KR20150078314A - 발광소자 - Google Patents
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Abstract
실시 예에 따른 발광소자는, 제1 도전형 반도체층, 상기 제1 도전형 반도체층 아래에 배치된 활성층, 상기 활성층 아래에 배치된 제2 도전형 반도체층을 포함하는 발광구조물; 상기 발광구조물 위에 배치되며, 상부 면에 제공된 요철 구조를 포함하는 보호층; 상기 제1 도전형 반도체층에 전기적으로 연결된 제1 전극; 상기 제2 도전형 반도체층에 전기적으로 연결된 제2 전극; 을 포함하고, 상기 제1 도전형 반도체층의 상부면이 편평하게 제공되고, 상기 제1 도전형 반도체층의 두께가 1 마이크로 미터 내지 1.5 마이크로 미터로 제공된다.
Description
실시 예는 발광소자, 발광소자 패키지 및 라이트 유닛에 관한 것이다.
발광소자의 하나로서 발광 다이오드(LED: Light Emitting Diode)가 많이 사용되고 있다. 발광 다이오드는 화합물 반도체의 특성을 이용해 전기 신호를 적외선, 가시광선, 자외선과 같은 빛의 형태로 변환한다.
발광소자의 광 효율이 증가됨에 따라 표시장치, 조명기기를 비롯한 다양한 분야에 발광소자가 적용되고 있다.
실시 예는 광 추출 효율을 향상시킬 수 있는 발광소자, 발광소자 패키지, 라이트 유닛을 제공한다.
실시 예에 따른 발광소자는, 제1 도전형 반도체층, 상기 제1 도전형 반도체층 아래에 배치된 활성층, 상기 활성층 아래에 배치된 제2 도전형 반도체층을 포함하는 발광구조물; 상기 발광구조물 위에 배치되며, 상부 면에 제공된 요철 구조를 포함하는 보호층; 상기 제1 도전형 반도체층에 전기적으로 연결된 제1 전극; 상기 제2 도전형 반도체층에 전기적으로 연결된 제2 전극; 을 포함하고, 상기 제1 도전형 반도체층의 상부면이 편평하게 제공되고, 상기 제1 도전형 반도체층의 두께가 1 마이크로 미터 내지 1.5 마이크로 미터로 제공된다.
실시 예에 따른 발광소자는, 제1 도전형 반도체층, 상기 제1 도전형 반도체층 아래에 배치된 활성층, 상기 활성층 아래에 배치된 제2 도전형 반도체층을 포함하는 발광구조물; 상기 발광구조물 위에 배치되며, 상부 면에 제공된 요철 구조를 포함하는 보호층; 상기 제1 도전형 반도체층에 전기적으로 연결된 제1 전극; 상기 제2 도전형 반도체층에 전기적으로 연결된 제2 전극; 을 포함하고, 상기 활성층에서 발광되는 빛의 파장은 적색 파장 대역의 빛을 방출하고, 상기 제1 도전형 반도체층의 두께가 1 마이크로 미터 내지 1.5 마이크로 미터로 제공되고, 상기 보호층의 두께가 상기 제1 도전형 반도체층의 두께에 비하여 더 두껍게 제공된다.
실시 예에 따른 발광소자, 발광소자 패키지, 라이트 유닛은 광 추출 효율을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
도 1은 실시 예에 따른 발광소자를 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 발광소자의 영역 A를 확대하여 나타낸 도면이다.
도 3은 실시 예에 따른 발광소자에 적용된 반도체층의 두께에 따른 투과율 변화를 나타낸 그래프이다.
도 4 내지 도 7은 실시 예에 따른 발광소자 제조방법을 나타낸 도면이다.
도 8은 실시 예에 따른 발광소자의 다른 예를 설명하는 도면이다.
도 9는 실시 예에 따른 발광소자 패키지를 나타낸 도면이다.
도 10은 실시 예에 따른 표시장치를 나타낸 도면이다.
도 11은 실시 예에 따른 표시장치의 다른 예를 나타낸 도면이다.
도 12는 실시 예에 따른 조명장치를 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 발광소자의 영역 A를 확대하여 나타낸 도면이다.
도 3은 실시 예에 따른 발광소자에 적용된 반도체층의 두께에 따른 투과율 변화를 나타낸 그래프이다.
도 4 내지 도 7은 실시 예에 따른 발광소자 제조방법을 나타낸 도면이다.
도 8은 실시 예에 따른 발광소자의 다른 예를 설명하는 도면이다.
도 9는 실시 예에 따른 발광소자 패키지를 나타낸 도면이다.
도 10은 실시 예에 따른 표시장치를 나타낸 도면이다.
도 11은 실시 예에 따른 표시장치의 다른 예를 나타낸 도면이다.
도 12는 실시 예에 따른 조명장치를 나타낸 도면이다.
실시 예의 설명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴들의 "상/위(on)"에 또는 "하/아래(under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "상/위(on)"와 "하/아래(under)"는 "직접(directly)" 또는 "다른 층을 개재하여 (indirectly)" 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 각 층의 상/위 또는 하/아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시 예들에 따른 발광소자, 발광소자 패키지, 라이트 유닛 및 발광소자 제조방법에 대해 상세히 설명하도록 한다.
도 1은 실시 예에 따른 발광소자를 나타낸 도면이고, 도 2는 도 1에 도시된 발광소자의 영역 A를 확대하여 나타낸 도면이다.
실시 예에 따른 발광소자는, 도 1 및 도 2에 나타낸 바와 같이, 발광구조물(10)과 보호층(80)을 포함할 수 있다.
상기 발광구조물(10)은 제1 도전형 반도체층(11), 활성층(12), 제2 도전형 반도체층(13)을 포함할 수 있다. 상기 활성층(12)은 상기 제1 도전형 반도체층(11)과 상기 제2 도전형 반도체층(13) 사이에 배치될 수 있다. 상기 활성층(12)은 상기 제1 도전형 반도체층(11) 아래에 배치될 수 있으며, 상기 제2 도전형 반도체층(13)은 상기 활성층(12) 아래에 배치될 수 있다.
예로서, 상기 제1 도전형 반도체층(11)이 제1 도전형 도펀트로서 n형 도펀트가 첨가된 n형 반도체층으로 형성되고, 상기 제2 도전형 반도체층(13)이 제2 도전형 도펀트로서 p형 도펀트가 첨가된 p형 반도체층으로 형성될 수 있다. 또한 상기 제1 도전형 반도체층(11)이 p형 반도체층으로 형성되고, 상기 제2 도전형 반도체층(13)이 n형 반도체층으로 형성될 수도 있다.
상기 제1 도전형 반도체층(11)은 예를 들어, n형 반도체층을 포함할 수 있다. 상기 제1 도전형 반도체층(11)은 화합물 반도체로 구현될 수 있다. 상기 제1 도전형 반도체층(11)은 예로서 II족-VI족 화합물 반도체 또는 III족-V족 화합물 반도체로 구현될 수 있다.
예컨대, 상기 제1 도전형 반도체층(11)은 (AlxGa1 -x)yIn1 - yP(0≤x≤1, 0≤y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 재료로 구현될 수 있다. 상기 제1 도전형 반도체층(11)은 상기 조성식에서 y는 0.5의 값을 갖고, x는 0.5 내지 0.8의 값을 가질 수도 있다. 상기 제1 도전형 반도체층(11)은 예를 들어 AlGaInP, AlInP, GaP, GaInP 등에서 선택될 수 있으며, Si, Ge, Sn, Se, Te 등의 n형 도펀트가 도핑될 수 있다.
상기 활성층(12)은 상기 제1 도전형 반도체층(11)을 통해서 주입되는 전자(또는 정공)와 상기 제2 도전형 반도체층(13)을 통해서 주입되는 정공(또는 전자)이 서로 만나서, 상기 활성층(12)의 형성 물질에 따른 에너지 밴드(Energy Band)의 밴드갭(Band Gap) 차이에 의해서 빛을 방출하는 층이다. 상기 활성층(12)은 단일 우물 구조, 다중 우물 구조, 양자점 구조 또는 양자선 구조 중 어느 하나로 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 활성층(12)은 화합물 반도체로 구현될 수 있다. 상기 활성층(12)은 예로서 II족-VI족 또는 III족-V족 화합물 반도체로 구현될 수 있다. 상기 활성층(12)은 예로서 (AlxGa1 -x)yIn1 - yP(0≤x≤1, 0≤y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 재료로 구현될 수 있다. 상기 활성층(12)은 예를 들어 AlGaInP, AlInP, GaP, GaInP 등에서 선택될 수 있다. 상기 활성층(12)이 다중 우물 구조로 구현된 경우, 상기 활성층(12)은 복수의 우물층과 복수의 장벽층이 적층되어 구현될 수 있다.
상기 제2 도전형 반도체층(13)은 예를 들어, p형 반도체층으로 구현될 수 있다. 상기 제2 도전형 반도체층(13)은 화합물 반도체로 구현될 수 있다. 상기 제2 도전형 반도체층(13)은 예로서 II족-VI족 화합물 반도체 또는 III족-V족 화합물 반도체로 구현될 수 있다.
예컨대, 상기 제2 도전형 반도체층(13)은 (AlxGa1 -x)yIn1 - yP(0≤x≤1, 0≤y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 재료로 구현될 수 있다. 상기 제2 도전형 반도체층(13)은, 예를 들어 AlGaInP, AlInP, GaP, GaInP 등에서 선택될 수 있으며, Mg, Zn, Ca, Sr, Ba, C 등의 p형 도펀트가 도핑될 수 있다.
예로서, 상기 발광구조물(10)은 알루미늄(Al), 갈륨(Ga), 인듐(In), 인(P)으로부터 선택된 적어도 두 개 이상의 원소를 포함하여 구현될 수 있다.
한편, 상기 제1 도전형 반도체층(11)이 p형 반도체층을 포함하고 상기 제2 도전형 반도체층(13)이 n형 반도체층을 포함할 수도 있다. 또한, 상기 제2 도전형 반도체층(13) 아래에는 n형 또는 p형 반도체층을 포함하는 반도체층이 더 형성될 수도 있다. 이에 따라, 상기 발광구조물(10)은 np, pn, npn, pnp 접합 구조 중 적어도 어느 하나를 가질 수 있다. 또한, 상기 제1 도전형 반도체층(11) 및 상기 제2 도전형 반도체층(13) 내의 불순물의 도핑 농도는 균일 또는 불균일하게 형성될 수 있다. 즉, 상기 발광구조물(10)의 구조는 다양하게 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
실시 예에 따른 발광소자는 윈도우층(15)을 포함할 수 있다. 상기 윈도우층(15)은 (AlxGa1 -x)yIn1 - yP(0≤x≤1, 0≤y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 재료로 구현될 수 있다. 상기 윈도우층(15)은, 예를 들어 AlGaInP, AlInP, GaP, GaInP 등에서 선택될 수 있다. 상기 윈도우층(15)은 상기 제2 도전형 반도체층(13) 아래에 배치될 수 있다. 상기 윈도우층(15)은 전류 퍼짐 효과를 제공할 수 있다.
실시 예에 따른 발광소자는 ODR(Omni Directional Reflector)층(21), 오믹접촉층(23), 반사층(30)을 포함할 수 있다.
상기 ODR층(21)은 상부 방향으로부터 입사되는 빛을 상부 방향으로 반사시키는 기능을 수행할 수 있다. 상기 ODR층(21)은 예로서 상기 발광구조물(10)에 비해 낮은 굴절률을 갖도록 구현될 수 있다. 상기 ODR층(21)은 상기 발광구조물(10)을 이루는 물질의 굴절률과 큰 차이를 갖는 낮은 굴절률을 갖도록 선택됨으로써, 반사 기능을 제공할 수 있다. 상기 ODR층(21)은 상기 윈도우층(15)에 접촉되어 배치될 수 있다.
상기 ODR층(21)은 산화물 또는 질화물을 포함할 수 있다. 상기 ODR층(21)은 예로서, SiO2, SiNx, ITO(Indium-Tin-Oxide), IZO(Indium-Zinc-Oxide), AZO(Aluminum-Zinc-Oxide), ATO(Antimony-Tin-Oxide), IZTO(Indium-Zinc-Tin-Oxide), IAZO(Indium-Aluminum-Zinc-Oxide), GZO(Gallium-Zinc-Oxide), IGZO(Indium-Gallium-Zinc-Oxide), IGTO(Indium-Gallium-Tin-Oxide), AZO(Aluminum-Zinc-Oxide) 등의 물질 중에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 오믹접촉층(23)은 상기 윈도우층(15)과 오믹 접촉되도록 구현될 수 있다. 상기 오믹접촉층(23)은 상기 윈도우층(15)과 오믹 접촉되는 영역을 포함할 수 있다. 상기 오믹접촉층(23)은 상기 발광구조물(10)에 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 오믹접촉층(23)은 상기 ODR층(21)을 관통하여 배치될 수 있다. 예로서, 상기 오믹접촉층(23)은 원 또는 타원 형상의 상부면을 갖도록 구현될 수 있다. 상기 오믹접촉층(23)은 예로서, Au, Au/AuBe/Au, AuZn, ITO, AuBe, GeAu 등의 물질 중에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 반사층(30)은 상기 오믹접촉층(23) 아래에 배치될 수 있다. 상기 반사층(30)은 상기 ODR층(21) 아래에 배치될 수 있다. 상기 반사층(30)은 상부 방향으로부터 입사되는 빛을 상부 방향으로 반사시키는 기능을 수행할 수 있다. 상기 반사층(30)은 예로서, Ag, Au, Al 등의 물질 중에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
실시 예에 따른 발광소자는 본딩층(40)과 지지기판(50)을 포함할 수 있다. 상기 본딩층(40)은 상기 반사층(30)과 상기 지지기판(50)을 부착시켜 주는 기능을 수행할 수 있다.
상기 본딩층(40)은 예로서, Sn, AuSn, Pd, Al, Ti, Au, Ni, Cr, Ga, In, Bi, Cu, Ag, Nb, Ta, Ti/Au/In/Au 등의 물질 중에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 상기 지지기판(50)은 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 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
실시 예에 따른 발광소자는, 상기 발광구조물(10) 위에 배치된 제1 전극(60)과 전극패드(70)를 포함할 수 있다.
상기 제1 전극(60)은 상기 제1 도전형 반도체층(11)에 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 제1 전극(60)은 상기 제1 도전형 반도체층(11)에 접촉되어 배치될 수 있다. 상기 제1 전극(60)은 상기 제1 도전형 반도체층(11)에 오믹 접촉되어 배치될 수 있다. 상기 제1 전극(60)은 상기 발광구조물(10)과 오믹 접촉되는 영역을 포함할 수 있다. 상기 제1 전극(60)은 상기 제1 도전형 반도체층(11)과 오믹 접촉되는 영역을 포함할 수 있다. 상기 제1 전극(60)은 Ge, Zn, Mg, Ca, Au, Ni, AuGe, AuGe/Ni/Au 등에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 전극패드(70)는 상기 제1 전극(60)에 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 전극패드(70)는 상기 제1 전극(60) 위에 배치될 수 있다. 상기 전극패드(70)는 상기 제1 전극(60) 위에 접촉되어 배치될 수 있다. 상기 전극패드(70)는 외부 전원에 연결되어 상기 발광구조물(10)에 전원을 제공할 수 있다. 상기 전극패드(70)는 Cr, V, W, Ti, Zn, Ni, Cu, Al, Au, Mo, Ti/Au/Ti/Pt/Au, Ni/Au/Ti/Pt/Au, Cr/Al/Ni/Cu/Ni/Au 등에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
실시 예에 따른 발광소자는 보호층(80)을 포함할 수 있다. 상기 보호층(80)은 상기 발광구조물(10)의 상부에 배치될 수 있다. 상기 보호층(80)은 상기 발광구조물(10)의 둘레에 배치될 수 있다. 상기 보호층(80)은 상기 발광구조물(10)의 측면에 배치될 수 있다. 상기 보호층(80)은 상기 윈도우층(15) 둘레에 배치될 수 있다. 상기 보호층(80)의 일부 영역은 상기 윈도우층(15)의 일부 영역 위에 배치될 수 있다.
상기 보호층(80)은 상기 제1 도전형 반도체층(11) 위에 배치될 수 있다. 상기 보호층(80)은 상기 제1 전극(60) 위에 배치될 수 있다. 상기 보호층(80)은 상부면에 제공된 광 추출 구조(R)를 포함할 수 있다. 상기 광 추출 구조는 요철 구조로 지칭될 수도 있고, 또한 러프니스(roughness)로 지칭될 수도 있다. 상기 광 추출 구조는 규칙적으로 배열될 수도 있으며, 또한 랜덤(random)하게 배열될 수도 있다.
실시 예에 의하면, 상기 제1 도전형 반도체층(11)의 상부면이 편평하게 제공되고 상기 보호층(80)에 광 추출 구조(R)가 제공될 수 있다. 즉, 상기 제1 도전형 반도체층(11)의 상부면에는 광 추출 구조가 제공되지 않도록 하고, 상기 보호층(80)에만 광 추출 구조(R)가 제공되도록 구현될 수 있다.
상기 보호층(80)은 산화물 또는 질화물 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 보호층(80)은 예로서 Si02, SixOy, Si3N4, SixNy, SiOxNy, Al2O3, TiO2, AlN 등으로 이루어진 군에서 적어도 하나가 선택되어 형성될 수 있다.
상기 제1 도전형 반도체층(11)의 물리적 특성에 따라, 상기 활성층(12)으로부터 발광 되는 빛이 상기 제1 도전형 반도체층(11)에 흡수되는 정도가 달라질 수 있다. 상기 활성층(12)으로부터 발광 되는 빛이 상기 제1 도전형 반도체층(11)에 흡수되는 경우에는, 상기 제1 도전형 반도체층(11)의 두께가 두꺼울수록 투과율이 더 낮아지게 되고 외부 광 추출 효율이 낮아지게 되는 단점이 있다.
종래 발광소자의 경우, 광 추출 효율을 향상시키기 위하여 반도체층의 상부면에 광 추출을 위한 요철 구조를 형성하는 방안이 제시되었다. 그러나 반도체층의 상부면에 요철 구조가 형성되는 경우에는 반도체층이 일정 두께, 에컨데 3 마이크로 미터 이상으로 형성되어야 하므로 반도체층에서 빛이 흡수되어 소멸되는 단점이 있었다.
이에 따라, 실시 예에 의하면 상기 제1 도전형 반도체층(11)의 두께를 줄이기 위하여 상기 제1 도전형 반도체층(11)의 상부면에 광 추출 구조가 형성되지 않도록 하였다. 상기 제1 도전형 반도체층(11)의 상부면에 광 추출 구조가 형성되는 경우에는, 상기 제1 도전형 반도체층(11)의 두께가 두꺼워짐에 따라 광 추출 효율이 감소 되기 때문이다.
도 3은 실시 예에 따른 발광소자에 적용된 반도체층의 두께에 따른 투과율 변화를 나타낸 그래프이다. 도 3은 AlGaInP 반도체층에 대해 617 나노미터의 파장을 갖는 빛의 투과율을 나타낸 것으로서, T1은 반도체층 자체의 투과율을 나타낸 것이고, T2는 프레즈넬 반사(Fresnel R)가 고려된 반도체층의 투과율을 나타낸 것이다.
도 3에 도시된 반도체층의 두께에 따른 투과율은 다음과 같이 나타낼 수 있다.
| 두께에 따른 투과율 | 0.5 ㎛ | 1.0 ㎛ | 1.5 ㎛ | 2.0 ㎛ |
| T1 (%) | 37.01 | 13.70 | 5.07 | 1.88 |
| T2 (%) | 19.37 | 7.17 | 2.65 | 0.98 |
즉, 반도체층의 두께에 따라 투과율 변화가 상당히 크게 나타남을 볼 수 있다. 한편, 반도체층의 두께가 얇을수록 광 투과율이 높으므로 광 추출 효율이 향상될 수 있게 되지만, 반도체층이 일정 두께를 충족시키지 못하는 경우에는 동작 전압(Vf)이 높아지게 되는 단점이 있다.
이러한 점을 고려하여, 실시 예에 따른 발광소자는 상기 제1 도전형 반도체층(11)의 두께가 1 마이크로 미터 내지 1.5 마이크로 미터가 되도록 하였다. 이와 같이, 상기 제1 도전형 반도체층(11)이 박형으로 제공될 수 있도록 상부면에 광 추출 구조가 형성되지 않도록 하였고, 광 추출 효율 향상을 위해 상기 보호층(80)의 상부면에 광 추출 구조가 형성될 수 있도록 하였다.
상기 보호층(80)의 두께는 1 마이크로 미터 내지 2 마이크로 미터를 갖도록 구현될 수 있다. 상기 보호층(80)의 굴절률은 상기 제1 도전형 반도체층(11)의 굴절률에 비해 낮은 값을 갖도록 구현될 수 있다. 이와 같이 굴절률 차이를 갖도록 구현함으로써, 굴절률 차이에 따른 광 추출 효율을 향상시킬 수 있게 된다.
예로서, 상기 활성층(12)에서 발광되는 빛의 파장은 적색 파장 대역의 빛을 방출하고, 상기 제1 도전형 반도체층(11)의 두께는 1 마이크로 미터 내지 1.5 마이크로 미터로 제공되고, 상기 보호층(80)의 두께가 상기 제1 도전형 반도체층(11)의 두께에 비하여 더 두껍게 제공될 수 있다.
예로서, 상기 제1 도전형 반도체층(11)은 AlGaInP의 조성식을 갖도록 구현될 수 있으며, 상기 활성층(12)에서 발광되는 빛의 파장은 600 나노미터 내지 630 나노미터의 범위를 갖도록 구현될 수 있다.
상기 보호층(80)에 제공된 광 추출 구조는 마이크로 미터 크기의 패턴 또는 나노미터 크기의 패턴으로 형성될 수 있다. 예로서, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 보호층(80)의 최소 두께(h1)는 0.3 마이크로 미터 내지 0.4 마이크로 미터로 구현될 수 있고, 상기 보호층(80)의 최고 두께(h2)는 1 마이크로 미터 내지 2 마이크로 미터로 구현될 수 있다.
한편, 실시 예에 의하면, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 지지기판(50)이 전도성으로 구현될 수 있으며, 상기 지지기판(50)에 연결된 외부 전원에 의하여 상기 발광구조물(10)에 전원이 인가될 수 있다. 상기 지지기판(50)을 통하여 상기 제2 도전형 반도체층(13)에 전원이 인가될 수 있다.
또한, 실시 예에 의하면, 상기 제2 도전형 반도체층(13)에 전기적으로 연결된 제2 전극은 상기 오믹접촉층(23), 상기 반사층(30), 상기 본딩층(40), 상기 지지기판(50) 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.
그러면, 도 4 내지 도 7을 참조하여 실시 예에 따른 발광소자 제조방법을 설명하기로 한다.
실시 예에 따른 발광소자 제조방법에 의하면, 도 4에 도시된 바와 같이, 기판(5) 위에 식각정지층(7), 제1 도전형 반도체층(11), 활성층(12), 제2 도전형 반도체층(13), 윈도우층(15)이 형성될 수 있다. 상기 제1 도전형 반도체층(11), 상기 활성층(12), 상기 제2 도전형 반도체층(13)은 발광구조물(10)로 정의될 수 있다.
상기 기판(5)은 예를 들어, 사파이어 기판(Al2O3), SiC, GaAs, GaN, ZnO, Si, GaP, InP, Ge 중 적어도 하나로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 기판(5)과 상기 식각정지층(7) 사이에는 버퍼층이 더 형성될 수 있다.
상기 식각정지층(7)은 예로서 (AlxGa1 -x)yIn1 - yP(0≤x≤1, 0≤y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 재료로 구현될 수 있다. 상기 식각정지층(7)의 기능에 대해서는 뒤에서 다시 설명하기로 한다.
실시 예에 의하면, 상기 제1 도전형 반도체층(11)이 제1 도전형 도펀트로서 n형 도펀트가 첨가된 n형 반도체층으로 형성되고, 상기 제2 도전형 반도체층(13)이 제2 도전형 도펀트로서 p형 도펀트가 첨가된 p형 반도체층으로 형성될 수 있다. 또한 상기 제1 도전형 반도체층(11)이 p형 반도체층으로 형성되고, 상기 제2 도전형 반도체층(13)이 n형 반도체층으로 형성될 수도 있다.
상기 제1 도전형 반도체층(11)은 예를 들어, n형 반도체층을 포함할 수 있다. 상기 제1 도전형 반도체층(11)은 화합물 반도체로 구현될 수 있다. 상기 제1 도전형 반도체층(11)은 예로서 II족-VI족 화합물 반도체 또는 III족-V족 화합물 반도체로 구현될 수 있다.
예컨대, 상기 제1 도전형 반도체층(11)은 (AlxGa1 -x)yIn1 - yP (0≤x≤1, 0≤y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 재료로 구현될 수 있다. 상기 제1 도전형 반도체층(11)은 상기 조성식에서 y는 0.5의 값을 갖고, x는 0.5 내지 0.8의 값을 가질 수도 있다. 상기 제1 도전형 반도체층(11)은 예를 들어 AlGaInP, AlInP, GaP, GaInP 등에서 선택될 수 있으며, Si, Ge, Sn, Se, Te 등의 n형 도펀트가 도핑될 수 있다.
상기 활성층(12)은 상기 제1 도전형 반도체층(11)을 통해서 주입되는 전자(또는 정공)와 상기 제2 도전형 반도체층(13)을 통해서 주입되는 정공(또는 전자)이 서로 만나서, 상기 활성층(12)의 형성 물질에 따른 에너지 밴드(Energy Band)의 밴드갭(Band Gap) 차이에 의해서 빛을 방출하는 층이다. 상기 활성층(12)은 단일 우물 구조, 다중 우물 구조, 양자점 구조 또는 양자선 구조 중 어느 하나로 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 활성층(12)은 화합물 반도체로 구현될 수 있다. 상기 활성층(12)은 예로서 II족-VI족 또는 III족-V족 화합물 반도체로 구현될 수 있다. 상기 활성층(12)은 예로서 (AlxGa1 -x)yIn1 - yP (0≤x≤1, 0≤y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 재료로 구현될 수 있다. 상기 활성층(12)은 예를 들어 AlGaInP, AlInP, GaP, GaInP 등에서 선택될 수 있다. 상기 활성층(12)이 다중 우물 구조로 구현된 경우, 상기 활성층(12)은 복수의 우물층과 복수의 장벽층이 적층되어 구현될 수 있다.
상기 제2 도전형 반도체층(13)은 예를 들어, p형 반도체층으로 구현될 수 있다. 상기 제2 도전형 반도체층(13)은 화합물 반도체로 구현될 수 있다. 상기 제2 도전형 반도체층(13)은 예로서 II족-VI족 화합물 반도체 또는 III족-V족 화합물 반도체로 구현될 수 있다.
예컨대, 상기 제2 도전형 반도체층(13)은 (AlxGa1 -x)yIn1 - yP (0≤x≤1, 0≤y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 재료로 구현될 수 있다. 상기 제2 도전형 반도체층(13)은, 예를 들어 AlGaInP, AlInP, GaP, GaInP 등에서 선택될 수 있으며, Mg, Zn, Ca, Sr, Ba, C 등의 p형 도펀트가 도핑될 수 있다.
예로서, 상기 발광구조물(10)은 알루미늄(Al), 갈륨(Ga), 인듐(In), 인(P)으로부터 선택된 적어도 두 개 이상의 원소를 포함하여 구현될 수 있다.
상기 윈도우층(15)은 (AlxGa1 -x)yIn1 - yP (0≤x≤1, 0≤y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 재료로 구현될 수 있다. 상기 윈도우층(15)은, 예를 들어 AlGaInP, AlInP, GaP, GaInP 등에서 선택될 수 있다. 상기 윈도우층(15)은 발광소자 구동 시 전류 퍼짐 효과를 제공할 수 있다.
다음으로, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 윈도우층(15) 위에 ODR층(21), 오믹접촉층(23), 반사층(30)이 형성될 수 있다.
상기 ODR층(21)은 입사되는 빛을 다시 반사시키는 기능을 수행할 수 있다. 상기 ODR층(21)은 예로서 상기 발광구조물(10)에 비해 낮은 굴절률을 갖도록 구현될 수 있다. 상기 ODR층(21)은 상기 발광구조물(10)을 이루는 물질의 굴절률과 큰 차이를 갖는 낮은 굴절률을 갖도록 선택됨으로써, 반사 기능을 제공할 수 있다. 상기 ODR층(21)은 상기 윈도우층(15)에 접촉되어 배치될 수 있다.
상기 ODR층(21)은 산화물 또는 질화물을 포함할 수 있다. 상기 ODR층(21)은 예로서, SiO2, SiNx, ITO(Indium-Tin-Oxide), IZO(Indium-Zinc-Oxide), AZO(Aluminum-Zinc-Oxide), ATO(Antimony-Tin-Oxide), IZTO(Indium-Zinc-Tin-Oxide), IAZO(Indium-Aluminum-Zinc-Oxide), GZO(Gallium-Zinc-Oxide), IGZO(Indium-Gallium-Zinc-Oxide), IGTO(Indium-Gallium-Tin-Oxide), AZO(Aluminum-Zinc-Oxide) 등의 물질 중에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 오믹접촉층(23)은 상기 윈도우층(15)과 오믹 접촉되도록 구현될 수 있다. 상기 오믹접촉층(23)은 상기 윈도우층(15)과 오믹 접촉되는 영역을 포함할 수 있다. 상기 오믹접촉층(23)은 상기 발광구조물(10)에 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 오믹접촉층(23)은 상기 ODR층(21)을 관통하여 배치될 수 있다. 예로서, 상기 오믹접촉층(23)은 원 또는 타원 형상의 상부면을 갖도록 구현될 수 있다. 상기 오믹접촉층(23)은 예로서, Au, Au/AuBe/Au, AuZn, ITO, AuBe, GeAu 등의 물질 중에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 반사층(30)은 상기 오믹접촉층(23) 위에 배치될 수 있다. 상기 반사층(30)은 상기 ODR층(21) 위에 배치될 수 있다. 상기 반사층(30)은 입사되는 빛을 다시 반사시키는 기능을 수행할 수 있다. 상기 반사층(30)은 예로서, Ag, Au, Al 등의 물질 중에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
이어서, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 반사층(30) 위에 본딩층(40), 지지기판(50)이 제공될 수 있다.
상기 본딩층(40)은 상기 반사층(30)과 상기 지지기판(50)을 부착시켜 주는 기능을 수행할 수 있다. 상기 본딩층(40)은 예로서, Sn, AuSn, Pd, Al, Ti, Au, Ni, Cr, Ga, In, Bi, Cu, Ag, Nb, Ta, Ti/Au/In/Au 등의 물질 중에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 상기 지지기판(50)은 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 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
다음으로, 상기 식각정지층(7)으로부터 상기 기판(5)을 제거한다. 하나의 예로서 상기 기판(5)은 식각 공정에 의하여 제거될 수 있다. 상기 기판(5)이 GaAs로 구현되는 경우, 상기 기판(5)은 습식 식각 공정에 의하여 제거될 수 있으며, 상기 식각정지층(7)은 식각되지 않음으로써 상기 기판(5)만 식각 되어 분리될 수 있도록 정지층의 기능을 수행할 수 있다. 상기 식각정지층(7)은 별도의 제거 공정을 통하여 상기 발광구조물(10)로부터 분리될 수 있다. 예로서, 상기 식각정지층(7)은 별도의 식각 공정을 통하여 제거될 수 있다.
이어서, 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 발광구조물(10) 위에 제1 전극(60)이 형성되고, 이이솔레이션 식각이 수행되어 상기 발광구조물(10)의 측면이 식각될 수 있다.
상기 제1 전극(60)은 상기 제1 도전형 반도체층(11)에 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 제1 전극(60)은 상기 제1 도전형 반도체층(11)에 접촉되어 배치될 수 있다. 상기 제1 전극(60)은 상기 제1 도전형 반도체층(11)에 오믹 접촉되어 배치될 수 있다. 상기 제1 전극(60)은 상기 발광구조물(10)과 오믹 접촉되는 영역을 포함할 수 있다. 상기 제1 전극(60)은 상기 제1 도전형 반도체층(11)과 오믹 접촉되는 영역을 포함할 수 있다. 상기 제1 전극(60)은 Ge, Zn, Mg, Ca, Au, Ni, AuGe, AuGe/Ni/Au 등에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
그리고, 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 발광구조물(10)과 상기 제1 전극(60) 위에 보호층(80)과 전극패드(70)가 형성될 수 있다.
상기 보호층(80)은 상기 발광구조물(10)의 상부에 배치될 수 있다. 상기 보호층(80)은 상기 발광구조물(10)의 둘레에 배치될 수 있다. 상기 보호층(80)은 상기 발광구조물(10)의 측면에 배치될 수 있다. 상기 보호층(80)은 상기 윈도우층(15) 둘레에 배치될 수 있다. 상기 보호층(80)의 일부 영역은 상기 윈도우층(15)의 일부 영역 위에 배치될 수 있다.
상기 보호층(80)은 산화물 또는 질화물 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 보호층(80)은 예로서 Si02, SixOy, Si3N4, SixNy, SiOxNy, Al2O3, TiO2, AlN 등으로 이루어진 군에서 적어도 하나가 선택되어 형성될 수 있다.
상기 보호층(80)은 상기 제1 도전형 반도체층(11) 위에 배치될 수 있다. 상기 보호층(80)은 상기 제1 전극(60) 위에 배치될 수 있다. 상기 보호층(80)은 상부면에 제공된 광 추출 구조(R)를 포함할 수 있다. 상기 광 추출 구조는 요철 구조로 지칭될 수도 있고, 또한 러프니스(roughness)로 지칭될 수도 있다. 상기 광 추출 구조는 규칙적으로 배열될 수도 있으며, 또한 랜덤(random)하게 배열될 수도 있다.
상기 전극패드(70)는 상기 제1 전극(60)에 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 전극패드(70)는 상기 제1 전극(60) 위에 배치될 수 있다. 상기 전극패드(70)는 상기 제1 전극(60) 위에 접촉되어 배치될 수 있다. 상기 전극패드(70)는 외부 전원에 연결되어 상기 발광구조물(10)에 전원을 제공할 수 있다. 상기 전극패드(70)는 Cr, V, W, Ti, Zn, Ni, Cu, Al, Au, Mo, Ti/Au/Ti/Pt/Au, Ni/Au/Ti/Pt/Au, Cr/Al/Ni/Cu/Ni/Au 등에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
이상에서 설명된 발광소자 제조방법은 필요에 따라 또한 공정 설계에 따라 변형되어 실시될 수도 있다.
실시 예에 의하면, 상기 제1 도전형 반도체층(11)의 상부면이 편평하게 제공되고 상기 보호층(80)에 광 추출 구조(R)가 제공될 수 있다. 즉, 상기 제1 도전형 반도체층(11)의 상부면에는 광 추출 구조가 제공되지 않도록 하고, 상기 보호층(80)에만 광 추출 구조(R)가 제공되도록 구현될 수 있다.
상기 제1 도전형 반도체층(11)의 물리적 특성에 따라, 상기 활성층(12)으로부터 발광 되는 빛이 상기 제1 도전형 반도체층(11)에 흡수되는 정도가 달라질 수 있다. 상기 활성층(12)으로부터 발광 되는 빛이 상기 제1 도전형 반도체층(11)에 흡수되는 경우에는, 상기 제1 도전형 반도체층(11)의 두께가 두꺼울수록 투과율이 더 낮아지게 되고 외부 광 추출 효율이 낮아지게 되는 단점이 있다.
이에 따라, 실시 예에 의하면 상기 제1 도전형 반도체층(11)의 두께를 줄이기 위하여 상기 제1 도전형 반도체층(11)의 상부면에 광 추출 구조가 형성되지 않도록 하였다. 상기 제1 도전형 반도체층(11)의 상부면에 광 추출 구조가 형성되는 경우에는, 상기 제1 도전형 반도체층(11)의 두께가 두꺼워짐에 따라 광 추출 효율이 감소 되기 때문이다.
한편, 반도체층의 두께가 얇을수록 광 투과율이 높으므로 광 추출 효율이 향상될 수 있게 되지만, 반도체층이 일정 두께를 충족시키지 못하는 경우에는 동작 전압(Vf)이 높아지게 되는 단점이 있다.
이러한 점을 고려하여, 실시 예에 따른 발광소자는 상기 제1 도전형 반도체층(11)의 두께가 1 마이크로 미터 내지 1.5 마이크로 미터가 되도록 하였다. 이와 같이, 상기 제1 도전형 반도체층(11)이 박형으로 제공될 수 있도록 상부면에 광 추출 구조가 형성되지 않도록 하였고, 광 추출 효율 향상을 위해 상기 보호층(80)의 상부면에 광 추출 구조가 형성될 수 있도록 하였다.
상기 보호층(80)의 두께는 1 마이크로 미터 내지 2 마이크로 미터를 갖도록 구현될 수 있다. 상기 보호층(80)의 굴절률은 상기 제1 도전형 반도체층(11)의 굴절률에 비해 낮은 값을 갖도록 구현될 수 있다. 이와 같이 굴절률 차이를 갖도록 구현함으로써, 굴절률 차이에 따른 광 추출 효율을 향상시킬 수 있게 된다.
예로서, 상기 활성층(12)에서 발광되는 빛의 파장은 적색 파장 대역의 빛을 방출하고, 상기 제1 도전형 반도체층(11)의 두께는 1 마이크로 미터 내지 1.5 마이크로 미터로 제공되고, 상기 보호층(80)의 두께가 상기 제1 도전형 반도체층(11)의 두께에 비하여 더 두껍게 제공될 수 있다.
예로서, 상기 제1 도전형 반도체층(11)은 AlGaInP의 조성식을 갖도록 구현될 수 있으며, 상기 활성층(12)에서 발광되는 빛의 파장은 600 나노미터 내지 630 나노미터의 범위를 갖도록 구현될 수 있다.
상기 보호층(80)에 제공된 광 추출 구조는 마이크로 미터 크기의 패턴 또는 나노미터 크기의 패턴으로 형성될 수 있다. 예로서, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 보호층(80)의 최소 두께(h1)는 0.3 마이크로 미터 내지 0.4 마이크로 미터로 구현될 수 있고, 상기 보호층(80)의 최고 두께(h2)는 1 마이크로 미터 내지 2 마이크로 미터로 구현될 수 있다.
도 8은 실시 예에 따른 발광소자의 다른 예를 설명하는 도면이다. 도 8에 도시된 발광소자를 설명함에 있어서 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명된 부분과 중복되는 사항에 대해서는 설명을 생략하기로 한다.
실시 예에 따른 발광소자에 의하면, 상기 발광구조물(10) 위에 복수의 층을 포함하는 보호층(80)이 제공될 수 있다. 상기 보호층(80)은 제1 보호층(81)과, 상기 제1 보호층(81) 위에 제공된 제2 보호층(82)을 포함할 수 있다.
상기 제1 보호층(81)과 상기 제2 보호층(82)은 각각 별도의 광 추출 구조를 포함할 수 있다. 즉, 상기 제1 보호층(81)은 제1 광 추출 구조를 포함할 수 있으며, 상기 제2 보호층(82)은 제2 광 추출 구조를 포함할 수 있다.
상기 제1 보호층(81)과 상기 제2 보호층(82)은 서로 다른 물질로 구현될 수 있다. 상기 제1 보호층(81)과 상기 제2 보호층(82)은 산화물 또는 질화물로 구현될 수 있으며, 서로 독립적으로 선택되어 구현될 수 있다.
상기 제1 보호층(81)의 굴절률이 상기 제2 보호층(82)의 굴절률에 비하여 더 큰 값을 갖도록 구현될 수 있다. 예로서, 상기 제1 보호층(81)은 질화물층으로 구현되고, 상기 제2 보호층(82)은 산화물층으로 구현될 수 있다.
실시 예에 의하면, 상기 제1 도전형 반도체층(11)의 상부면이 편평하게 제공되고 상기 보호층(80)에 광 추출 구조가 제공될 수 있다. 즉, 상기 제1 도전형 반도체층(11)의 상부면에는 광 추출 구조가 제공되지 않도록 하고, 상기 보호층(80)에만 광 추출 구조가 제공되도록 구현될 수 있다.
상기 제1 도전형 반도체층(11)의 물리적 특성에 따라, 상기 활성층(12)으로부터 발광 되는 빛이 상기 제1 도전형 반도체층(11)에 흡수되는 정도가 달라질 수 있다. 상기 활성층(12)으로부터 발광 되는 빛이 상기 제1 도전형 반도체층(11)에 흡수되는 경우에는, 상기 제1 도전형 반도체층(11)의 두께가 두꺼울수록 투과율이 더 낮아지게 되고 외부 광 추출 효율이 낮아지게 되는 단점이 있다.
이에 따라, 실시 예에 의하면 상기 제1 도전형 반도체층(11)의 두께를 줄이기 위하여 상기 제1 도전형 반도체층(11)의 상부면에 광 추출 구조가 형성되지 않도록 하였다. 상기 제1 도전형 반도체층(11)의 상부면에 광 추출 구조가 형성되는 경우에는, 상기 제1 도전형 반도체층(11)의 두께가 두꺼워짐에 따라 광 추출 효율이 감소 되기 때문이다.
한편, 반도체층의 두께가 얇을수록 광 투과율이 높으므로 광 추출 효율이 향상될 수 있게 되지만, 반도체층이 일정 두께를 충족시키지 못하는 경우에는 동작 전압(Vf)이 높아지게 되는 단점이 있다.
이러한 점을 고려하여, 실시 예에 따른 발광소자는 상기 제1 도전형 반도체층(11)의 두께가 1 마이크로 미터 내지 1.5 마이크로 미터가 되도록 하였다. 이와 같이, 상기 제1 도전형 반도체층(11)이 박형으로 제공될 수 있도록 상부면에 광 추출 구조가 형성되지 않도록 하였고, 광 추출 효율 향상을 위해 상기 보호층(80)에 광 추출 구조가 형성될 수 있도록 하였다.
상기 보호층(80)의 전체 두께는 1 마이크로 미터 내지 2 마이크로 미터를 갖도록 구현될 수 있다. 상기 제1 보호층(81)의 굴절률은 상기 제1 도전형 반도체층(11)의 굴절률에 비해 낮은 값을 갖도록 구현될 수 있다. 이와 같이 굴절률 차이를 갖도록 구현함으로써, 굴절률 차이에 따른 광 추출 효율을 향상시킬 수 있게 된다.
도 8을 참조하여 설명된 발광소자에 있어서, 상기 보호층(80)이 상기 제1 보호층(81)과 상기 제2 보호층(82)을 포함하는 경우를 기준으로 설명되었으나, 상기 보호층(80)은 복수의 층을 포함할 수 있으며, 3 개 이상의 층을 포함할 수도 있다.
도 9는 실시 예에 따른 발광소자가 적용된 발광소자 패키지를 나타낸 도면이다.
도 9를 참조하면, 실시 예에 따른 발광소자 패키지는 몸체(120)와, 상기 몸체(120)에 배치된 제1 리드전극(131) 및 제2 리드전극(132)과, 상기 몸체(120)에 제공되어 상기 제1 리드전극(131) 및 제2 리드전극(132)과 전기적으로 연결되는 실시 예에 따른 발광소자(100)와, 상기 발광소자(100)를 포위하는 몰딩부재(140)를 포함할 수 있다.
상기 몸체(120)는 실리콘 재질, 합성수지 재질, 또는 금속 재질을 포함하여 형성될 수 있으며, 상기 발광소자(100)의 주위에 경사면이 형성될 수 있다.
상기 제1 리드전극(131) 및 제2 리드전극(132)은 서로 전기적으로 분리되며, 상기 발광소자(100)에 전원을 제공한다. 또한, 상기 제1 리드전극(131) 및 제2 리드전극(132)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(120) 위에 배치되거나 상기 제1 리드전극(131) 또는 제2 리드전극(132) 위에 배치될 수 있다.
상기 발광소자(100)는 상기 제1 리드전극(131) 및 제2 리드전극(132)과 와이어 방식, 플립칩 방식 또는 다이 본딩 방식 중 어느 하나에 의해 전기적으로 연결될 수도 있다.
상기 몰딩부재(140)는 상기 발광소자(100)를 포위하여 상기 발광소자(100)를 보호할 수 있다. 또한, 상기 몰딩부재(140)에는 형광체가 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.
실시 예에 따른 발광소자는 라이트 유닛에 적용될 수 있다. 상기 라이트 유닛은 복수의 발광소자가 어레이된 구조를 포함하며, 도 10 및 도 11에 도시된 표시 장치, 도 12에 도시된 조명 장치를 포함할 수 있다.
도 10을 참조하면, 실시 예에 따른 표시 장치(1000)는 도광판(1041)과, 상기 도광판(1041)에 빛을 제공하는 발광 모듈(1031)과, 상기 도광판(1041) 아래에 반사 부재(1022)와, 상기 도광판(1041) 위에 광학 시트(1051)와, 상기 광학 시트(1051) 위에 표시 패널(1061)과, 상기 도광판(1041), 발광 모듈(1031) 및 반사 부재(1022)를 수납하는 바텀 커버(1011)를 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
상기 바텀 커버(1011), 반사시트(1022), 도광판(1041), 광학 시트(1051)는 라이트 유닛(1050)으로 정의될 수 있다.
상기 도광판(1041)은 빛을 확산시켜 면광원화 시키는 역할을 한다. 상기 도광판(1041)은 투명한 재질로 이루어지며, 예를 들어, PMMA(polymethyl metaacrylate)와 같은 아크릴 수지 계열, PET(polyethylene terephthlate), PC(poly carbonate), COC(cycloolefin copolymer) 및 PEN(polyethylene naphthalate) 수지 중 하나를 포함할 수 있다.
상기 발광모듈(1031)은 상기 도광판(1041)의 적어도 일 측면에 빛을 제공하며, 궁극적으로는 표시 장치의 광원으로써 작용하게 된다.
상기 발광모듈(1031)은 적어도 하나가 제공될 수 있으며, 상기 도광판(1041)의 일 측면에서 직접 또는 간접적으로 광을 제공할 수 있다. 상기 발광 모듈(1031)은 기판(1033)과 위에서 설명된 실시 예에 따른 발광소자 또는 발광소자 패키지(200)를 포함할 수 있다. 상기 발광소자 패키지(200)는 상기 기판(1033) 위에 소정 간격으로 어레이될 수 있다.
상기 기판(1033)은 회로패턴을 포함하는 인쇄회로기판(PCB, Printed Circuit Board)일 수 있다. 다만, 상기 기판(1033)은 일반 PCB 뿐 아니라, 메탈 코어 PCB(MCPCB, Metal Core PCB), 연성 PCB(FPCB, Flexible PCB) 등을 포함할 수도 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 발광소자 패키지(200)는 상기 바텀 커버(1011)의 측면 또는 방열 플레이트 위에 제공될 경우, 상기 기판(1033)은 제거될 수 있다. 여기서, 상기 방열 플레이트의 일부는 상기 바텀 커버(1011)의 상면에 접촉될 수 있다.
그리고, 상기 다수의 발광소자 패키지(200)는 빛이 방출되는 출사면이 상기 도광판(1041)과 소정 거리 이격되도록 탑재될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 발광소자 패키지(200)는 상기 도광판(1041)의 일측면인 입광부에 광을 직접 또는 간접적으로 제공할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 도광판(1041) 아래에는 상기 반사 부재(1022)가 배치될 수 있다. 상기 반사 부재(1022)는 상기 도광판(1041)의 하면으로 입사된 빛을 반사시켜 위로 향하게 함으로써, 상기 라이트 유닛(1050)의 휘도를 향상시킬 수 있다. 상기 반사 부재(1022)는 예를 들어, PET, PC, PVC 레진 등으로 형성될 수 있으나, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 반사 부재(1022)는 상기 바텀 커버(1011)의 상면일 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 바텀 커버(1011)는 상기 도광판(1041), 발광모듈(1031) 및 반사 부재(1022) 등을 수납할 수 있다. 이를 위해, 상기 바텀 커버(1011)는 상면이 개구된 박스(box) 형상을 갖는 수납부(1012)가 구비될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 바텀 커버(1011)는 탑 커버와 결합될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 바텀 커버(1011)는 금속 재질 또는 수지 재질로 형성될 수 있으며, 프레스 성형 또는 압출 성형 등의 공정을 이용하여 제조될 수 있다. 또한 상기 바텀 커버(1011)는 열 전도성이 좋은 금속 또는 비 금속 재료를 포함할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 표시 패널(1061)은 예컨대, LCD 패널로서, 서로 대향되는 투명한 재질의 제1 및 제2 기판, 그리고 제1 및 제2 기판 사이에 개재된 액정층을 포함한다. 상기 표시 패널(1061)의 적어도 일면에는 편광판이 부착될 수 있으며, 이러한 편광판의 부착 구조로 한정하지는 않는다. 상기 표시 패널(1061)은 광학 시트(1051)를 통과한 광에 의해 정보를 표시하게 된다. 이러한 표시 장치(1000)는 각 종 휴대 단말기, 노트북 컴퓨터의 모니터, 랩탑 컴퓨터의 모니터, 텔레비젼 등에 적용될 수 있다.
상기 광학 시트(1051)는 상기 표시 패널(1061)과 상기 도광판(1041) 사이에 배치되며, 적어도 한 장의 투광성 시트를 포함한다. 상기 광학 시트(1051)는 예컨대 확산 시트, 수평 및 수직 프리즘 시트, 및 휘도 강화 시트 등과 같은 시트 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 확산 시트는 입사되는 광을 확산시켜 주고, 상기 수평 또는/및 수직 프리즘 시트는 입사되는 광을 표시 영역으로 집광시켜 주며, 상기 휘도 강화 시트는 손실되는 광을 재사용하여 휘도를 향상시켜 준다. 또한 상기 표시 패널(1061) 위에는 보호 시트가 배치될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
여기서, 상기 발광 모듈(1031)의 광 경로 상에는 광학 부재로서, 상기 도광판(1041) 및 광학 시트(1051)를 포함할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
도 11은 실시 예에 따른 표시 장치의 다른 예를 나타낸 도면이다.
도 11을 참조하면, 표시 장치(1100)는 바텀 커버(1152), 상기에 개시된 발광소자(100)가 어레이된 기판(1020), 광학 부재(1154), 및 표시 패널(1155)을 포함한다. 상기 기판(1020)과 상기 발광소자 패키지(200)는 발광 모듈(1060)로 정의될 수 있다. 상기 바텀 커버(1152)에는 수납부(1153)를 구비할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
여기서, 상기 광학 부재(1154)는 렌즈, 도광판, 확산 시트, 수평 및 수직 프리즘 시트, 및 휘도 강화 시트 등에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 도광판은 PC 재질 또는 PMMA(Poly methy methacrylate) 재질로 이루어질 수 있으며, 이러한 도광판은 제거될 수 있다. 상기 확산 시트는 입사되는 광을 확산시켜 주고, 상기 수평 및 수직 프리즘 시트는 입사되는 광을 표시 영역으로 집광시켜 주며, 상기 휘도 강화 시트는 손실되는 광을 재사용하여 휘도를 향상시켜 준다.
상기 광학 부재(1154)는 상기 발광 모듈(1060) 위에 배치되며, 상기 발광 모듈(1060)로부터 방출된 광을 면 광원하거나, 확산, 집광 등을 수행하게 된다.
도 12는 실시 예에 따른 조명장치를 나타낸 도면이다.
도 12를 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.
이상에서 실시 예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시 예에 포함되며, 반드시 하나의 실시 예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시 예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시 예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시 예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
또한, 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.
10 발광구조물
11 제1 도전형 반도체층
12 활성층 13 제2 도전형 반도체층
15 윈도우층 21 ODR층
23 오믹접촉층 30 반사층
40 본딩층 50 지지기판
60 제1 전극 70 전극패드
80 보호층 81 제1 보호층
82 제2 보호층
12 활성층 13 제2 도전형 반도체층
15 윈도우층 21 ODR층
23 오믹접촉층 30 반사층
40 본딩층 50 지지기판
60 제1 전극 70 전극패드
80 보호층 81 제1 보호층
82 제2 보호층
Claims (9)
- 제1 도전형 반도체층, 상기 제1 도전형 반도체층 아래에 배치된 활성층, 상기 활성층 아래에 배치된 제2 도전형 반도체층을 포함하는 발광구조물;
상기 발광구조물 위에 배치되며, 상부 면에 제공된 요철 구조를 포함하는 보호층;
상기 제1 도전형 반도체층에 전기적으로 연결된 제1 전극;
상기 제2 도전형 반도체층에 전기적으로 연결된 제2 전극;
을 포함하고,
상기 제1 도전형 반도체층의 상부면이 편평하게 제공되고, 상기 제1 도전형 반도체층의 두께가 1 마이크로 미터 내지 1.5 마이크로 미터로 제공된 발광소자. - 제1 도전형 반도체층, 상기 제1 도전형 반도체층 아래에 배치된 활성층, 상기 활성층 아래에 배치된 제2 도전형 반도체층을 포함하는 발광구조물;
상기 발광구조물 위에 배치되며, 상부 면에 제공된 요철 구조를 포함하는 보호층;
상기 제1 도전형 반도체층에 전기적으로 연결된 제1 전극;
상기 제2 도전형 반도체층에 전기적으로 연결된 제2 전극;
을 포함하고,
상기 활성층에서 발광되는 빛의 파장은 적색 파장 대역의 빛을 방출하고,
상기 제1 도전형 반도체층의 두께가 1 마이크로 미터 내지 1.5 마이크로 미터로 제공되고, 상기 보호층의 두께가 상기 제1 도전형 반도체층의 두께에 비하여 더 두껍게 제공된 발광소자. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 활성층에서 발광되는 빛의 파장은 600 나노미터 내지 630 나노미터의 범위를 갖는 발광소자. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 발광구조물은 알루미늄(Al), 갈륨(Ga), 인듐(In), 인(P)으로부터 선택된 적어도 두 개 이상의 원소를 포함하는 발광소자. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 보호층의 두께는 1 마이크로 미터 내지 2 마이크로 미터의 두께를 갖는 발광소자. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 보호층은 질화물 또는 산화물을 포함하는 발광소자. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 보호층의 굴절률은 상기 제1 도전형 반도체층의 굴절률에 비해 낮은 값을 갖는 발광소자. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 요철 구조는 마이크로 미터 크기의 패턴 또는 나노미터 크기의 패턴으로 형성된 발광소자. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 보호층은
제1 요철 구조를 갖는 질화물층과,
상기 질화물층 위에 배치되며 제2 요철 구조를 갖는 산화물층을 포함하는 발광소자.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020130167569A KR102142711B1 (ko) | 2013-12-30 | 2013-12-30 | 발광소자 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020130167569A KR102142711B1 (ko) | 2013-12-30 | 2013-12-30 | 발광소자 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20150078314A true KR20150078314A (ko) | 2015-07-08 |
| KR102142711B1 KR102142711B1 (ko) | 2020-08-07 |
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ID=53790870
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Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR102142711B1 (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107221592A (zh) * | 2016-03-22 | 2017-09-29 | 日亚化学工业株式会社 | 发光元件 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20120099312A (ko) * | 2011-01-21 | 2012-09-10 | 삼성전자주식회사 | 반도체 발광 소자 및 그 제조방법 |
| KR20120137181A (ko) * | 2011-06-10 | 2012-12-20 | 엘지이노텍 주식회사 | 발광 소자 및 발광 소자 패키지 |
-
2013
- 2013-12-30 KR KR1020130167569A patent/KR102142711B1/ko active IP Right Grant
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