KR20150040630A - 발광 소자 - Google Patents

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Abstract

실시 예의 발광 소자는 반사부와, 반사부 위에 배치되며 반사부와 대향하는 하부면에 러프니스를 갖는 기판과, 반사부와 기판 사이에 배치되어 러프니스를 평탄화시키는 평탄화층 및 기판의 상부면 위에 배치된 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하는 발광 구조물을 포함한다.

Description

발광 소자{Light Emitting Device}
실시 예는 발광 소자에 관한 것이다.
반도체의 Ⅲ-Ⅴ족 또는 Ⅱ-Ⅵ 족 화합물 반도체 물질을 이용한 발광 다이오드(Ligit Emitting Diode)나 레이저 다이오드와 같은 발광 소자는 박막 성장 기술 및 소자 재료의 개발로 적색, 녹색, 청색 및 자외선 등 다양한 색을 구현할 수 있다. 또한, 발광 소자는 형광 물질을 이용하여 색을 조합함으로써 효율이 좋은 백색 광선도 구현할 수 있으며, 형광등, 백열등 등 기존의 광원에 비해 저소비전력, 반영구적인 수명, 빠른 응답속도, 안전성, 환경친화성의 장점을 가진다.
따라서, 광 통신 수단의 송신 모듈, 액정 표시 장치(LCD:Liquid Crystal Display)의 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 신호 등에까지 발광 소자의 응용이 확대되고 있다.
도 1은 기존의 발광 소자의 단면도를 나타낸다.
도 1의 발광 소자는 금속 반사층(10), 사파이어 기판(20), 발광 구조물(30), 제1 전극(42) 및 제2 전극(44)으로 구성된다. 여기서, 발광 구조물(30)은 제1 도전형 반도체층(32), 활성층(34) 및 제2 도전형 반도체층(36)으로 구성된다.
일반적으로, 사파이어 기판(20) 상에 발광 구조물(30), 제1 전극(42) 및 제2 전극(44)을 모두 형성한 이후, 칩 단위로 사파이어 기판(20)을 스크라이빙하기 이전에 그라인더(grinder)를 이용하여 사파이어 기판(20)의 두께를 얇게 연마한다. 이러한 연마 과정에서 사파이어 기판(20)의 하부면에 러프니스(roughness)(22)가 형성될 수 있다.
도 2a 내지 도 2c는 그라인더의 입자(grain)의 크기별 러프니스(22)의 거친 정도(RMS:Root Mean Square)를 나타내는 도면이다.
사파이어 기판(20)을 연마하기 위해 사용되는 입자의 크기가 6 ㎛일 경우, 도 2a에 예시된 바와 같이 사파이어 기판(20)의 러프니스(22)의 RMS는 13.6 ㎚이다. 또한, 입자의 크기가 3 ㎛일 경우, 도 2b에 예시된 바와 같이 사파이어 기판(20)의 러프니스(22)의 RMS는 7 ㎚이다. 또한, 입자의 크기가 0.5 ㎛일 경우, 도 2c에 예시된 바와 같이 사파이어 기판(20)의 러프니스(22)의 RMS는 1.0 ㎚이다. 이와 같이 입자의 크기가 작을수록 RMS는 감소된다.
한편, 활성층(34)으로부터 방출된 광이 출사되지 않고 사파이어 기판(20)으로 흡수될 경우, 흡수된 광을 반사시키기 위해 금속 반사층(10)이 사파이어 기판(20) 아래에 배치된다.
도 3은 파장에 따른 반사율을 나타내는 그래프로서, 횡축은 파장을 나타내고 종축은 반사율을 나타낸다.
도 3을 참조하면, 반사층(10)의 반사율(50)은 러프니스(22)가 존재하지 않을 때보다 러프니스(22)가 존재할 때 표면 플라즈몬(surface plasmon)에 의해 감소함을 알 수 있다.
전술한 바와 같이, 기존의 발광 소자는 사파이어 기판(20)에 러프니스(22)가 존재함으로 인해, 광 추출 효율이 저하될 수 있는 문제점을 갖는다.
실시 예는 기판에 러프니스가 존재한다고 하더라도 광 추출 효율을 개선시킬 수 있는 발광 소자를 제공한다.
실시 예에 의한 발광 소자는, 반사부; 상기 반사부 위에 배치되며, 상기 반사부와 대향하는 하부면에 러프니스를 갖는 기판; 상기 반사부와 상기 기판 사이에 배치되어, 상기 러프니스를 평탄화시키는 평탄화층; 및 상기 기판의 상부면 위에 배치된 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하는 발광 구조물을 포함한다.
상기 반사부는 분산 브래그 반사층을 포함하거나, 무지향성 반사층을 포함하거나, 금속 물질을 포함할 수 있다.
상기 평탄화층의 굴절률은 상기 기판의 굴절률과 동일할 수 있다. 상기 평탄화층의 굴절률은 1.2 내지 2.2일 수 있다.
상기 기판과 상기 평탄화층은 투광성을 갖는 물질을 포함할 수 있다.
상기 평탄화층은 유기물, 질소, 산소, 실리콘, 알루미늄 또는 티타늄 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 평탄화층의 두께는 상기 러프니스의 두께 이상일 수 있다. 상기 평탄화층의 두께의 최소값은 0.1 ㎚ 내지 20 ㎚보다 크고, 상기 평탄화층의 두께의 최대값은 1 ㎛ 일 수 있다.
또한, 상기 평탄화층의 두께는 아래와 같을 수 있다.
Figure pat00001
여기서, t는 상기 평탄화층의 두께를 나타내고, λ는 상기 활성층으로부터 방출되는 광의 파장을 나타내고, n은 상기 평탄화층의 굴절률을 나타낸다.
상기 평탄화층은 상기 기판의 러프니스를 갖는 상기 하부면과 대향하는 상부면; 및 상기 반사부와 대향하는 하부면을 포함하고, 상기 하부면의 거친 정도는 상기 상부면의 거친 정도보다 적어도 1 ㎚ 이상 작을 수 있다.
상기 발광 소자는 메사 식각에 의해 노출된 상기 제1 도전형 반도체층 위에 배치된 제1 전극; 및 상기 제2 도전형 반도체층 위에 배치된 제2 전극을 더 포함할 수 있다.
실시 예에 따른 발광 소자는 사파이어 기판의 하부면에 러프니스로 인해 반사층의 반사율이 저하되어 악화된 광 추출 효율을 갖는 기존 발광 소자와 달리, 러프니스를 평탄화층에 의해 평탄화시켜 러프니스의 거친 정도를 완화시킴으로써 반사부의 반사율이 개선되어 우수한 광 추출 효율을 가질 수 있다.
도 1은 기존의 발광 소자의 단면도를 나타낸다.
도 2a 내지 도 2c는 그라인더의 입자의 크기별 러프니스의 거친 정도를 나타내는 도면이다.
도 3은 파장에 따른 반사율을 나타내는 그래프이다.
도 4는 실시 예에 의한 발광 소자의 단면도를 나타낸다.
도 5는 다른 실시 예에 의한 발광 소자의 블럭도를 나타낸다.
도 6은 또 다른 실시 예에 의한 발광 소자의 블럭도를 나타낸다.
도 7은 제1 거친 정도별 반사부의 반사도를 나타내는 그래프이다.
도 8은 평탄화층의 제1 두께에 따른 제1 RMS의 변화량을 나타내는 그래프이다.
도 9a 내지 도 9f는 실시 예에 의한 발광 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 공정 단면도이다.
도 10은 실시 예에 따른 발광소자 패키지의 단면도이다.
도 11은 실시 예에 따른 발광 소자 패키지를 포함하는 표시 장치를 나타낸다.
도 12는 실시 예에 따른 발광 소자 패키지를 포함하는 헤드 램프를 나타낸다.
도 13은 실시 예에 따른 발광 소자 또는 발광 소자 패키지를 포함하는 조명 장치를 나타낸다.
이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시 예를 들어 설명하고, 발명에 대한 이해를 돕기 위해 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시 예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시 예들에 한정되는 것으로 해석되지 않아야 한다. 본 발명의 실시 예들은 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.
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)”로 표현되는 경우 하나의 element를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.
또한, 이하에서 이용되는 "제1" 및 "제2," "상부" 및 "하부" 등과 같은 관계적 용어들은, 그런 실체 또는 요소들 간의 어떠한 물리적 또는 논리적 관계 또는 순서를 반드시 요구하거나 내포하지는 않으면서, 어느 한 실체 또는 요소를 다른 실체 또는 요소와 구별하기 위해서만 이용될 수도 있다.
도면에서 각층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다.
도 4는 실시 예에 의한 발광 소자(100A)의 단면도를 나타낸다.
도 4에 예시된 발광 소자(100A)는 반사부(110A), 평탄화층(120), 기판(130), 버퍼층(140), 발광 구조물(150), 제1 전극(162) 및 제2 전극(164)을 포함한다.
기판(130)은 반사부(110A) 위에 배치된다. 기판(130)을 개별 칩으로 스크라빙(scribing)하기 이전에 그라인더(grinder)를 이용하여 기판(130)의 두께를 얇게 연마(lapping 및/또는 polishing)한다. 이러한 연마 과정에서 반사부(110A)와 대향하는 기판(130)의 하부면에 러프니스(roughness)(132)가 형성될 수 있다.
기판(130)은 투광성을 갖는 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 기판(130)은 사파이어(Al2O3), SiC, GaAs, GaN, ZnO, Si, GaP, InP, Ge 중 적어도 하나로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
또한, 기판(130)은 전체 질화물 반도체에 휨을 가져오지 않으면서, 스크라이빙 공정 및 브레이킹(breaking) 공정을 통하여 별개의 칩으로 잘 분리될 정도의 기계적 강도를 가질 수 있다.
실시 예는 전술한 기판(130)의 종류에 국한되지 않는다.
기판(130)의 상부면(134) 위에 버퍼층(140)(또는, 전이층)이 배치된다. 예를 들어, 기판(130)이 실리콘 기판일 경우, (111) 결정면을 주면으로서 가질 수 있다. 실리콘 기판일 경우, 대구경이 용이하며 열전도도가 우수하지만, 실리콘과 질화물계 발광 구조물(150) 간의 열 팽창 계수의 차이 및 격자 부정합에 의해 발광 구조물(150)에 크랙(crack)이 발생하는 등의 문제점이 발생할 수도 있다. 이를 방지하기 위해, 기판(130)과 발광 구조물(150)의 사이에 버퍼층(140)이 배치될 수 있다. 버퍼층(140)은 예를 들어 Al, In, N, 또는 Ga 중 적어도 하나의 물질을 포함할 수 있으나, 이에 국한되지 않는다. 또한, 버퍼층(140)은 단층 또는 다층 구조를 가질 수도 있다. 기판(130)과 발광 구조물(150)의 종류에 따라 버퍼층(140)은 생략될 수도 있다.
버퍼층(140) 위에 발광 구조물(150)이 배치된다. 버퍼층(140)이 생략된다면, 발광 구조물(150)은 기판(130)의 상부면(134) 위에 배치된다.
발광 구조물(150)은 기판의 상부면(134) 위에 순차적으로 배치된 제1 도전형 반도체층(152), 활성층(154) 및 제2 도전형 반도체층(156)을 포함한다.
제1 도전형 반도체층(152)은 제1 도전형 도펀트가 도핑된 Ⅲ-Ⅴ 족 또는 Ⅱ-Ⅵ 족 등의 화합물 반도체로 구현될 수 있으며, 제1 도전형 도펀트가 도핑될 수 있다. 제1 도전형 반도체층(152)이 n형 반도체층인 경우, 제1 도전형 도펀트는 n형 도펀트로서, Si, Ge, Sn, Se, Te를 포함할 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
예를 들어, 제1 도전형 반도체층(152)은 AlxInyGa(1-x-y)N (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질을 포함할 수 있다. 제1 도전형 반도체층(152)은 GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN, AlGaAs, InGaAs, AlInGaAs, GaP, AlGaP, InGaP, AlInGaP, 또는 InP 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
활성층(154)은 제1 도전형 반도체층(152)을 통해서 주입되는 전자(또는, 정공)와 제2 도전형 반도체층(156)을 통해서 주입되는 정공(또는, 전자)이 서로 만나서, 활성층(154)을 이루는 물질 고유의 에너지 밴드에 의해서 결정되는 에너지를 갖는 빛을 방출하는 층이다.
활성층(154)은 단일 우물 구조, 다중 우물 구조, 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.
활성층(154)의 우물층/장벽층은 InGaN/GaN, InGaN/InGaN, GaN/AlGaN, InAlGaN/GaN, GaAs(InGaAs)/AlGaAs, 또는 GaP(InGaP)/AlGaP 중 적어도 어느 하나의 페어(pair) 구조로 형성될 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 우물층은 장벽층의 밴드갭 에너지보다 낮은 밴드갭 에너지를 갖는 물질로 형성될 수 있다.
활성층(154)의 위 또는/및 아래에는 도전형 클래드층(미도시)이 형성될 수 있다. 도전형 클래드층은 활성층(154)의 장벽층의 밴드갭 에너지보다 더 높은 밴드갭 에너지를 갖는 반도체로 형성될 수 있다. 예를 들어, 도전형 클래드층은 GaN, AlGaN, InAlGaN 또는 초격자 구조 등을 포함할 수 있다. 또한, 도전형 클래드층은 n형 또는 p형으로 도핑될 수 있다.
제2 도전형 반도체층(156)은 반도체 화합물로 형성될 수 있으며, Ⅲ-Ⅴ 족 또는 Ⅱ-Ⅵ 족 등의 화합물 반도체로 구현될 수 있다. 예컨대, 제2 도전형 반도체층(156)은 InxAlyGa1 -x- yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질을 포함할 수 있다. 제2 도전형 반도체층(156)에는 제2 도전형 도펀트가 도핑될 수 있다. 제2 도전형 반도체층(156)이 p형 반도체층인 경우, 제2 도전형 도펀트는 p형 도펀트로서, Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등을 포함할 수 있다.
제1 도전형 반도체층(152)은 n형 반도체층으로, 제2 도전형 반도체층(156)은 p형 반도체층으로 구현할 수 있다. 또는, 제1 도전형 반도체층(152)은 p형 반도체층으로, 제2 도전형 반도체층(156)은 n형 반도체층으로 구현할 수 있다.
발광 구조물(150)은 N-P 접합 구조, P-N 접합 구조, N-P-N 접합 구조, P-N-P 접합 구조 중 어느 한 구조로 구현될 수 있다.
제1 전극(162)은 메사 식각(mesa etching)에 의해 노출된 제1 도전형 반도체층(152) 위에 배치된다. 제2 전극(164)은 제2 도전형 반도체층(156) 위에 배치된다. 예를 들어, 제1 및 제2 전극(162, 164) 각각은 은(Ag), 니켈(Ni), 알루미늄(Al), 로듐(Rh), 팔라듐(Pd), 이리듐(Ir), 루테늄(Ru), 마스네슘(Mg), 아연(Zn), 백금(Pt), 금(Au), 티타늄(Ti), 크롬(Cr), 구리(Cu) 또는 하프늄(Hf) 중 적어도 하나 및 이들의 선택적인 조합에 의해 단층 또는 다층 구조로 이루어질 수 있다.
또한, 도시되지는 않았지만, 제1 전극(162)과 제1 도전형 반도체층(152)의 사이 및 제2 전극(164)과 제2 도전형 반도체층(156)의 사이에 제1 및 제2 오믹 접촉층이 각각 배치될 수도 있다.
제1 오믹 접촉층은 제1 도전형 반도체층(152)의 오믹 특성을 향상시키는 역할을 한다. 예를 들어, 제1 오믹 접촉층은 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.
제2 오믹 접촉층은 제2 도전형 반도체층(156)의 오믹 특성을 향상시키는 역할을 한다. 제2 도전형 반도체층(156)이 p형 반도체층일 때, 제2 도전형 반도체층(156)의 불순물 도핑 농도가 낮아 접촉 저항이 높으며 그로 인해 오믹 특성이 좋지 못할 수 있으므로, 제2 오믹 접촉층은 이러한 오믹 특성을 개선하는 역할을 할 수 있다.
한편, 전술한 발광 구조물(150)의 활성층(154)으로부터 방출된 광이 출사되지 않고 기판(130)에 흡수될 수 있다. 이와 같이, 기판(130)에 흡수되는 광을 출사시켜 광 추출 효율을 개선하기 위해, 기판(130) 아래에 반사부(110A)가 배치될 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 반사부(110A)는 금속 물질을 포함할 수 있으며, 예를 들면 Ag, Ni, Al, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au, 또는 Hf 중 적어도 하나 또는 이들의 선택적인 조합으로 구성된 금속 물질에 의해 형성될 수 있다.
도 5는 다른 실시 예에 의한 발광 소자(100B)의 블럭도를 나타낸다.
도 4에 예시된 발광 소자(100A)의 반사부(110A)는 금속 물질을 포함하는 반면, 다른 실시 예에 의하면, 도 5에 예시된 발광 소자(100B)의 반사부(110B)는 분산 브래그 반사(DBR:Distributed Bragg Reflector)층을 포함할 수 있다. 이를 제외하면, 도 5에 예시된 발광 소자(100B)는 도 4에 예시된 발광 소자(100A)와 동일하므로 동일한 참조부호를 사용하였으며 중복되는 설명을 생략한다.
분산 브래그 반사층(110B)은 굴절률이 서로 다른 제1 유전체층(110B-1A, ..., 110B-MA)과 제2 유전체층(110B-1B, ..., 110B-MB)이 교대로 적층된 구조이며, 광의 흡수가 일어나지 않도록 발광된 빛의 파장보다 밴드 갭 에너지가 클 수 있다. 또한, 제1 유전체층(110B-1A, ..., 110B-MA)과 제2 유전체층(110B-1B, ..., 110B-MB) 간의 굴절률 차이가 크면 클수록, 반사부(110B)의 반사율이 증가할 수 있다. 여기서, M은 제1 유전체층(110B-1A, ..., 110B-MA)과 제2 유전체층(110B-1B, ..., 110B-MB)이 페어로 적층된 횟수를 나타내며, 1 이상의 양의 정수일 수 있다. 즉, 분산 브래그 반사층(110B)은 제1 유전체층(110B-1A, ..., 110B-MA)과 제2 유전체층(110B-1B, ..., 110B-MB) 페어가 M회 만큼 반복적으로 적층된 구조를 가질 수 있다.
제1 및 제2 유전체층(110B-1A, 110B-1B, ..., 110B-MA, 110B-MB) 각각은 Si, Zr, Ta, Ti, 또는 Al 중 적어도 하나의 원소의 산화물 또는 질화물일 수 있다. 예를 들어, 제1 및 제2 유전체층(110B-1A, 110B-1B, ..., 110B-MA, 110B-MB) 각각은 SiO2, ZrO2 또는 TiO2일 수 있다. 또는, 제1 및 제2 유전체층(110B-1A, 110B-1B, ..., 110B-MA, 110B-MB) 각각은 SiC, AlGaN/GaN, InGaN/In 등의 구조로 형성될 수도 있다.
분산 브래그 반사층(110B)이 활성층(154)에서 생성된 광의 파장에 대해 높은 반사율 예를 들어 95% 이상의 반사율을 갖도록, 제1 및 제2 유전체층(110B-1A, 110B-1B, ..., 110B-MA, 110B-MB) 각각의 굴절률 및 두께가 선택되어 설계될 수 있다. 예를 들어, 활성층(154)으로부터 방출되는 빛의 파장을 λ라 하고, 해당 층의 굴절률을 n'라 할 때, λ/4n'의 두께를 갖도록 분산 브래그 반사층(110B)을 형성할 수 있다.
도 6은 또 다른 실시 예에 의한 발광 소자(100C)의 블럭도를 나타낸다.
도 4에 예시된 발광 소자(100A)의 반사부(110A)는 금속 물질을 포함하는 반면, 또 다른 실시 예에 의하면, 도 6에 예시된 발광 소자(100C)의 반사부(110C)는 무지향성 반사(ODR:Omni-Directional Reflector)층을 포함할 수 있다. 이를 제외하면, 도 6에 예시된 발광 소자(100C)는 도 4에 예시된 발광 소자(100A)와 동일하므로 동일한 참조부호를 사용하였으며 중복되는 설명을 생략한다.
무지향성 반사층(110C)은 저굴절률층(110C-1) 및 금속 반사층(110C-2)을 포함할 수 있다. 저굴절률층(110C-1)은 SiO2, Si3N4, 또는 MgO 중 적어도 하나의 투명 물질을 포함하고, 저굴절률층(110C-1) 아래에 배치된 금속 반사층(110C-2)은 Ag 또는 Al 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.
또 다른 실시예에 의하면, 평탄화층(120)의 하부에 금속 물질, DBR층, 또는 ODR층 중 적어도 하나가 복합적으로 다층 구조로 형성될 수도 있다.
한편, 기판(130)의 하부면이 러프니스(132)를 가질 경우, 하부면 아래에 반사부(110A)가 직접 배치될 경우, 도 3에서 전술한 바와 같이 반사부(110A)의 반사율이 저하될 수 있다. 이를 개선시키기 위해, 도 4 내지 도 6에 예시된 바와 같이, 평탄화층(120)이 배치될 수 있다.
평탄화층(120)은 기판(130)의 하부면(132)과 반사부(110A, 110B, 110C) 사이에 배치될 수 있다. 평탄화층(120)은 기판(130)의 하부면에 형성된 러프니스(132)를 평탄화시켜, 반사부(110A, 110B, 110C)와 평탄화층(120) 사이의 경계면(122)에서 보다 많은 광이 상부 방향으로 반사되도록 하여, 광 추출 효율을 개선시킨다.
또한, 평탄화층(120)의 굴절률은 기판(130)의 굴절률과 유사 또는 동일할 수 있다. 따라서, 기판(130)에서 흡수되어 반사부(110A, 110B, 110C)로 향하는 빛의 반사는 대부분 평탄화층(120)과 반사부(110A, 110B, 110C)의 경계(122)에서 일어난다. 예를 들어, 기판(130)이 사파이어로 구현될 경우 평탄화층(120)의 굴절률은 사파이어의 굴절률과 유사한 1.2 내지 2.2일 수 있으나, 실시예는 이에 국한되지 않는다.
기판(130)으로부터 반사부(110A, 110B, 110C)로 향하는 광이 평탄화층(120)을 통해 반사부(110A, 110B, 110C)로 진행하여 반사되고, 반사부(110A, 110B, 110C)에서 반사된 광이 다시 평탄화층(120)을 통과하여 출사될 수 있도록, 평탄화층(120)은 투광성을 갖는 물질을 포함할 수 있다.
평탄화층(120)은 유기물, 실리콘, 질소, 산소, 실리콘, 알루미늄, 또는 티타늄 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 평탄화층(120)은 질소나 산소를 포함하는 유전체 일 수 있으며, 예를 들어, SiO2, Al2O3, SiN, TiO2, 또는 포토레지스트(photoresist) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또한, 평탄화층(120)의 제1 두께(t1)는 러프니스(132)의 제2 두께(t2) 이상일 수 있다. 이는, 러프니스(132)의 요철 부분(132A, 132B)에서 요부(132B)를 평탄화층(120)으로 채움으로써, 러프니스(132)를 평탄화시키기 위함이다. 따라서, 평탄화층(120)의 제1 두께(t1)는 제2 두께(t2)가 커질수록 증가할 수 있다. 예를 들어, 도 2a 내지 도 2c에 도시된 바와 같이 입자의 크기에 따라, 러프니스(132)의 거친 정도(RMS)가 달라지므로, 거친 정도(RMS)에 따라 제1 두께(t1)가 결정될 수 있다.
기판(130)의 하부면의 러프니스(132)의 제2 두께(t2)는 대략 0.1 ㎚ 내지 20 ㎚ 사이의 값을 갖는다. 따라서, 평탄화층(120)의 제1 두께(t1)의 최소값은 0.1 ㎚ 내지 20 ㎚ 보다 클 수 있다.
이하, 평탄화층(120)이 기판(130)의 러프니스(132)를 평탄화시킨다는 의미와 제1 두께(t1)의 최대값에 대해 다음과 같이 설명한다.
평탄화층(120)은 상부면(124)과 하부면(122)을 포함한다. 평탄화층(120)의 상부면(124)은 기판(130)의 하부면(132)과 대향한다. 평탄화층(120)의 하부면(122)은 반사부(110A, 110B, 110C)와 대향한다. 이때, 평탄화층(120)에서 하부면(122)의 제1 거친 정도(이하, 'RMS1'라 한다)가 상부면(124)의 제2 거친 정도(또는, 거칠기)(이하, 'RMS2'이라 한다)보다 적어도 1 ㎚ 이상 작을 경우, 러프니스(132)가 평탄화층(120)에 의해 평탄화되었다고 할 수 있다. 여기서, RMS2는 기판(130)의 하부면(132)과 평탄화층(120)의 상부면(124) 사이 경계에서의 거친 정도를 의미하고 RMS1은 평탄화층(120)의 하부면(122)과 반사부(110A, 110B, 110C)의 상부면 사이 경계에서의 거친 정도를 의미할 수도 있다.
즉, 전술한 실시 예에 의해, '평탄화층(120)이 러프니스(132)를 평탄화시킨다'는 것은 RMS2와 RMS1 간의 차이가 다음 수학식 1을 만족한다는 것을 의미할 수 있다.
Figure pat00002
러프니스(132)가 있는 기판(130)의 하부면에 평탄화층(120)을 배치하지 않고 금속 물질로 구현되는 반사부(110A)를 직접 배치한다면, 도 3에 예시된 바와 같이 러프니스(132)의 존재로 인해 반사부(110A)의 반사도가 크게 감소할 수 있다. 러프니스(132)에 의한 반사부(110A)의 반사도 감소는 표면 플라즈몬(surface plasmon) 때문이다.
표면 플라즈몬의 전기장 세기가 표면에 대해 수직 방향으로 지수함수적으로(exponentially) 감소함을 고려할 때, 기판(130)의 하부면에 러프니스(132)의 제2 거친 정도(RMS2)가 평탄화층(120)의 존재로 인해 평탄화층(120)의 하부면(122)에서 1 ㎚이하의 제1 거친 정도(RMS1)로 줄어들 때, 러프니스(132)로 인한 반사부(110A)의 반사율 감소는 사라졌다고 볼 수 있다.
도 7은 제1 거친 정도(RMS1)별 반사부(110A, 110B, 110C)의 반사도를 나타내는 그래프로서, 횡축은 RMS1을 나타내고 종축은 반사도를 나타낸다.
도 7을 참조하면, 반사부(110A)가 은(Ag)으로 구현될 경우와 알루미늄(Al)으로 구현될 경우, 제1 거친 정도(RMS1)가 1 ㎚ 이하로 줄어들 때 반사부(110A, 110B, 110C)의 반사도의 감소는 줄어들 수 있음을 알 수 있다. 이는, 1 ㎚ 이하의 거친 정도를 갖는 러프니스(132)와 반사부(110A)가 직접 접하는 효과를 가져오므로, 반사부(110A)의 반사도는 개선되어, 보다 많은 광이 반사부(110A, 110B, 110C)의 상측으로 반사될 수 있다.
도 8은 평탄화층(120)의 제1 두께(t1)에 따른 제1 RMS의 변화량을 나타내는 그래프로서, 횡축은 제1 두께(t1)를 나타내고 종축은 RMS1을 나타낸다.
만일, 기판(130)의 러프니스(132)의 제2 거친 정도(RMS2)가 10 ㎚인 경우, 평탄화층(120)의 제1 두께(t1)가 증가할수록 RMS1은 감소함을 알 수 있다. 그러나, 제1 두께(t1)가 계속해서 증가하여 1 ㎛보다 커질 경우, 크랙(crack)이나 보이드 결함(void defect) 등이 발생할 수도 있고 점도에 의해 RMS1이 다시 증가할 수도 있다. 따라서, 평탄화층(120)의 제1 두께(t1)의 최대값은 1 ㎛일 수 있다.
또한, 평탄화층(120)의 제1 두께(t1)는 다음 수학식 2와 같이 표현될 수도 있다.
Figure pat00003
여기서, λ는 활성층(154)으로부터 방출되는 광의 파장을 나타내고, n은 평탄화층(120)의 굴절률을 나타낸다.
기존 발광 소자의 경우, 도 1에 도시된 바와 같이 사파이어 기판(20)의 하부면에 러프니스(22)로 인해 반사층(10)의 반사율이 대략 10% 이상 저하되기 때문에 광 추출 효율이 악화된다.
반면에, 실시 예에 의한 발광 소자의 경우, 기판(130)의 하부면에 존재하여 반사부(110A, 110B, 110C)의 상부면(122)과 접하여 반사도를 저하시키는 러프니스(132)를 평탄화층(120)에 의해 평탄화시킨다. 이와 같이, 러프니스(132)의 거친 정도가 평탄화층(120)에 의해 완화됨으로써, 반사부(110A, 110B, 110C)의 반사율이 개선되어 광 추출 효율이 증가할 수 있다.
이하, 전술한 실시 예에 의한 도 4에 예시된 발광 소자(100A)의 제조 방법을 다음과 같이 설명한다. 그러나, 발광 소자(100A)는 아래에 설명되는 제조 방법 이외의 다른 방법에 의해서도 제조될 수 있음은 물론이다.
도 9a 내지 도 9f는 실시 예에 의한 발광 소자(100A)의 제조 방법을 설명하기 위한 공정 단면도이다.
도 9a를 참조하면, 기판(130) 위에 버퍼층(140)과 발광 구조물(150)을 순차적으로 형성한다.
기판(130)은 투광성을 갖는 물질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 기판(130)은 사파이어(Al2O3), SiC, GaAs, GaN, ZnO, Si, GaP, InP, Ge 중 적어도 하나로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 또한, 기판(130)은 전체 질화물 반도체에 휨을 가져오지 않으면서, 스크라이빙 공정 및 브레이킹 공정을 통하여 별개의 칩으로 잘 분리시키기 위한 정도의 기계적 강도를 갖는 물질로 형성될 수 있다.
버퍼층(140)은 예를 들어 Al, In, N, 또는 Ga 중 적어도 하나의 물질에 의해 형성될 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 또한, 버퍼층(140)은 단층 또는 다층 구조로 형성될 수도 있다.
이후, 버퍼층(140) 위에 발광 구조물(150)을 다음과 같이 형성한다.
먼저, 버퍼층(140) 위에 제1 도전형 반도체층(152)을 형성한다. 제1 도전형 반도체층(152)은 제1 도전형 도펀트가 도핑된 Ⅲ-Ⅴ 족 또는 Ⅱ-Ⅵ 족 등의 화합물 반도체로 구현될 수 있으며, 제1 도전형 도펀트가 도핑될 수 있다. 제1 도전형 반도체층(152)이 n형 반도체층인 경우, 제1 도전형 도펀트는 n형 도펀트로서, Si, Ge, Sn, Se, Te를 포함할 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 제1 도전형 반도체층(152)은 AlxInyGa(1-x-y)N (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질에 의해 형성될 수 있다. 제1 도전형 반도체층(152)은 GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN, AlGaAs, InGaAs, AlInGaAs, GaP, AlGaP, InGaP, AlInGaP, 또는 InP 중 적어도 어느 하나에 의해 형성될 수 있다.
이후, 활성층(154)을 제1 도전형 반도체층(152) 위에 형성한다. 활성층(154)은 단일 우물 구조, 다중 우물 구조, 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 하나의 구조로 형성될 수 있다. 예를 들어, 활성층(124)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.
활성층(154)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. 우물층은 장벽층의 밴드갭 에너지보다 낮은 밴드갭 에너지를 갖는 물질로 형성될 수 있다.
활성층(154)의 위 또는/및 아래에는 도전형 클래드층(미도시)이 형성될 수 있다. 도전형 클래드층은 활성층(154)의 장벽층의 밴드갭 에너지보다 더 높은 밴드갭 에너지를 갖는 반도체로 형성될 수 있다. 예를 들어, 도전형 클래드층은 GaN, AlGaN, InAlGaN 또는 초격자 구조 등을 포함할 수 있다. 또한, 도전형 클래드층은 n형 또는 p형으로 도핑될 수 있다.
이후, 제2 도전형 반도체층(156)을 활성층(154) 위에 형성한다. 제2 도전형 반도체층(156)은 반도체 화합물로 형성될 수 있으며, Ⅲ-Ⅴ 족 또는 Ⅱ-Ⅵ 족 등의 화합물 반도체로 형성될 수 있다. 예컨대, 제2 도전형 반도체층(156)은 InxAlyGa1-x-yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질로 형성될 수 있다. 제2 도전형 반도체층(156)에는 제2 도전형 도펀트가 도핑될 수 있다. 제2 도전형 반도체층(156)이 p형 반도체층인 경우, 제2 도전형 도펀트는 p형 도펀트로서, Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등을 포함할 수 있다.
이후, 도 9b를 참조하면, 제2 도전형 반도체층(156), 활성층(154) 및 제1 도전형 반도체층(152)의 일부를 메사 식각하여, 제1 도전형 반도체층(152)의 일부를 노출시킨다.
이후, 도 9c를 참조하면, 노출된 제1 도전형 반도체층(152) 위에 제1 전극(162)을 형성하고, 제2 도전형 반도체층(156) 위에 제2 전극(164)을 형성한다. 예를 들어, 제1 및 제2 전극(162, 164) 각각은 은(Ag), 니켈(Ni), 알루미늄(Al), 로듐(Rh), 팔라듐(Pd), 이리듐(Ir), 루테늄(Ru), 마스네슘(Mg), 아연(Zn), 백금(Pt), 금(Au), 티타늄(Ti), 크롬(Cr), 구리(Cu) 또는 하프늄(Hf) 중 적어도 하나 및 이들의 선택적인 조합에 의해 단층 또는 다층 구조로 형성될 수 있다.
또한, 도시되지는 않았지만, 제1 전극(162)과 제1 도전형 반도체층(152)의 사이 및 제2 전극(164)과 제2 도전형 반도체층(156)의 사이에 제1 및 제2 오믹 접촉층이 각각 형성될 수 있다.
이후, 도 9d를 참조하면, 도 9c에 예시된 구조물을 뒤집은 후, 그라인더를 이용하여 기판(130)의 하부면(132)을 연마하여 기판(130)의 제3 두께(t3)를 제4 두께(t4)로 얇게 감소시킨다. 여기서 연마 공정은 래핍(lapping) 공정 및/또는 폴리싱(polishing) 공정일 수 있다. 이러한 연마 공정에서 사용되는 입자의 크기별로 달라지는 거친 정도를 갖는 러프니스(132)가 기판(130)의 하부면에 형성된다.
이후, 도 9e를 참조하면, 기판(130)의 러프니스(132)를 갖는 하부면 위에 평탄화층(120)을 형성한다.
기판(130)의 굴절률과 유사 또는 동일한 굴절률을 갖는 물질에 의해 평탄화층(120)을 형성할 수 있다. 예를 들어, 기판(130)이 사파이어로 형성될 경우 사파이어의 굴절률과 유사한 1.2 내지 2.2의 굴절률을 갖는 물질에 의해 평탄화층(120)을 형성할 수 있다. 또한, 평탄화층(120)은 기판(130)과 마찬가지로 투광성을 갖는 물질을 포함할 수 있다.
평탄화층(120)은 유기물, 실리콘, 질소, 산소, 실리콘, 알루미늄, 또는 티타늄 중 적어도 하나에 의해 형성될 수 있다. 예를 들어, SiO2, Al2O3, SiN, TiO2, 또는 포토레지스트 중 적어도 하나에 의해 평탄화층(120)을 형성할 수 있다.
또한, 0.1 ㎚ 내지 20 ㎚ 보다 큰 최소값을 갖고, 1 ㎛의 최대값을 갖는 제1 두께(t1)로 평탄화층(120)을 형성할 수 있다.
이후, 도 9f를 참조하면, 평탄화층(120) 위에 반사부(110A)를 형성한다.
반사부(110A)는 금속 물질 예를 들면 Ag, Ni, Al, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au 또는 Hf 중 적어도 하나 또는 이들의 선택적인 조합으로 구성된 금속 물질에 의해 형성될 수 있다.
이후, 반사부(110A)가 형성된 발광 소자를 뒤집으면, 도 4에 예시된 발광 소자(110A)가 완성된다.
또한, 도 5에 예시된 발광 소자(100B)도 도 9a 내지 도 9e에 예시된 공정을 이용하여 제조될 수 있다.
즉, 도 9a 내지 도 9e에 도시된 바와 같은 공정을 수행한 이후, 평탄화층(120) 위에 DBR층(110B)을 형성한다. DBR층(110B)은 굴절률이 서로 다른 제1 유전체층(110B-1A, ..., 110B-MA)과 제2 유전체층(110B-1B, ..., 110B-MB)을 교대로 적층하여 형성될 수 있다. 제1 및 제2 유전체층(110B-1A, 110B-1B, ..., 110B-MA, 110B-MB) 각각은 Si, Zr, Ta, Ti 또는 Al 중 적어도 하나의 원소의 산화물 또는 질화물에 의해 형성될 수 있다. 예를 들어, 제1 및 제2 유전체층(110B-1A, 110B-1B, ..., 110B-MA, 110B-MB) 각각은 SiC, AlGaN/GaN, InGaN/In 등의 구조로 형성될 수도 있다.
또한, 도 6에 예시된 발광 소자(100C)도 도 9a 내지 도 9e에 예시된 공정을 이용하여 제조될 수 있다.
즉, 도 9a 내지 도 9e에 도시된 바와 같은 공정을 수행한 이후, 평탄화층(120) 위에 무지향성 반사층(110C)을 형성한다. 무지향성 반사층(110C)은 저굴절률층(110C-1) 및 금속 반사층(110C-2)이 적층된 구조로 형성될 수 있다. 저굴절률층(110C-1)은 SiO2, Si3N4, 또는 MgO 중 적어도 하나의 투명 물질에 의해 형성되고, 저굴절률층(110C-1) 아래에 배치된 금속 반사층(110C-2)은 Ag 또는 Al 중 적어도 하나에 의해 형성될 수 있으며, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.
이하, 발광 소자를 포함하는 발광 소자 패키지의 구성 및 동작을 설명한다.
도 10은 실시 예에 따른 발광소자 패키지(200)의 단면도이다.
실시 예에 따른 발광 소자 패키지(200)는 패키지 몸체부(205)와, 패키지 몸체부(205)에 설치된 제1 및 제2 리드 프레임(213, 214)과, 패키지 몸체부(205)에 배치되어 제1 및 제2 리드 프레임(213, 214)과 전기적으로 연결되는 발광 소자(100)와, 발광 소자(100)를 포위하는 몰딩 부재(240) 및 제1 및 제2 와이어(232, 234)를 포함한다.
패키지 몸체부(205)는 실리콘, 합성수지, 또는 금속을 포함하여 형성될 수 있으며, 발광 소자(100)의 주위에 경사면이 형성될 수 있다.
제1 및 제2 리드 프레임(213, 214)은 서로 전기적으로 분리되며, 발광 소자(100)에 전원을 제공하는 역할을 한다. 또한, 제1 및 제2 리드 프레임(213, 214)은 발광 소자(100)에서 발생된 빛을 반사시켜 광 효율을 증가시키는 역할을 할 수도 있으며, 발광 소자(100)에서 발생된 열을 외부로 배출시키는 역할을 할 수도 있다.
발광 소자(100)는 도 4, 도 5 또는 도 6에 예시된 발광 소자(100A, 100B, 100C)일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
발광 소자(100)는 도 10에 예시된 바와 같이 제2 리드 프레임(214) 상에 배치될 수 있지만 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 도 10에 예시된 바와 달리, 발광 소자(100)는 제1 리드 프레임(213) 상에 배치될 수도 있고, 패키지 몸체부(205) 상에 배치될 수도 있다.
발광 소자(100)는 제1 및 제2 리드 프레임(213, 214)과 와이어 방식, 플립칩 방식 또는 다이 본딩 방식 중 어느 하나에 의해 전기적으로 연결될 수도 있다. 도 10에 예시된 발광 소자(100)의 제1 전극(162)은 제1 리드 프레임(213)과 제1 와이어(232)를 통해 전기적으로 연결되고 제2 리드 프레임(214)과 제2 와이어(234)를 통해 전기적으로 연결될 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.
몰딩 부재(240)는 발광 소자(100)를 포위하여 보호할 수 있다. 또한, 몰딩 부재(240)는 형광체를 포함하여, 발광 소자(100)에서 방출된 광의 파장을 변화시킬 수 있다.
실시 예에 따른 발광 소자 패키지는 복수 개가 기판 상에 어레이되며, 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 유닛은 자동차 조명, 야외 조명, 디스플레이 패널의 백라이트 유닛, 지시등이나 신호등 같은 지시 장치, 램프, 가로등을 포함할 수 있다.
도 11은 실시 예에 따른 발광 소자 패키지를 포함하는 표시 장치(800)를 나타낸다.
도 11을 참조하면, 표시 장치(800)는 바텀 커버(810)와, 바텀 커버(810) 상에 배치되는 반사판(820)과, 광을 방출하는 발광 모듈(830, 835)과, 반사판(820)의 전방에 배치되며 발광 모듈(830, 835)에서 발산되는 빛을 표시 장치 전방으로 안내하는 도광판(840)과, 도광판(840)의 전방에 배치되는 프리즘 시트들(850, 860)을 포함하는 광학 시트와, 광학 시트 전방에 배치되는 디스플레이 패널(870)과, 디스플레이 패널(870)과 연결되고 디스플레이 패널(870)에 화상 신호를 공급하는 화상 신호 출력 회로(872)와, 디스플레이 패널(870)의 전방에 배치되는 컬러 필터(880)를 포함할 수 있다. 여기서, 바텀 커버(810), 반사판(820), 발광 모듈(830,835), 도광판(840) 및 광학 시트는 백라이트 유닛(Backlight Unit)을 이룰 수 있다.
발광 모듈은 기판(830) 상에 실장되는 발광 소자 패키지들(835)을 포함할 수 있다. 여기서, 기판(830)은 인쇄회로기판(PCB:Printed Circuit Board) 등이 사용될 수 있다. 발광 소자 패키지(835)는 도 10에 도시된 실시 예(200)일 수 있다.
바텀 커버(810)는 표시 장치(800) 내의 구성 요소들을 수납할 수 있다. 그리고, 반사판(820)은 본 도면처럼 별도의 구성요소로 마련될 수도 있으며, 도광판(840)의 후면이나, 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.
그리고, 도광판(840)은 폴리메틸메타크릴레이트(PolyMethylMethAcrylate; PMMA), 폴리카보네이트(PolyCarbonate; PC), 또는 폴리에틸렌(PolyEthylene; PE) 등으로 형성될 수 있다.
그리고, 제1 프리즘 시트(850)는 지지 필름의 일면에, 투광성이면서 탄성을 갖는 중합체 재료로 형성될 수 있으며, 중합체는 복수 개의 입체구조가 반복적으로 형성된 프리즘층을 가질 수 있다. 여기서, 복수 개의 패턴은 도시된 바와 같이 마루와 골이 반복적으로 스트라이프 타입으로 구비될 수 있다.
그리고, 제2 프리즘 시트(860)에서 지지 필름 일면의 마루와 골의 방향은, 제1 프리즘 시트(850) 내의 지지필름 일면의 마루와 골의 방향과 수직할 수 있다. 이는 발광 모듈과 반사 시트로부터 전달된 빛을 디스플레이 패널(870)의 전면으로 고르게 분산하기 위함이다.
그리고, 도시되지는 않았으나, 도광판(840)과 제1 프리즘 시트(850) 사이에 확산 시트가 배치될 수 있다. 확산 시트는 폴리에스터와 폴리카보네이트 계열의 재료로 이루어질 수 있으며, 백라이트 유닛으로부터 입사된 빛을 굴절과 산란을 통하여 광 투사각을 최대로 넓힐 수 있다. 그리고, 확산 시트는 광확산제를 포함하는 지지층과, 광출사면(제1 프리즘 시트 방향)과 광입사면(반사시트 방향)에 형성되며 광확산제를 포함하지 않는 제1 레이어와 제2 레이어를 포함할 수 있다.
실시 예에서 확산 시트, 제1 프리즘시트(850), 및 제2 프리즘시트(860)가 광학 시트를 이루는데, 광학 시트는 다른 조합 예를 들어, 마이크로 렌즈 어레이로 이루어지거나 확산 시트와 마이크로 렌즈 어레이의 조합 또는 하나의 프리즘 시트와 마이크로 렌즈 어레이의 조합 등으로 이루어질 수 있다.
디스플레이 패널(870)에 액정 표시 패널(Liquid crystal display)이 배치될 수 있는데, 액정 표시 패널 외에 광원을 필요로 하는 다른 종류의 표시 장치가 구비될 수 있다.
도 12는 실시 예에 따른 발광 소자 패키지를 포함하는 헤드 램프(head lamp, 900)를 나타낸다.
도 12를 참조하면, 헤드 램프(900)는 발광 모듈(901), 리플렉터(reflector, 902), 쉐이드(903) 및 렌즈(904)를 포함한다.
발광 모듈(901)은 기판(미도시) 상에 배치되는 복수의 발광 소자 패키지들(미도시)을 포함할 수 있다. 이때 발광 소자 패키지는 도 10에 도시된 실시 예(200)일 수 있다.
리플렉터(902)는 발광 모듈(901)로부터 조사되는 빛(911)을 일정 방향, 예컨대, 전방(912)으로 반사시킨다.
쉐이드(903)는 리플렉터(902)와 렌즈(904) 사이에 배치되며, 리플렉터(902)에 의하여 반사되어 렌즈(904)로 향하는 빛의 일부분을 차단 또는 반사하여 설계자가 원하는 배광 패턴을 이루도록 하는 부재로서, 쉐이드(903)의 일측부(903-1)와 타측부(903-2)는 서로 높이가 다를 수 있다.
발광 모듈(901)로부터 조사되는 빛은 리플렉터(902) 및 쉐이드(903)에서 반사된 후 렌즈(904)를 투과하여 차체 전방을 향할 수 있다. 렌즈(904)는 리플렉터(902)에 의하여 반사된 빛을 전방으로 굴절시킬 수 있다.
도 13은 실시 예에 따른 발광 소자 또는 발광 소자 패키지를 포함하는 조명 장치(1000)를 나타낸다.
도 13을 참조하면, 조명 장치(1000)는 커버(1100), 광원 모듈(1200), 방열체(1400), 전원 제공부(1600), 내부 케이스(1700) 및 소켓(1800)을 포함할 수 있다. 또한, 실시 예에 따른 조명 장치(1000)는 부재(1300)와 홀더(1500) 중 어느 하나 이상을 더 포함할 수 있다.
광원 모듈(1200)은 도 4, 도 5 및 도 6에 예시된 발광 소자(100A, 100B, 100C), 또는 도 10에 도시된 발광 소자 패키지(200)를 포함할 수 있다.
커버(1100)는 벌브(bulb) 또는 반구의 형상일 수 있으며, 속이 비어 있고, 일 부분이 개구된 형상일 수 있다. 커버(1100)는 광원 모듈(1200)과 광학적으로 결합될 수 있다. 예를 들어, 커버(1100)는 광원 모듈(1200)로부터 제공되는 빛을 확산, 산란 또는 여기시킬 수 있다. 커버(1100)는 일종의 광학 부재일 수 있다. 커버(1100)는 방열체(1400)와 결합될 수 있다. 커버(1100)는 방열체(1400)와 결합하는 결합부를 가질 수 있다.
커버(1100)의 내면에는 유백색 도료가 코팅될 수 있다. 유백색의 도료는 빛을 확산시키는 확산재를 포함할 수 있다. 커버(1100)의 내면의 표면 거칠기는 커버(1100)의 외면의 표면 거칠기보다 크게 형성될 수 있다. 이는 광원 모듈(1200)로부터의 빛이 충분히 산란 및 확산되어 외부로 방출시키기 위함이다.
커버(1100)의 재질은 유리(glass), 플라스틱, 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 폴리카보네이트(PC) 등일 수 있다. 여기서, 폴리카보네이트는 내광성, 내열성, 강도가 뛰어나다. 커버(1100)는 외부에서 광원 모듈(1200)이 보이도록 투명할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니고 불투명할 수 있다. 커버(1100)는 블로우(blow) 성형을 통해 형성될 수 있다.
광원 모듈(1200)은 방열체(1400)의 일 면에 배치될 수 있으며, 광원 모듈(1200)로부터 발생한 열은 방열체(1400)로 전도될 수 있다. 광원 모듈(1200)은 광원부(1210), 연결 플레이트(1230) 및 커넥터(1250)를 포함할 수 있다.
부재(1300)는 방열체(1400)의 상면 위에 배치될 수 있고, 복수의 광원부(1210)와 커넥터(1250)가 삽입되는 가이드홈(1310)을 갖는다. 가이드홈(1310)은 광원부(1210)의 기판 및 커넥터(1250)와 대응 또는 정렬될 수 있다.
부재(1300)의 표면은 광 반사 물질로 도포 또는 코팅된 것일 수 있다.
예를 들면, 부재(1300)의 표면은 백색의 도료로 도포 또는 코팅된 것일 수 있다. 이러한 부재(1300)는 커버(1100)의 내면에 반사되어 광원 모듈(1200)을 향하여 되돌아오는 빛을 다시 커버(1100) 방향으로 반사할 수 있다. 따라서, 실시 예에 따른 조명 장치의 광 효율을 향상시킬 수 있다.
부재(1300)는 예로서 절연 물질로 이루어질 수 있다. 광원 모듈(1200)의 연결 플레이트(1230)는 전기 전도성의 물질을 포함할 수 있다. 따라서, 방열체(1400)와 연결 플레이트(1230) 사이에 전기적인 접촉이 이루어질 수 있다. 부재(1300)는 절연 물질로 구성되어 연결 플레이트(1230)와 방열체(1400)의 전기적 단락을 차단할 수 있다. 방열체(1400)는 광원 모듈(1200)로부터의 열과 전원 제공부(1600)로부터의 열을 전달받아 방열할 수 있다.
홀더(1500)는 내부 케이스(1700)의 절연부(1710)의 수납홈(1719)을 막는다. 따라서, 내부 케이스(1700)의 절연부(1710)에 수납되는 전원 제공부(1600)는 밀폐될 수 있다. 홀더(1500)는 가이드 돌출부(1510)를 가질 수 있으며, 가이드 돌출부(1510)는 전원 제공부(1600)의 돌출부(1610)가 관통하는 홀을 가질 수 있다.
전원 제공부(1600)는 외부로부터 제공받은 전기적 신호를 처리 또는 변환하여 광원 모듈(1200)로 제공한다. 전원 제공부(1600)는 내부 케이스(1700)의 수납홈(1719)에 수납될 수 있고, 홀더(1500)에 의해 내부 케이스(1700)의 내부에 밀폐될 수 있다. 전원 제공부(1600)는 돌출부(1610), 가이드부(1630), 베이스(1650) 및 연장부(1670)를 포함할 수 있다.
가이드부(1630)는 베이스(1650)의 일 측에서 외부로 돌출된 형상을 가질 수 있다. 가이드부(1630)는 홀더(1500)에 삽입될 수 있다. 베이스(1650)의 일 면 위에는 다수의 부품이 배치될 수 있다. 다수의 부품은 예를 들어, 외부 전원으로부터 제공되는 교류 전원을 직류 전원으로 변환하는 직류변환장치, 광원 모듈(1200)의 구동을 제어하는 구동칩, 광원 모듈(1200)을 보호하기 위한 ESD(ElectroStatic discharge) 보호 소자 등을 포함할 수 있으나 이에 대해 한정하지는 않는다.
연장부(1670)는 베이스(1650)의 다른 일 측에서 외부로 돌출된 형상을 가질 수 있다. 연장부(1670)는 내부 케이스(1700)의 연결부(1750) 내부에 삽입될 수 있고, 외부로부터의 전기적 신호를 제공받을 수 있다. 예컨대, 연장부(1670)는 내부 케이스(1700)의 연결부(1750)와 폭이 같거나 작을 수 있다. 연장부(1670)에는 "+ 전선"과 "- 전선"의 각 일 단이 전기적으로 연결될 수 있고, "+ 전선"과 "- 전선"의 다른 일 단은 소켓(1800)에 전기적으로 연결될 수 있다.
내부 케이스(1700)는 내부에 전원 제공부(1600)와 함께 몰딩부를 포함할 수 있다. 몰딩부는 몰딩 액체가 굳어진 부분으로서, 전원 제공부(1600)가 내부 케이스(1700) 내부에 고정될 수 있도록 한다.
이상에서 실시 예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시 예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시 예에 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, 100A, 100B, 100C: 발광 소자 110A, 110B, 110C: 반사부
120: 평탄화층 122: 평탄화층의 하부면
124: 평탄화층의 상부면 130: 기판
132: 기판의 하부면(또는, 러프니스)
134: 기판의 상부면 140: 버퍼층
150: 발광 구조물 152: 제1 도전형 반도체층
154: 활성층 156: 제2 도전형 반도체층
162: 제1 전극 164: 제2 전극
200: 발광 소자 패키지 205: 패키지 몸체부
213, 214: 리드 프레임 232, 234: 와이어
240: 몰딩 부재 800: 표시 장치
810: 바텀 커버 820: 반사판
830, 835, 901: 발광 모듈 840: 도광판
850, 860: 프리즘 시트 870: 디스플레이 패널
872: 화상 신호 출력 회로 880: 컬러 필터
900: 헤드 램프 902: 리플렉터
903: 쉐이드 904: 렌즈
1000: 조명 장치 1100: 커버
1200: 광원 모듈 1400: 방열체
1600: 전원 제공부 1700: 내부 케이스
1800: 소켓

Claims (13)

  1. 반사부;
    상기 반사부 위에 배치되며, 상기 반사부와 대향하는 하부면에 러프니스를 갖는 기판;
    상기 반사부와 상기 기판 사이에 배치되어, 상기 러프니스를 평탄화시키는 평탄화층; 및
    상기 기판의 상부면 위에 배치된 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하는 발광 구조물을 포함하는 발광 소자.
  2. 제1 항에 있어서, 상기 반사부는 분산 브래그 반사층을 포함하는 발광 소자.
  3. 제1 항에 있어서, 상기 반사부는 무지향성 반사층을 포함하는 발광 소자.
  4. 제1 항에 있어서, 상기 반사부는 금속 물질을 포함하는 발광 소자.
  5. 제1 항에 있어서, 상기 평탄화층의 굴절률은 상기 기판의 굴절률과 동일한 발광 소자.
  6. 제5 항에 있어서, 상기 평탄화층의 굴절률은 1.2 내지 2.2인 발광 소자.
  7. 제1 항에 있어서, 상기 기판과 상기 평탄화층은 투광성을 갖는 물질을 포함하는 발광 소자.
  8. 제1 항에 있어서, 상기 평탄화층은 유기물, 질소, 산소, 실리콘, 알루미늄 또는 티타늄 중 적어도 하나를 포함하는 발광 소자.
  9. 제1 항에 있어서, 상기 평탄화층의 두께는 상기 러프니스의 두께 이상인 발광 소자.
  10. 제1 항에 있어서, 상기 평탄화층의 두께의 최소값은 0.1 ㎚ 내지 20 ㎚보다 크고, 상기 평탄화층의 두께의 최대값은 1 ㎛ 인 발광 소자.
  11. 제1 항에 있어서, 상기 평탄화층의 두께는 아래와 같은 발광 소자.
    Figure pat00004

    (여기서, t는 상기 평탄화층의 두께를 나타내고, λ는 상기 활성층으로부터 방출되는 광의 파장을 나타내고, n은 상기 평탄화층의 굴절률을 나타낸다.)
  12. 제1 항에 있어서, 상기 평탄화층은
    상기 기판의 러프니스를 갖는 상기 하부면과 대향하는 상부면; 및
    상기 반사부와 대향하는 하부면을 포함하고,
    상기 하부면의 거친 정도는 상기 상부면의 거친 정도보다 적어도 1 ㎚ 이상 작은 발광 소자.
  13. 제1 항에 있어서, 상기 발광 소자는
    메사 식각에 의해 노출된 상기 제1 도전형 반도체층 위에 배치된 제1 전극; 및
    상기 제2 도전형 반도체층 위에 배치된 제2 전극을 더 포함하는 발광 소자.
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