이 비어 있고, 일 부분이 개구된 형상으로 제공될 수 있다. 상기 커버(2100)는 상기 광원 모듈(2200)과 광학적으로 결합될 수 있다. 예를 들어, 상기 커버(2100)는 상기 광원 모듈(2200)로부터 제공되는 빛을 확산, 산란 또는 여기 시킬 수 있다. 상기 커버(2100)는 일종의 광학 부재일 수 있다. 상기 커버(2100)는 상기 방열체(2400)와 결합될 수 있다. 상기 커버(2100)는 상기 방열체(2400)와 결합하는 결합부를 가질 수 있다.
상기 커버(2100)의 내면에는 유백색 도료가 코팅될 수 있다. 유백색의 도료는 빛을 확산시키는 확산재를 포함할 수 있다. 상기 커버(2100)의 내면의 표면 거칠기는 상기 커버(2100)의 외면의 표면 거칠기보다 크게 형성될 수 있다. 이는 상기 광원 모듈(2200)로부터의 빛이 충분히 산란 및 확산되어 외부로 방출시키기 위함이다.
상기 커버(2100)의 재질은 유리(glass), 플라스틱, 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 폴리카보네이트(PC) 등일 수 있다. 여기서, 폴리카보네이트는 내광성, 내열성, 강도가 뛰어나다. 상기 커버(2100)는 외부에서 상기 광원 모듈(2200)이 보이도록 투명할 수 있고, 불투명할 수 있다. 상기 커버(2100)는 블로우(blow) 성형을 통해 형성될 수 있다.
상기 광원 모듈(2200)은 상기 방열체(2400)의 일 면에 배치될 수 있다. 따라서, 상기 광원 모듈(2200)로부터의 열은 상기 방열체(2400)로 전도된다. 상기 광원 모듈(2200)은 광원부(2210), 연결 플레이트(2230), 커넥터(2250)를 포함할 수 있다.
상기 부재(2300)는 상기 방열체(2400)의 상면 위에 배치되고, 복수의 광원부(2210)들과 커넥터(2250)이 삽입되는 가이드홈(2310)들을 갖는다. 상기 가이드홈(2310)은 상기 광원부(2210)의 기판 및 커넥터(2250)와 대응된다.
상기 부재(2300)의 표면은 빛 반사 물질로 도포 또는 코팅된 것일 수 있다. 예를 들면, 상기 부재(2300)의 표면은 백색의 도료로 도포 또는 코팅된 것일 수 있다. 이러한 상기 부재(2300)는 상기 커버(2100)의 내면에 반사되어 상기 광원 모듈(2200)측 방향으로 되돌아오는 빛을 다시 상기 커버(2100) 방향으로 반사한다. 따라서, 실시 예에 따른 조명 장치의 광 효율을 향상시킬 수 있다.
상기 부재(2300)는 예로서 절연 물질로 이루어질 수 있다. 상기 광원 모듈(2200)의 연결 플레이트(2230)는 전기 전도성의 물질을 포함할 수 있다. 따라서, 상기 방열체(2400)와 상기 연결 플레이트(2230) 사이에 전기적인 접촉이 이루어질 수 있다. 상기 부재(2300)는 절연 물질로 구성되어 상기 연결 플레이트(2230)와 상기 방열체(2400)의 전기적 단락을 차단할 수 있다. 상기 방열체(2400)는 상기 광원 모듈(2200)로부터의 열과 상기 전원 제공부(2600)로부터의 열을 전달받아 방열한다.
상기 홀더(2500)는 내부 케이스(2700)의 절연부(2710)의 수납홈(2719)을 막는다. 따라서, 상기 내부 케이스(2700)의 상기 절연부(2710)에 수납되는 상기 전원 제공부(2600)는 밀폐된다. 상기 홀더(2500)는 가이드 돌출부(2510)를 갖는다. 상기 가이드 돌출부(2510)는 상기 전원 제공부(2600)의 돌출부(2610)가 관통하는 홀을 갖는다.
상기 전원 제공부(2600)는 외부로부터 제공받은 전기적 신호를 처리 또는 변환하여 상기 광원 모듈(2200)로 제공한다. 상기 전원 제공부(2600)는 상기 내부 케이스(2700)의 수납홈(2719)에 수납되고, 상기 홀더(2500)에 의해 상기 내부 케이스(2700)의 내부에 밀폐된다.
상기 전원 제공부(2600)는 돌출부(2610), 가이드부(2630), 베이스(2650), 연장부(2670)를 포함할 수 있다.
상기 가이드부(2630)는 상기 베이스(2650)의 일 측에서 외부로 돌출된 형상을 갖는다. 상기 가이드부(2630)는 상기 홀더(2500)에 삽입될 수 있다. 상기 베이스(2650)의 일 면 위에 다수의 부품이 배치될 수 있다. 다수의 부품은 예를 들어, 외부 전원으로부터 제공되는 교류 전원을 직류 전원으로 변환하는 직류변환장치, 상기 광원 모듈(2200)의 구동을 제어하는 구동칩, 상기 광원 모듈(2200)을 보호하기 위한 ESD(ElectroStatic discharge) 보호 소자 등을 포함할 수 있으나 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 연장부(2670)는 상기 베이스(2650)의 다른 일 측에서 외부로 돌출된 형상을 갖는다. 상기 연장부(2670)는 상기 내부 케이스(2700)의 연결부(2750) 내부에 삽입되고, 외부로부터의 전기적 신호를 제공받는다. 예컨대, 상기 연장부(2670)는 상기 내부 케이스(2700)의 연결부(2750)의 폭과 같거나 작게 제공될 수 있다. 상기 연장부(2670)에는 "+ 전선"과 "- 전선"의 각 일 단이 전기적으로 연결되고, "+ 전선"과 "- 전선"의 다른 일 단은 소켓(2800)에 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 내부 케이스(2700)는 내부에 상기 전원 제공부(2600)와 함께 몰딩부를 포함할 수 있다. 몰딩부는 몰딩 액체가 굳어진 부분으로서, 상기 전원 제공부(2600)가 상기 내부 케이스(2700) 내부에 고정될 수 있도록 한다.
실시예는 광추출 효율을 증대시킴과 함께 내부 발광효율을 증대시킬 수 있는 발광소자, 발광소자의 제조방법, 발광소자 패키지 및 조명시스템을 제공할 수 있다.
이상에서 실시예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 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 의해 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 실시예의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 실시예를 한정하는 것이 아니며, 실시예가 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 설정하는 실시예의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
제1 도전형 반도체층(116), 활성층(114),
제1 농도의 제2 도전형 반도체층(112),
제2 농도의 제2 도전형 반도체층(118), 투명전극층(120);
제1 요철 패턴(P1), 제2 요철 패턴(P2)

Claims (8)

  1. 제1 도전형 반도체층;
    상기 제1 도전형 반도체층 상에 활성층;
    상기 활성층 상에 제1 농도의 제2 도전형 반도체층;
    상기 제1 농도의 제2 도전형 반도체층 상에 상기 제1 농도보다 높은 제2 농도의 제2 도전형 반도체층; 및
    상기 제2 농도의 제2 도전형 반도체층 상에 투명전극층;을 포함하는 발광소자.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 농도는
    상기 제1 농도에 비해 10 내지 100배 높은 농도인 발광소자.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 제1 농도는 1017 내지 1018(cm-3) 미만이며,
    상기 제2 농도는 1018 내지 1020(cm-3) 이하인 발광소자.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 농도의 제2 도전형 반도체층은
    1 nm 내지 10nm의 두께를 구비한 발광소자.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 투명전극층은
    상기 제2 농도의 제2 도전형 반도체층의 상면 전면에 형성된 발광소자.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 투명전극층의 모서리 영역 상에 배치된 패드 전극을 더 포함하는 발광소자.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 농도의 제2 도전형 반도체층은 그 상부 표면에 제1 요철 패턴을 포함하며,
    상기 제2 농도의 제2 도전형 반도체층과 상기 투명전극층은 상기 제1 요철패턴에 대응되는 제2 요철 패턴을 포함하는 발광소자.
  8. 제1 항 내지 제7 항 중 어느 하나의 항에 기재된 발광소자를 구비하는 발광유닛을 포함하는 조명시스템.
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