KR20150069824A - 발광소자 - Google Patents
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Abstract
실시예는 기판: 상기 기판 상에 제1 도전형 반도체층과 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하는 자외선 파장 영역의 광을 방출하는 발광 구조물; 제2 도전형 반도체층 상의 터널 정션층; 및 제1 도전형 반도체층 상의 제1 전극과 터널 정션층 상의 제2 전극을 포함하고, 상기 터널 정션층은, p형 AlGaN의 제1 층과 p형 AlGaN의 제2 층과 n형 AlGaN의 제3 층과 n형 AlGaN의 제4 층을 포함하는 발광소자를 제공한다.
Description
실시예는 발광소자에 관한 것으로, 보다 상세하게는 발광소자의 광효율 향상에 관한 것이다.
GaN, AlGaN 등의 3-5 족 화합물 반도체는 넓고 조정이 용이한 밴드 갭 에너지를 가지는 등의 많은 장점으로 인해 광 전자 공학 분야(optoelectronics)와 전자 소자를 위해 등에 널리 사용된다.
특히, 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.
도 1은 종래의 발광소자를 나타낸 도면이다.
종래의 발광소자(100)는 사파이어 등으로 이루어진 기판(110) 위에 제1 도전형 반도체층(122)과 활성층(124) 및 제2 도전형 반도체층(126)을 포함하는 발광구조물(120)이 형성되고, 기판(110)과 발광 구조물(120) 사이에는 버퍼층(115)이 배치될 수 있다. 그리고, 제1 도전형 반도체층(142)과 제2 도전형 반도체층(146) 상에 각각 제1 전극(142)과 제2 전극(146)이 배치된다.
발광소자(100)는 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 활성층(124)을 이루는 물질의 조성에 따라 다를 수 있으며, 청색광이나 자외선(UV) 또는 심자외선(Deep UV) 등일 수 있다.
활성층(124)에서 자외선 내지 심자외선 영역의 파장의 광이 방출될 경우, 제2 도전형 반도체층과 제2 전극(156)과의 컨택 특성 향상을 위하여 제2 도전형 반도체층(126) 상에 p-GaN(140)을 배치할 수 있다.
이때, 상술한 자외선 내지 심자외선 영역의 파장의 광이 p-GaN(140)에서 흡수되어, 도시된 바와 같이 발광소자(100)의 하부 방향으로의 광효율에 비하여 상부 방향으로의 광효율이 감소하게 된다.
실시예는 발광소자의 광효율을 향상시키고자 한다.
실시예는 기판: 상기 기판 상에 제1 도전형 반도체층과 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하는 자외선 파장 영역의 광을 방출하는 발광 구조물; 제2 도전형 반도체층 상의 터널 정션층; 및 제1 도전형 반도체층 상의 제1 전극과 터널 정션층 상의 제2 전극을 포함하고, 상기 터널 정션층은, p형 AlGaN의 제1 층과 p형 AlGaN의 제2 층과 n형 AlGaN의 제3 층과 n형 AlGaN의 제4 층을 포함하는 발광소자를 제공한다.
실시예는 제1 도전형 반도체층과 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하는 심자외선 파장 영역의 광을 방출하는 발광 구조물; 제2 도전형 반도체층 상의 터널 정션층; 및 제1 도전형 반도체층 상의 제1 전극과 터널 정션층 상의 제2 전극을 포함하고, 상기 터널 정션층은, p-AlxGa1 - xN의 제1 층과, n-AlyGa1 - yN의 제4 층을 포함하는 발광소자를 제공한다.
제1 전극과 제2 전극 중 적어도 하나는, 티타늄(Ti)과, 알루미늄(Al)과, 니켈(Ni) 및 금(Au)을 포함할 수 있다.
발광 구조물은 심자외선 파장 영역의 광을 방출할 수 있다.
발광 구조물은 200 나노미터 내지 350 나노미터 파장 영역의 광을 방출할 수 있다.
제1 층과 제4 층은 서로 두께가 같고, 상기 제1 층의 두께는 1 나노미터 내지 1,000 나노미터일 수 있다.
제2 층과 제3 층은 서로 두께가 같고, 상기 제1 층의 두께는 1 나노미터 내지 100 나노미터일 수 있다.
제1 층은 p형 AlxGa1 - xN을 포함하고 상기 제4 층은 n형 AlyGa1 - yN의 제4 층을 포함하고, 상기 x와 y는 각각 0.4 이상일 수 있다.
제2 층은 p형 Alx'Ga1 - x'N을 포함하고 상기 제3 층은 n형 Aly'Ga1 - y'N을 포함하고, 상기 x'와 y'는 각각 0.4 이상일 수 있다.
제1 층의 도핑 농도는 1×1019/cm3 내지 1×1020/cm3일 수 있다.
제4 층의 도핑 농도는 1×1018/cm3 내지 1×1019/cm3일 수 있다.
실시예에 따른 발광소자들은, 발광 구조물 위에 터널 정션층이 형성되어 제1 전극과 동일한 재료로 제2 전극을 이룰 수 있으며, 따라서 상부에서의 광반사가 증가하여 발광소자의 광효율이 향상될 수 있다.
도 1은 종래의 발광소자를 나타낸 도면이고,
도 2는 발광소자의 제1 실시예를 나타낸 도면이고,
도 3은 발광소자의 제2 실시예를 나타낸 도면이고,
도 4는 발광소자가 배치된 발광소자 패키지의 일실시예를 나타낸 도면이고,
도 5는 발광소자가 배치된 살균장치의 일실시예를 나타낸 도면이고,
도 6은 발광소자가 배치된 조명장치의 일실시예를 나타낸 도면이다.
도 2는 발광소자의 제1 실시예를 나타낸 도면이고,
도 3은 발광소자의 제2 실시예를 나타낸 도면이고,
도 4는 발광소자가 배치된 발광소자 패키지의 일실시예를 나타낸 도면이고,
도 5는 발광소자가 배치된 살균장치의 일실시예를 나타낸 도면이고,
도 6은 발광소자가 배치된 조명장치의 일실시예를 나타낸 도면이다.
이하 상기의 목적을 구체적으로 실현할 수 있는 본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.
본 발명에 따른 실시예의 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.
도 2는 발광소자의 제1 실시예를 나타낸 도면이다.
실시예에 따른 발광소자(200a)는 기판(210)과, 버퍼층(215)과, 발광 구조물(220)과, 터널 정션층(tunel junction layer, 230)과, 제1 전극(252) 및 제2 전극(256)을 포함하여 이루어진다.
기판(210)은 반도체 물질 성장에 적합한 물질이나 캐리어 웨이퍼로 형성될 수 있으며, 열 전도성이 뛰어난 물질로 형성될 수 있고, 전도성 기판 또는 절연성 기판을 포함할 수 있다. 예컨대, 사파이어(Al2O3), SiO2, SiC, Si, GaAs, GaN, ZnO, GaP, InP, Ge, Ga203 중 적어도 하나를 사용할 수 있다.
버퍼층(215)은 기판(210)과 발광 구조물(220)의 사이에 배치되고, 버퍼층(215)의 재료는 3족-5족 화합물 반도체 예컨대, AlN 외에 AlAs, GaN, InN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN 중 적어도 하나로 형성될 수 있다.
사파이어 등으로 기판(210)을 형성하고, 기판(210) 상에 GaN이나 AlGaN을 포함하는 발광구조물(220)이 배치될 때, GaN이나 AlGaN과 사파이어 사이의 격자 부정합(lattice mismatch)이 매우 크고 이들 사이에 열 팽창 계수 차이도 매우 크기 때문에, 결정성을 악화시키는 전위(dislocation), 멜트 백(melt-back), 크랙(crack), 피트(pit), 표면 모폴로지(surface morphology) 불량 등이 발생할 수 있으므로, 버퍼층(215)으로 AlN을 사용할 수 있다.
발광 구조물(220)은 제1 도전형 반도체층(222)과 활성층(224) 및 제2 도전형 반도체층(226)을 포함하여 이루어진다.
제1 도전형 반도체층(222)은 Ⅲ-Ⅴ족, Ⅱ-Ⅵ족 등의 화합물 반도체로 구현될 수 있으며, 제1 도전형 도펀트가 도핑될 수 있다. 제1 도전형 반도체층(222)은 AlxInyGa(1-x-y)N (0=x=1, 0=y=1, 0=x+y=1)의 조성식을 갖는 반도체 물질, AlGaN, GaN, InAlGaN, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP, AlGaInP 중 어느 하나 이상으로 형성될 수 있으며, 예를 들어, 제1 도전형 반도체층(242)은 Al0 .55Ga0 .45N을 이루어질 수 있다.
제1 도전형 반도체층(222)이 n형 반도체층인 경우, 제1 도전형 도펀트는 Si, Ge, Sn, Se, Te 등과 같은 n형 도펀트를 포함할 수 있다. 제1 도전형 반도체층(222)은 단층 또는 다층으로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
발광 소자(200a)가 자외선(UV), 심자외선(Deep UV) 또는 무분극 발광 소자일 경우, 제1 도전형 반도체층(222)은 InAlGaN 및 AlGaN 중 적어도 하나를 포함할 수 있고, 제1 도전형 반도체층(222)이 AlGaN으로 이루어질 경우 Al의 함량은 50 %일 수 있다. 심자외선 발광소자의 경우 GaN에서 심자외선의 흡수가 많이 이루어지므로, 발광 구조물의 재료로 AlGaN을 사용할 수 있다. 자외선의 파장 영역은 100 나노미터 내지 380 나노미터일 수 있고, 심자외선의 파장 영역은 200 나노미터 내지 350 나노미터일 수 있다.
활성층(224)은 제1 도전형 반도체층(222)과 제2 도전형 반도체층(226) 사이에 배치되며, 단일 우물 구조(Double Hetero Structure), 다중 우물 구조, 단일 양자 우물 구조, 다중 양자 우물(MQW:Multi Quantum Well) 구조, 양자점 구조 또는 양자선 구조 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
활성층(244)은 Ⅲ-Ⅴ족 원소의 화합물 반도체 재료를 이용하여 우물층과 장벽층, 예를 들면 AlGaN/AlGaN, InGaN/GaN, InGaN/InGaN, AlGaN/GaN, InAlGaN/GaN, GaAs(InGaAs)/AlGaAs, GaP(InGaP)/AlGaP 중 어느 하나 이상의 페어 구조로 형성될 수 있으나 이에 한정되지는 않는다. 우물층은 장벽층의 에너지 밴드 갭보다 작은 에너지 밴드 갭을 갖는 물질로 형성될 수 있다.
특히, 실시예에 의한 활성층(224)이 자외선 또는 심자외선 파장의 빛을 생성할 수 있으며, 이때 활성층(224)은 다중양자우물 구조로 이루어질 수 있고, 상세하게는 AlxGa(1-x)N (0<x<1)을 포함하는 양자벽층과 AlyGa(1-y)N (0<x<y<1)을 포함하는 양자우물층의 페어 구조가 1주기 이상인 다중양자우물 구조일 수 있고, 여기서 양자우물층은 후술하는 제2 도전형의 도펀트를 포함할 수 있다. 양자 우물층에 첨가되는 제2 도전형 도펀트는 제2 도전형 반도체층(226)에 인접한 양자우물에서 더 많이 첨가될 수 있다.
제2 도전형 반도체층(226)은 반도체 화합물로 형성될 수 있다. 제2 도전형 반도체층(226)은 Ⅲ-Ⅴ족, Ⅱ-Ⅵ족 등의 화합물 반도체로 구현될 수 있으며, 제2 도전형 도펀트가 도핑될 수 있다. 제2 도전형 반도체층(226)은 예컨대, InxAlyGa1 -x-yN (0=x=1, 0=y=1, 0=x+y=1)의 조성식을 갖는 반도체 물질, AlGaN, GaN AlInN, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP, AlGaInP 중 어느 하나 이상으로 형성될 수 있으며, 예를 들어 제2 도전형 반도체층(226)이 AlxGa(1-x)N으로 이루어질 때 Al의 조성은 활성층(224)과 인접한 영역에서부터 멀어질수록 0.55부터 0.3으로 감소할 수 있고, Ga의 조성은 0.45부터 0.7로 증가할 수 있다.
제2 도전형 반도체층(226)이 p형 반도체층인 경우, 제2 도전형 도펀트는 Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등과 같은 p형 도펀트일 수 있다. 제2 도전형 반도체층(226)은 단층 또는 다층으로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 만일, 발광 소자(200a)가 자외선(UV), 심자외선(Deep UV) 또는 무분극 발광 소자일 경우, 제2 도전형 반도체층(226)은 InAlGaN 및 AlGaN 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
도시되지는 않았으나, 활성층(224)과 제2 도전형 반도체층(226)의 사이에는 전자 차단층(Electron blocking layer)가 배치될 수 있는데 초격자(superlattice) 구조의 전자 차단층이 배치될 수 있다. 초격자는 예를 들어 제2 도전형 도펀트로 도핑된 AlGaN이 배치될 수 있는데, 알루미늄의 조성비를 달리하는 GaN이 층(layer)을 이루어 복수 개 서로 교변하여 배치될 수 있다.
발광 구조물(220) 상에는 터널 정션층(230)이 배치되고, 제1 도전형 반도체층(122)과 터널 정션층(226) 상에는 각각 제1 전극(252)과 제2 전극(256)이 배치된다. 이때, 터널 정션층(230)으로부터 제2 도전형 반도체층(226)과 활성층(224) 및 제1 도전형 반도체층(222)의 일부까지 메사 식각되고, 노출된 제1 도전형 반도체층(222) 상에 제1 전극(252)이 배치될 수 있다.
터널 정션층(230)은, 제1 층(230a)과 제4 층(230d)을 포함할 수 있는데, 제1 층(230a)은 p형 AlGaN을 포함할 수 있고, 제4 층(230d)은 n형 AlGaN을 포함할 수 있으며, 보다 상세하게는 제1 층(230a)은 p형 AlxGa1 - xN을 포함할 수 있고, 제4 층(230d)은 n형 AlyGa1 - yN를 포함할 수 있다.
종래의 발광소자 특히 심자외선 영역의 광을 방출하는 발광소자는 p형 전극과 p형 AlGaN과의 컨택 특성을 위하여 p형 GaN을 배치하는데, p형 GaN은 광흡수가 증가하여 광효율이 저하되는 문제점이 있다.
본 실시예에 따른 발광소자(200a)는 제2 도전형 반도체층(226) 위에 상술한 터널 정션층(230)을 배치하여, 상부에 n형 AlGaN이 배치된다. 따라서, 제1 전극(252)과 제2 전극(256)으로 동일한 재료를 사용할 수 있게 되는데, n형 AlGaN과 컨택 특성이 우수한 티타늄(Ti)과, 알루미늄(Al)과, 니켈(Ni) 및 금(Au)을 포함하여, 보다 상세하게는 티타늄/알루미늄/니켈/금이 별개의 층으로 이루어질 수 있다.
이때, 제1 전극(252)과 제2 전극(256)은 n형 AlGaN과의 컨택 특성이 우수하여, 발광 구조몰(220) 내의 제1 도전형 반도체층(222)과 제2 도전형 반도체층(226)으로 전자와 정공의 주입이 원활할 수 있다. 또한, 제1 전극(252)과 특히 제2 전극(256)은 특히 알루미늄으로 인한 반사 특성이 우수할 수 있고, 제2 전극(256)을 터널 정션층(230) 위의 넓은 면적에 배치하여 아랫 방향으로 광 반사를 증가시킬 수 있다.
도 3은 발광소자의 제2 실시예를 나타낸 도면이다.
본 실시예에 따른 발광소자(200b)는 상술한 제1 실시예에 따른 발광소자(200a)와 유사하나, 터널 정션층(230)의 구조 및/또는 조성이 상이할 수 있다.
본 실시예에 따른 발광소자(200b)에서, 터널 정션층(230)은 제1 층 내지 제4 층(230a~230d)을 포함하는데, 상술한 실시예와 비교하면 제2 층(230b)과 제3 층(230c)이 추가되고 있다.
제1 층(230a)과 제2 층(230b)은 p형 AlGaN을 포함할 수 있고, 제3 층(230c)과 제4 층(230d)은 n형 AlGaN을 포함할 수 있으며, 보다 상세하게는 제1 층(230a)과 p형 AlxGa1 - xN을 포함할 수 있고, 제2 층(230b)은 p형 Alx'Ga1 - x'N를 포함할 수 있고, 제3 층(230c)은 n형 Aly'Ga1 - y'N를 포함할 수 있으며, 제4 층은 n형 AlyGa1 - yN을 포함할 수 있다.
그리고, 제1 층(230a)은 p-AlxGa1 - xN일 수 있고, 제2 층(230b)은 p++Alx'Ga1 -x'N일 수 있고, 제3 층(230c)은 n++Aly'Ga1 - y'N일 수 있으며, 제4 층(230d)은 n-AlyGa1-yN일 수 있다. 즉, 제1 층(230a)과 제4 층(230d)의 도핑 농도에 비하여, 제2 층(230b)과 제3 층(230c)의 도핑 농도가 높을 수 있다.
제1 층(230a)과 제2 층(230b)에서 x와 x'는 같거나 다를 수 있는데, 즉 제1 층(230a)과 제2 층(230b)이 동일한 조성을 가질 수 있다. 그리고, 제3 층(230c)과 제4 층(230d)에서 y와 y'는 같거나 다를 수 있는데, 즉 제3 층(230c)과 제4 층(230d)이 동일한 조성을 가질 수 있다. 여기서, x, x', y, y'는 모두 0.4 이상일 수 있는데, 즉 터널 정션층(230) 내의 각 층에서 알루미늄의 조성비가 0.4 이상일 때 터널 정션을 통한 발광 구조물(220)과 제2 전극(256)의 접촉 특성의 향상을 기대할 수 있다.
그리고, 제1 층(230a)의 도핑 농도는 1×1019/cm3 내지 1×1020/cm3이고, 제4 층(230d)의 도핑 농도는 1×1018/cm3 내지 1×1019/cm3일 수 있다. 상술한 범위는 전기적 특성의 확보를 위한 것이며, 제1 층(230a)와 제4 레이더(230d)의 도핑 농도가 상술한 범위보다 작으면 전기적 특성이 저하될 수 있고, 상술한 범위보다 높으면 불순물이 너무 증가하고 막 품질이 저하될 수 있다.
제1 층(230a)의 두께(t1)와 제4 층(230d)의 두께(t4)는, 상대적으로 도핑 농도가 높은 제2 층(230b)의 두께(t2)와 제3 층(230c)의 두께(t3)보다 클 수 있다. 구체적으로, 제1 층(230a)의 두께(t1)와 제4 층(230d)의 두께(t4)는 서로 같을 수 있고 1 나노미터 내지 1,000 나노미터일 수 있고, 제2 층(230b)의 두께(t2)와 제3 층(230c)의 두께(t3)는 서로 같을 수 있고 1 나노미터 내지 100 나노미터일 수 있다. 각 층의 두께가 너무 얇으면 터널 정션 작용에 충분하지 않을 수 있고, 너무 두꺼우면 광흡수가 증가할 수 있다.
실시예에 따른 발광소자들은, 발광 구조물 위에 터널 정션층이 형성되어 제1 전극과 동일한 재료로 제2 전극을 이룰 수 있으며, 따라서 상부에서의 광반사가 증가하여 발광소자의 광효율이 향상될 수 있다.
도 4는 발광소자가 배치된 발광소자 패키지의 일실시예를 나타낸 도면이다.
실시예에 따른 발광소자 패키지(300)는 플립 칩 타입의 발광소자 패키지로서, 캐비티를 포함하는 몸체(310)와, 상기 몸체(310)에 설치된 제1 리드 프레임(Lead Frame, 321) 및 제2 리드 프레임(322)과, 상기 몸체(310)에 설치되어 상기 제1 리드 프레임(321) 및 제2 리드 프레임(322)과 전기적으로 연결되는 상술한 실시예들에 따른 발광소자(200)와, 상기 캐비티에 형성된 몰딩부(350)를 포함한다.
몸체(310)는 실리콘 재질, 합성수지 재질, 또는 금속 재질을 포함하여 형성될 수 있다. 상기 몸체(310)가 금속 재질 등 도전성 물질로 이루어지면, 도시되지는 않았으나 상기 몸체(310)의 표면에 절연층이 코팅되어 상기 제1,2 리드 프레임(321, 322) 간의 전기적 단락을 방지할 수 있다.
제1 리드 프레임(321) 및 제2 리드 프레임(322)은 서로 전기적으로 분리되며, 상기 발광소자(200)에 전류를 공급한다. 또한, 제1 리드 프레임(321) 및 제2 리드 프레임(322)은 발광소자(200)에서 발생된 광을 반사시켜 광 효율을 증가시킬 수 있으며, 발광소자(200)에서 발생된 열을 외부로 배출시킬 수도 있다.
발광소자(200)는 볼 형상의 솔더(340)에 의하여 제1 리드 프레임(321) 및 제2 리드 프레임(322)에 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 몰딩부(350)는 상기 발광소자(200)를 포위하여 보호할 수 있다. 또한, 상기 몰딩부(350) 상에는 형광체(360)가 몰딩부(350)와 별개의 층으로 컨포멀(Conformal) 코팅되어 있다. 이러한 구조는 형광체(360)가 분포되어, 발광소자(200)로부터 방출되는 빛의 파장을 발광소자 패키지(300)의 빛이 출사되는 전 영역에서 변환시킬 수 있다.
발광소자(200)에서 방출된 제1 파장 영역의 광이 상기 형광체(360)에 의하여 여기되어 제2 파장 영역의 광으로 변환되고, 상기 제2 파장 영역의 광은 렌즈(미도시)를 통과하면서 광경로가 변경될 수 있다.
상술한 발광소자 패키지(300)는 내부에 배치된 발광소자(200)는, 발광 구조물 위에 터널 정션층이 형성되어 제1 전극과 동일한 재료로 제2 전극을 이룰 수 있으며, 따라서 상부에서의 광반사가 증가하여 발광소자의 광효율이 향상될 수 있다.
발광소자 패키지(300)는 상술한 실시예들에 따른 발광소자 중 하나 또는 복수 개로 탑재할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
실시 예에 따른 발광소자 패키지는 라이트 유닛으로 기능할 수 있다. 또 다른 실시 예는 상술한 실시예들에 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 살균장치와 조명 장치를 설명한다.
도 5는 발광소자가 배치된 살균장치의 일실시예를 나타낸 도면이다.
살균장치(600)는, 하우징(601)의 일면에 실장된 발광 모듈부(610)와, 방출된 심자외선 파장 대역의 광을 난반사시키는 난반사 반사 부재(630a, 630b)와, 발광 모듈부(610)에서 필요한 가용전력을 공급하는 전원 공급부(620)를 포함한다.
먼저 하우징(601)은 장방형 구조로 이루어지며 발광 모듈부(610)와 난반사 반사부재(630a, 630b) 및 전원 공급부(620)를 모두 내장하는 일체형 즉 콤팩트한 구조로 형성될 수 있다. 또한, 하우징(601)은 살균장치(600) 내부에서 발생된 열을 외부로 방출시키기에 효과적인 재질 및 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 하우징(601)의 재질은 Al, Cu 및 이들의 합금 중 어느 하나의 재질로 이루어 질 수 있다. 따라서, 하우징(601)의 외기와의 열전달 효율이 향상되어, 방열 특성이 개선될 수 있다.
또는, 하우징(601)은 특유한 외부 표면 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 하우징(601)은 예를 들어 코러게이션(corrugation) 또는 메쉬(mesh) 또는 불특정 요철 무늬 형상으로 돌출 형성되는 외부 표면 형상을 가질 수 있다. 따라서, 하우징(601)의 외기와의 열전달 효율이 더욱 향상되어 방열 특성이 개선될 수 있다.
한편, 이러한 하우징(601)의 양단에는 부착판(650)이 더 배치될 수 있다. 부착판(650)은 도 5에 예시된 바와 같이 하우징(601)을 전체 설비 장치에 구속시켜 고정하는데 사용되는 브라켓 기능의 부재를 의미한다. 이러한 부착판(650)은 하우징(601)의 양단에서 일측 방향으로 돌출 형성될 수 있다. 여기서, 일측 방향은 심자외선이 방출되고 난반사가 일어나는 하우징(601)의 내측 방향일 수 있다.
따라서, 하우징(601)으로부터 양단 상에 구비된 부착판(650)은 전체 설비 장치와의 고정 영역을 제공하여, 하우징(601)이 보다 효과적으로 고정 설치될 수 있도록 한다.
부착판(650)은 나사 체결 수단, 리벳 체결 수단, 접착 수단 및 탈착 수단 중 어느 하나의 형태를 가질 수 있으며, 이들 다양한 결합 수단의 방식은 당업자의 수준에서 자명하므로, 여기서 상세한 설명은 생략하기로 한다.
한편, 발광 모듈부(610)는 전술한 하우징(601)의 일면 상에 실장 되는 형태로 배치된다. 발광 모듈부(610)는 공기 중의 미생물을 살균 처리하도록 심자외선을 방출하는 역할을 한다. 이를 위해, 발광 모듈부(610)는 기판(612)과, 기판(612)에 탑재된 다수의 발광 소자(200)를 포함한다. 여기서, 발광 소자(200)는 상술한 발광소자를 포함하여 광효율이 향상될 수 있다.
기판(612)은 하우징(601)의 내면을 따라 단일 열로 배치되어 있으며, 회로 패턴(미도시)을 포함하는 PCB일 수 있다. 다만, 기판(612)은 일반 PCB 뿐 아니라, 메탈 코어 PCB(MCPCB, Metal Core PCB), 연성(flexible) PCB 등을 포함할 수도 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
다음으로, 난반사 반사부재(630a, 630b)는 전술한 발광 모듈부(610)에서 방출된 심자외선을 강제로 난반사시키도록 형성되는 반사판 형태의 부재를 의미한다. 이러한 난반사 반사부재(630a, 630b)의 전면 형상 및 배치 형상은 다양한 형상을 가질 수 있다. 난반사 반사부재(630a, 630b)의 면상 구조(예: 곡률반경 등)를 조금씩 변경하여 설계함에 따라, 난반사된 심자외선이 중첩되게 조사되어 조사 강도가 강해지거나, 또는 조사 영역되는 영역의 폭이 확장될 수 있다.
전원 공급부(620)는 전원을 도입 받아 전술된 발광 모듈부(610)에서 필요한 가용전력을 공급하는 역할을 한다. 이러한 전원 공급부(620)는 전술한 하우징(601) 내에 배치될 수 있다. 도 5에 예시된 바와 같이, 전원 공급부(620)는 난반사 반사부재(630a, 630b)와 발광 모듈부(610) 사이의 이격 공간의 내벽 쪽에 배치될 수 있다. 외부 전원을 전원 공급부(620) 측으로 도입시키기 위해 상호 간을 전기적으로 연결하는 전원 연결부(640)가 더 배치될 수 있다.
도 5에 예시된 바와 같이, 전원 연결부(640)의 형태는 면상일 수 있으나, 외부의 전원 케이블(미도시)이 전기적으로 접속될 수 있는 소켓 또는 케이블 슬롯의 형태를 가질 수 있다. 그리고 전원 케이블은 플렉시블한 연장 구조를 가져, 외부 전원과의 연결이 용이한 형태로 이루어질 수 있다.
도 6은 발광소자가 배치된 조명장치의 일실시예를 나타낸 도면이다.
본 실시예에 따른 조명 장치는 커버(1100), 광원 모듈(1200), 방열체(1400), 전원 제공부(1600), 내부 케이스(1700), 소켓(1800)을 포함할 수 있다. 또한, 실시 예에 따른 조명 장치는 부재(1300)와 홀더(1500) 중 어느 하나 이상을 더 포함할 수 있고, 광원 모듈(1200)은 상술한 실시예들에 따른 발광소자를 포함하여 광효율이 향상될 수 있다.
커버(1100)는 벌브(bulb) 또는 반구의 형상을 가지며, 속이 비어 있고, 일 부분이 개구된 형상으로 제공될 수 있다. 상기 커버(1100)는 상기 광원 모듈(1200)과 광학적으로 결합될 수 있다. 예를 들어, 상기 커버(1100)는 상기 광원 모듈(1200)로부터 제공되는 빛을 확산, 산란 또는 여기 시킬 수 있다. 상기 커버(1100)는 일종의 광학 부재일 수 있다. 상기 커버(1100)는 상기 방열체(1400)와 결합될 수 있다. 상기 커버(1100)는 상기 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. 상기 커버(1100)의 내면의 표면 거칠기는 상기 커버(1100)의 외면의 표면 거칠기보다 크게 형성될 수 있다. 이는 상기 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, 폴리카보네이트는내광성, 내열성, 강도가 뛰어나다. 상기 커버(1100)는 외부에서 상기 광원 모듈(1200)이 보이도록 투명할 수 있고, 불투명할 수 있다. 상기 커버(1100)는 블로우(blow) 성형을 통해 형성될 수 있다.
광원 모듈(1200)은 상기 방열체(1400)의 일 면에 배치될 수 있다. 따라서, 광원 모듈(1200)로부터의 열은 상기 방열체(1400)로 전도된다. 상기 광원 모듈(1200)은 발광소자 패키지(1210), 연결 플레이트(1230), 커넥터(1250)를 포함할 수 있다.
부재(1300)는 상기 방열체(1400)의 상면 위에 배치되고, 복수의 발광소자 패키지(1210)들과 커넥터(1250)이 삽입되는 가이드홈(1310)들을 갖는다. 가이드홈(1310)은 상기 발광소자 패키지(1210)의 기판 및 커넥터(1250)와 대응된다.
부재(1300)의 표면은 빛 반사 물질로 도포 또는 코팅된 것일 수 있다. 예를 들면, 부재(1300)의 표면은 백색의 도료로 도포 또는 코팅된 것일 수 있다. 이러한 상기 부재(1300)는 상기 커버(1100)의 내면에 반사되어 상기 광원 모듈(1200)측 방향으로 되돌아오는 빛을 다시 상기 커버(1100) 방향으로 반사한다. 따라서, 실시 예에 따른 조명 장치의 광 효율을 향상시킬 수 있다.
부재(1300)는 예로서 절연 물질로 이루어질 수 있다. 상기 광원 모듈(1200)의 연결 플레이트(1230)는 전기 전도성의 물질을 포함할 수 있다. 따라서, 상기 방열체(1400)와 상기 연결 플레이트(1230) 사이에 전기적인 접촉이 이루어질 수 있다. 상기 부재(1300)는 절연 물질로 구성되어 상기 연결 플레이트(1230)와 상기 방열체(1400)의 전기적 단락을 차단할 수 있다. 상기 방열체(1400)는 상기 광원 모듈(1200)로부터의 열과 상기 전원 제공부(1600)로부터의 열을 전달받아 방열한다.
홀더(1500)는 내부 케이스(1700)의 절연부(1710)의 수납홈(1719)을 막는다. 따라서, 상기 내부 케이스(1700)의 상기 절연부(1710)에 수납되는 상기 전원 제공부(1600)는 밀폐된다. 홀더(1500)는 가이드 돌출부(1510)를 갖는다. 가이드 돌출부(1510)는 상기 전원 제공부(1600)의 돌출부(1610)가 관통하는 홀을 갖는다.
전원 제공부(1600)는 외부로부터 제공받은 전기적 신호를 처리 또는 변환하여 상기 광원 모듈(1200)로 제공한다. 전원 제공부(1600)는 상기 내부 케이스(1700)의 수납홈(1719)에 수납되고, 상기 홀더(1500)에 의해 상기 내부 케이스(1700)의 내부에 밀폐된다. 상기 전원 제공부(1600)는 돌출부(1610), 가이드부(1630), 베이스(1650), 연장부(1670)를 포함할 수 있다.
상기 가이드부(1630)는 상기 베이스(1650)의 일 측에서 외부로 돌출된 형상을 갖는다. 상기 가이드부(1630)는 상기 홀더(1500)에 삽입될 수 있다. 상기 베이스(1650)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(1200)의 구동을 제어하는 구동칩, 상기 광원 모듈(1200)을 보호하기 위한 ESD(ElectroStatic discharge) 보호 소자 등을 포함할 수 있으나 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 연장부(1670)는 상기 베이스(1650)의 다른 일 측에서 외부로 돌출된 형상을 갖는다. 상기 연장부(1670)는 상기 내부 케이스(1700)의 연결부(1750) 내부에 삽입되고, 외부로부터의 전기적 신호를 제공받는다. 예컨대, 상기 연장부(1670)는 상기 내부 케이스(1700)의 연결부(1750)의 폭과 같거나 작게 제공될 수 있다. 상기 연장부(1670)에는 "+ 전선"과 "- 전선"의 각 일 단이 전기적으로 연결되고, "+ 전선"과 "- 전선"의 다른 일 단은 소켓(1800)에 전기적으로 연결될 수 있다.
내부 케이스(1700)는 내부에 상기 전원 제공부(1600)와 함께 몰딩부를 포함할 수 있다. 몰딩부는몰딩 액체가 굳어진 부분으로서, 상기 전원 제공부(1600)가 상기 내부 케이스(1700) 내부에 고정될 수 있도록 한다.
이상과 같이 실시예는 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
100, 200, 200a, 200b: 발광소자
110, 210: 기판 115, 215: 버퍼층
120, 220: 발광 구조물 140: p-GaN
152, 252: 제1 전극 156, 256: 제2 전극
230: 터널 정션층 300: 발광소자 패키지
600: 조명장치
110, 210: 기판 115, 215: 버퍼층
120, 220: 발광 구조물 140: p-GaN
152, 252: 제1 전극 156, 256: 제2 전극
230: 터널 정션층 300: 발광소자 패키지
600: 조명장치
Claims (10)
- 기판:
상기 기판 상에 제1 도전형 반도체층과 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하는 자외선 파장 영역의 광을 방출하는 발광 구조물;
제2 도전형 반도체층 상의 터널 정션층; 및
제1 도전형 반도체층 상의 제1 전극과 터널 정션층 상의 제2 전극을 포함하고,
상기 터널 정션층은, p형 AlGaN의 제1 층과 p형 AlGaN의 제2 층과 n형 AlGaN의 제3 층과 n형 AlGaN의 제4 층을 포함하는 발광소자. - 제1 항에 있어서, 상기 제1 전극과 제2 전극 중 적어도 하나는,
티타늄(Ti)과, 알루미늄(Al)과, 니켈(Ni) 및 금(Au)을 포함하는 발광소자. - 제1 항에 있어서,
상기 발광 구조물은 심자외선 파장 영역의 광을 방출하는 발광소자. - 제1 항 또는 제3 항에 있어서,
상기 발광 구조물은 200 나노미터 내지 350 나노미터 파장 영역의 광을 방출하는 발광소자. - 제1 항에 있어서,
상기 제1 층과 제4 층은 서로 두께가 같고, 상기 제1 층의 두께는 1 나노미터 내지 1,000 나노미터인 발광소자. - 제2 항에 있어서,
상기 제2 층과 제3 층은 서로 두께가 같고, 상기 제1 층의 두께는 1 나노미터 내지 100 나노미터인 발광소자. - 제1 항에 있어서,
상기 제1 층은 p형 AlxGa1 - xN을 포함하고 상기 제4 층은 n형 AlyGa1 - yN의 제4 층를 포함하고, 상기 x와 y는 각각 0.4 이상인 발광소자. - 제1 항에 있어서,
상기 제2 층은 p형 Alx'Ga1 - x'N을 포함하고 상기 제3 층은 n형 Aly'Ga1 - y'N을 포함하고, 상기 x'와 y'는 각각 0.4 이상인 발광소자. - 제1 항에 있어서,
상기 제1 층의 도핑 농도는 1×1019/cm3 내지 1×1020/cm3인 발광소자. - 제1 항에 있어서,
상기 제4 층의 도핑 농도는 1×1018/cm3 내지 1×1019/cm3인 발광소자.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020130156422A KR20150069824A (ko) | 2013-12-16 | 2013-12-16 | 발광소자 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020130156422A KR20150069824A (ko) | 2013-12-16 | 2013-12-16 | 발광소자 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20150069824A true KR20150069824A (ko) | 2015-06-24 |
Family
ID=53516849
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020130156422A KR20150069824A (ko) | 2013-12-16 | 2013-12-16 | 발광소자 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20150069824A (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20210034988A (ko) * | 2019-09-23 | 2021-03-31 | 주식회사 포톤웨이브 | 자외선 led의 제조 방법 및 그에 따른 자외선 led |
-
2013
- 2013-12-16 KR KR1020130156422A patent/KR20150069824A/ko not_active Application Discontinuation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20210034988A (ko) * | 2019-09-23 | 2021-03-31 | 주식회사 포톤웨이브 | 자외선 led의 제조 방법 및 그에 따른 자외선 led |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E601 | Decision to refuse application |