KR20170047664A - 분포 브래그 반사기를 가지는 발광 다이오드 칩 - Google Patents

분포 브래그 반사기를 가지는 발광 다이오드 칩 Download PDF

Info

Publication number
KR20170047664A
KR20170047664A KR1020150148036A KR20150148036A KR20170047664A KR 20170047664 A KR20170047664 A KR 20170047664A KR 1020150148036 A KR1020150148036 A KR 1020150148036A KR 20150148036 A KR20150148036 A KR 20150148036A KR 20170047664 A KR20170047664 A KR 20170047664A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
material layers
optical thickness
region
group
lambda
Prior art date
Application number
KR1020150148036A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102471102B1 (ko
Inventor
김예슬
우상원
김경완
Original Assignee
서울바이오시스 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 서울바이오시스 주식회사 filed Critical 서울바이오시스 주식회사
Priority to KR1020150148036A priority Critical patent/KR102471102B1/ko
Priority to EP16857630.4A priority patent/EP3353821B1/en
Priority to US15/767,284 priority patent/US10804437B2/en
Priority to PCT/KR2016/006428 priority patent/WO2017069372A1/en
Priority to TW106139078A priority patent/TWI665810B/zh
Priority to TW105121835A priority patent/TWI613839B/zh
Priority to CN201610670509.6A priority patent/CN106611811B/zh
Priority to JP2016162217A priority patent/JP6275788B2/ja
Publication of KR20170047664A publication Critical patent/KR20170047664A/ko
Priority to JP2018002039A priority patent/JP6831801B2/ja
Priority to US17/016,371 priority patent/US20200411725A1/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102471102B1 publication Critical patent/KR102471102B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/44—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the coatings, e.g. passivation layer or anti-reflective coating
    • H01L33/46—Reflective coating, e.g. dielectric Bragg reflector
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/48—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor body packages
    • H01L33/58—Optical field-shaping elements
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/26—Optical coupling means
    • G02B6/28—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals
    • G02B6/293—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals with wavelength selective means
    • G02B6/29379—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals with wavelength selective means characterised by the function or use of the complete device
    • G02B6/29392—Controlling dispersion
    • G02B6/29394—Compensating wavelength dispersion
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10—Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/11—Device type
    • H01L2924/12—Passive devices, e.g. 2 terminal devices
    • H01L2924/1204—Optical Diode
    • H01L2924/12041—LED
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/48—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor body packages
    • H01L33/50—Wavelength conversion elements

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Led Devices (AREA)
  • Planar Illumination Modules (AREA)

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따르면, 발광 구조체에서 방출된 광을 반사하도록 발광 구조체의 일측에 배치된 분포 브래그 반사기(DBR)를 포함하는 발광 다이오드 칩이 제공된다. DBR은 서로 교대로 적층된 저굴절률을 갖는 제1 재료층들 및 고굴절률을 갖는 제2 재료층들을 포함하며, 가시 영역의 중심 파장(λ:554㎚)에 대해, 0.25λ+10%보다 큰 광학 두께를 가지는 제1군의 제1 재료층들과, 0.25λ+10%보다 작고 0.25λ-10%보다 큰 광학 두께를 가지는 제2군의 제1 재료층들이 서로 교대로 배치된 제1 영역; 0.25λ-10%보다 작은 광학 두께를 가지고 연속하여 배치된 제3군의 제1 재료층들을 포함하는 제2 영역; 및 제1 영역과 제2 영역 사이에 위치하고, 0.25λ-10%보다 작은 광학 두께를 가지는 제1 재료층, 및 0.25λ보다 큰 광학 두께를 가지는 제1 재료층을 포함하는 제3 영역을 포함한다. 이에 따라, 입사각이 증가해도 스탑 밴드에 리플이 발생하지 않는 DBR을 제공할 수 있다.

Description

분포 브래그 반사기를 가지는 발광 다이오드 칩{LIGHT EMITTING DIODE CHIP HAVING DISTRIBUTED BRAGG REFLECTOR}
본 발명은 발광 다이오드 칩에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 광 추출 효율을 개선하기 위해 분포 브래그 반사기를 가지는 발광 다이오드 칩에 관한 것이다.
청색 또는 자외선을 방출하는 질화갈륨 계열의 발광 다이오드가 다양한 응용에 적용되고 있으며, 특히, 백라이트 유닛 또는 일반 조명 등에 요구되는 혼색광, 예컨대 백색광을 방출하는 다양한 종류의 발광 다이오드 패키지가 시판되고 있다.
발광 다이오드 패키지의 광 출력은 주로 발광 다이오드 칩의 광 효율에 의존하기 때문에 발광 다이오드 칩의 광 효율을 개선하려는 노력이 계속되고 있다. 예컨대, 광 방출면에 거친 표면을 형성하거나, 에피층의 형상 또는 투명 기판의 형상을 조절하여 광 추출 효율을 개선하려는 노력이 있어 왔다.
한편, 광 방출면의 반대쪽, 예컨대 기판 하부면에 Al과 같은 금속 반사기를 설치하여 칩 실장 면측으로 진행하는 광을 반사시킴으로써 광 효율을 개선하는 방법이 있다. 금속 반사기를 이용하여 광을 반사시킴으로써 광 손실을 줄여 발광 효율을 개선할 수 있다. 그러나, 반사성 금속은 일반적으로 산화되어 반사율이 떨어지기 쉽고 또한 금속 반사기의 반사율은 상대적으로 높지 않다.
이에 따라, 굴절률이 서로 다른 재료를 교대로 적층한 분포 브래그 반사기(Distributed Bragg Reflector: DBR)를 이용하여 높은 반사율을 달성함과 아울러 상대적으로 안정한 반사 특성을 달성하고 있다.
DBR은 일반적으로 굴절률이 서로 다른 고굴절 물질층과 저굴절 물질층을 교대로 적층하여 형성된다. 특히, 각각 중심 파장에 대해 λ/4의 광학 두께(실제 두께×굴절률)를 갖는 고굴절 물질층과 저굴절 물질층을 교대로 적층함으로써 중심 파장을 포함하는 일정 범위의 스펙트럼 영역, 즉 스탑 밴드에서 반사율이 높은 DBR을 제공할 수 있다.
그러나 단순히 λ/4의 광학 두께를 갖는 고굴절 물질층과 저굴절 물질층을 교대로 적층하는 것으로는 스탑 밴드의 폭을 만족할 만큼 넓일 수 없다. 이를 보완하기 위해, 중심 파장보다 긴 파장에 대한 DBR1과 중심 파장보다 짧은 파장에 대한 DBR2을 중첩함으로써 스탑 밴드의 폭을 더욱 넓일 수 있으며, 이를 이용하여 가시 영역의 거의 전 영역에 걸쳐 높은 반사율을 나타내는 DBR을 만들 수 있다. DBR 각 층의 두께는 예를 들어 Macleod나 Filmstar와 같은 시뮬레이션 툴을 이용하여 미세하게 조정될 수 있다.
도 1은 시뮬레이션 툴을 이용하여 DBR1과 DBR2를 중첩하여 상대적으로 넓은 스탑 밴드를 갖는 DBR을 설계하는 과정을 설명하기 위한 시뮬레이션 그래프이다.
여기서, 425㎚ 내지 700㎚의 파장 대역에서 90% 이상의 반사율을 나타내는 DBR을 설계하기 위해, 우선, 중심 파장(λ) 555㎚를 기준으로, 555~700㎚에서 반사율이 높은 DBR1과, 555㎚의 단파장 영역에서 반사율이 높은 DBR2를 설계하고, 이렇게 설계된 DBR1과 DBR2를 중첩시킨다. 이때, 시뮬레이션 툴을 이용하여 DBR1과 DBR2 내의 각 물질층들의 두께를 조정함으로써, 425nm 내지 700nm 파장 대역에서 반사율이 90% 이상이 되는 DBR을 설계할 수 있다.
사파이어 기판 상에 활성층을 포함하는 질화갈륨계 발광 구조체를 형성하고, 기판 하면에 DBR을 설치한 경우, 활성층에서 방출되는 광의 일부는 기판을 투과하여 반사기에 도달한다. 이때, 광은 0도 입사각(반사기에 수직) 뿐만 아니라 다양한 입사각으로 입사된다. 특히, 패터닝된 사파이어 기판을 사용하는 경우, 수직한 입사각보다 사각으로 입사되는 광량이 증가한다.
도 2는 기판 하면에 도달하는 광의 입사각에 따른 상대 광 출력을 나타낸 그래프이다. 여기서, Ex는 기판 하면 중 X 방향의 입사각을 나타내고, Ez는 기판 하면 중 X 방향에 수직한 Z축 방향의 입사각을 나타낸다. 패터닝된 사파이어 기판을 가지는 발광 다이오드 칩의 실제 치수를 이용하여, 기판 하면에 도달하는 광의 입사각을 FDTD(Finite-difference time-domain) 수치 분석을 이용하여 10도 간격으로 광 출력을 나타내었다.
도 2를 참조하면, 광이 기판 하면에 대체로 수직하게 입사할 때, 즉, 입사각이 0~10도인 경우의 광 출력은 대략, 3.5%에 불과하다. 이에 반해, 20도 이상, 특히, 20~50도 범위의 입사각으로 입사되는 광의 출력은 약 60% 이상으로 기판 하면에 도달하는 광 출력의 대부분을 차지한다. PSS 기판을 사용하는 경우, 기판에 형성된 패턴에 의해 광이 산란되고, 이에 따라 기판 하면에 도달하는 광의 입사각이 커진다. 따라서, PSS 기판과 같이, 상당한 양의 광이 기판 하면에 상대적으로 큰 입사각을 가지고 도달하기 때문에, 기판 하면에서 광을 반사시키기 위한 DBR은 광의 입사각을 고려하여 설계되어야 한다.
한편, 종래기술을 이용하여 설계된 DBR은 입사각이 0도인 광에 대해 넓은 파장 범위에 걸쳐서 거의 100%의 높은 반사율을 나타낸다. 그러나 입사각이 변함에 따라, DBR의 스탑 밴드(stop band)가 단파장 쪽으로 이동함과 아울러, 스탑 밴드의 스펙트럼 폭이 좁아지는 현상이 발생한다. 더욱이, 스탑 밴드 내에서도 국부적으로 반사율이 떨어지는 리플이 발생한다.
도 3a, 3b 및 3c는 종래 기술에 따라 설계된 DBR의 입사각에 따른 반사율 변화를 보여주는 시뮬레이션 그래프들이다.
도 3a, 3b 및 3c를 참조하면, 입사각이 20도, 25도 및 30도로 증가함에 따라, 스탑 밴드가 단파장 쪽으로 이동하며, 스탑 밴드의 폭이 좁아지는 것을 확인할 수 있다. 예를 들어, 입사각이 20도인 경우, 장파장 측에서 약 65㎚가 왼쪽으로 이동하고, 단파장 측에서 약 20㎚가 왼쪽으로 이동하여, 전체적으로 스탑 밴드의 폭이 약 45㎚ 감소하였다. 또한, 입사각이 25도인 경우, 장파장 측에서 약 90㎚가 왼쪽으로 이동하고, 단파장 측에서 약 25㎚가 왼쪽으로 이동하여, 전체적으로 스탑 밴드의 폭이 약 65㎚ 감소하였다. 또한, 입사각이 30도인 경우, 장파장 측에서 약 120㎚가 왼쪽으로 이동하고, 단파장 측에서 약 30㎚가 왼쪽으로 이동하여, 전체적으로 스탑 밴드의 폭이 약 90㎚ 감소하였다. 이와 같이, 스탑 밴드의 폭은 입사각이 증가함에 따라 더 감소할 것으로 예상된다.
한편, 입사각이 20도에서 30도로 증가함에 따라, 스탑 밴드 내에서 반사율이 상대적으로 낮은 리플들(ripples: R)이 관찰된다. 리플들(R)에서 반사율은 입사각이 증가함에 따라 더욱 감소하는 것을 볼 수 있다. 또한, 리플들(R)도 입사각이 증가함에 따라 단파장측으로 이동하는 것으로 파악된다. 이에 따라, 예를 들어, 약 450㎚ 파장(λe)의 광을 방출하는 발광 다이오드 칩에 있어서, 스탑 밴드가 450㎚를 충분히 포괄하더라도 20 내지 50도의 입사각으로 입사되는 광은 리플들(R)에 의해 반사율이 급격하게 감소될 수 있다.
따라서, 본 발명이 해결하려는 과제는, 수직하게 입사되는 광뿐만 아니라 다양한 입사각으로 입사되는 광에 대해 양호한 반사율을 가지는 DBR을 제공하여 발광 효율이 개선된 발광 다이오드 칩을 제공하는 것이다.
더욱이, 본 발명이 해결하려는 과제는, 스탑 밴드 내에서 입사각이 증가함에 따라 반사율이 낮은 리플들이 발생하는 것을 방지 또는 완화할 수 있는 DBR을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 활성층을 포함하는 발광 구조체; 및 상기 발광 구조체에서 방출된 광을 반사하도록 상기 발광 구조체의 일측에 배치된 분포 브래그 반사기(DBR)를 포함하고, 상기 DBR은 서로 교대로 적층된 저굴절률을 갖는 제1 재료층들 및 고굴절률을 갖는 제2 재료층들을 포함하며, 가시 영역의 중심 파장(λ:554㎚)에 대해, 0.25λ+10%보다 큰 광학 두께를 가지는 제1군의 제1 재료층들과, 0.25λ+10%보다 작고 0.25λ-10%보다 큰 광학 두께를 가지는 제2군의 제1 재료층들이 서로 교대로 배치된 제1 영역; 0.25λ-10%보다 작은 광학 두께를 가지고 연속하여 배치된 제3군의 제1 재료층들을 포함하는 제2 영역; 및 상기 제1 영역과 제2 영역 사이에 위치하고, 0.25λ-10%보다 작은 광학 두께를 가지는 제1 재료층, 및 0.25λ보다 큰 광학 두께를 가지는 제1 재료층을 포함하는 제3 영역을 포함하고, 상기 제1 영역이 상기 제2 영역보다 상기 발광 구조체에 더 가깝게 위치하는 발광 다이오드 칩이 제공된다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 제1 파장의 광을 방출하는 활성층을 포함하는 발광 구조체; 및 상기 발광 구조체에서 방출된 광을 반사하도록 상기 발광 구조체의 일측에 배치된 분포 브래그 반사기(DBR)를 포함하고, 상기 DBR은 서로 교대로 적층된 저굴절률을 갖는 제1 재료층들 및 고굴절률을 갖는 제2 재료층들을 포함하며, 상기 제1 파장보다 75 내지 125㎚ 범위 내의 길이만큼 긴 제2 파장(λ)에 대해, 0.25λ+10%보다 큰 광학 두께를 가지는 제1군의 제1 재료층들과, 0.25λ+10%보다 작고 0.25λ-10%보다 큰 광학 두께를 가지는 제2군의 제1 재료층들이 서로 교대로 배치된 제1 영역; 0.25λ-10%보다 작은 광학 두께를 가지고 연속하여 배치된 제3군의 제1 재료층들을 포함하는 제2 영역; 및 상기 제1 영역과 제2 영역 사이에 위치하고, 0.25λ-10%보다 작은 광학 두께를 가지는 제1 재료층, 및 0.25λ보다 큰 광학 두께를 가지는 제1 재료층을 포함하는 제3 영역을 포함하고, 상기 제1 영역이 상기 제2 영역보다 상기 발광 구조체에 더 가깝게 위치하는 발광 다이오드 칩이 제공된다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 수직하게 입사되는 광뿐만 아니라 다양한 입사각으로 입사되는 광에 대해 양호한 반사율을 가지는 DBR을 제공하여 발광 효율이 개선된 발광 다이오드 칩을 제공할 수 있다. 특히, 본 발명의 실시예들에 따르면, 스탑 밴드 내에서 입사각이 증가함에 따라 반사율이 낮은 리플들이 발생하는 것을 방지 또는 완화할 수 있는 DBR을 제공할 수 있으며, 이에 따라, 발광 다이오드 칩, 의 발광 효율을 개선할 수 있다. 나아가, 상기 DBR을 채택한 발광 다이오드 칩을 사용함으로써 발광 다이오드 패키지 및 나아가 조명 장치의 광 효율을 개선할 수 있다.
도 1은 시뮬레이션 툴을 이용하여 DBR1과 DBR2를 중첩하여 상대적으로 넓은 스탑 밴드를 갖는 DBR을 설계하는 과정을 설명하기 위한 시뮬레이션 그래프이다.
도 2는 기판 하면에 도달하는 광의 입사각에 따른 상대 광 출력을 나타낸 그래프이다.
도 3a, 3b 및 3c는 종래 기술에 따라 설계된 DBR의 입사각에 따른 반사율 변화를 보여주는 시뮬레이션 그래프들이다.
도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드 칩(100)을 설명하기 위한 단면도이다.
도 4b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 다이오드 칩(200)을 설명하기 위한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 DBR 구조를 설명하기 위해 TiO2/SiO2 페어들의 위치별 광학 두께를 나타내는 그래프이다.
도 6a, 6b 및 6c는 본 발명의 일 실시예에 따라 설계된 DBR의 입사각에 따른 반사율 변화를 보여주는 시뮬레이션 그래프들이다.
도 7a는 광학 두께가 상대적으로 큰 제1 그룹의 재료층들과 상대적으로 작은 제2 그룹의 재료층들을 서로 분리하여 배치한 예를 보여주는 위치별 광학 두께의 그래프이다.
도 7b는 광학 두께가 상대적으로 큰 제1 그룹의 재료층들과 상대적으로 작은 제2 그룹의 재료층들을 서로 혼합하여 배치한 예를 보여주는 위치별 광학 두께의 그래프이다.
도 8은 도 7a 및 도 7b의 DBR들의 입사각에 따른 반사율을 설명하기 위한 그래프이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 DBR을 적용한 발광 다이오드 칩의 광 출력을 설명하기 위한 그래프이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자를 적용한 조명 장치를 설명하기 위한 분해 사시도이다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 소자를 적용한 디스플레이 장치를 설명하기 위한 단면도이다.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 소자를 적용한 디스플레이 장치를 설명하기 위한 단면도이다.
도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 소자를 헤드 램프에 적용한 예를 설명하기 위한 단면도이다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 다음에 소개되는 실시예들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고 도면들에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드 칩은, 활성층을 포함하는 발광 구조체; 및 상기 발광 구조체에서 방출된 광을 반사하도록 상기 발광 구조체의 일측에 배치된 분포 브래그 반사기(DBR)를 포함한다. 여기서, 상기 DBR은 서로 교대로 적층된 저굴절률을 갖는 제1 재료층들 및 고굴절률을 갖는 제2 재료층들을 포함하며, 가시 영역의 중심 파장(λ:554㎚)에 대해, 0.25λ+10%보다 큰 광학 두께를 가지는 제1군의 제1 재료층들과, 0.25λ+10%보다 작고 0.25λ-10%보다 큰 광학 두께를 가지는 제2군의 제1 재료층들이 서로 교대로 배치된 제1 영역; 0.25λ-10%보다 작은 광학 두께를 가지고 연속하여 배치된 제3군의 제1 재료층들을 포함하는 제2 영역; 및 상기 제1 영역과 제2 영역 사이에 위치하고, 0.25λ-10%보다 작은 광학 두께를 가지는 제1 재료층, 및 0.25λ보다 큰 광학 두께를 가지는 제1 재료층을 포함하는 제3 영역을 포함한다. 또한, 상기 제1 영역이 상기 제2 영역보다 상기 발광 구조체에 더 가깝게 위치한다.
제1 영역 내의 제1 재료층들을 0.25λ+10%보다 큰 광학 두께를 가지는 제1군과 0.25λ 부근의 광학 두께를 가지는 제2군으로 분리하고, 이들을 서로 교대로 배치함으로써, 중심 파장(λ) 근처 및 중심파장보다 장파장인 스펙트럼 영역에서의 DBR의 반사특성을 강화시킬 수 있다. 이에 따라, DBR에 입사되는 광의 입사각이 변해도 스탑 밴드 내에 리플(ripple)이 발생되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 제1 영역과 제2 영역 사이에 제3 영역을 배치함으로써, 스펙트럼 영역에서 중심 영역 근처에서 리플이 발생되는 것을 방지할 수 있다.
한편, 제1 영역을 제2 영역보다 발광 구조체에 가깝게 배치하는 것이 넓은 스펙트럼 영역에 걸쳐 입사되는 광의 반사 효율을 증가시킬 수 있다. 이는 단파장의 광이 장파장의 광보다 DBR 내로 더 깊게 침투하기 때문인 것으로 이해된다.
나아가, 상기 제1군의 제1 재료층들은 0.3λ+10%보다 작은 광학 두께를 가지는 제1 재료층들을 포함하고, 상기 제3군의 제1 재료층들은 0.2λ-10%보다 큰 광학 두께를 가질 수 있다. 상기 제1군의 제1 재료층들은 대체로 0.3λ 근처의 광학 두께를 가지며, 상기 제3군의 제1 재료층들은 대체로 0.2λ 근처의 광학 두께를 갖는다. 따라서, 상기 제1군의 제1 재료층들은 중심파장보다 장파장 영역에서 반사율을 높이고, 상기 제3군의 제1 재료층들은 중심파장보다 단파장 영역에서의 반사율을 높인다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 제1 영역 내의 제1 재료층들의 광학 두께 편차가 상기 제2 영역 내의 제1 재료층들의 광학 두께 편차보다 크다. 제1 영역 내의 제1 재료층들의 광학 두께 편차는 제1 군의 제1 재료층들과 제2 군의 제1 재료층들의 광학 두께를 뚜렷하게 분리함으로써 증가된다.
한편, 상기 제1 영역 내의 제2 재료층들은, 0.25λ+10%보다 큰 광학 두께를 가지는 제1군의 제2 재료층들 및 0.25λ-10%보다 크고, 0.25λ+10%보다 작은 광학 두께를 가지는 제2군의 제2 재료층들을 포함하고, 상기 제2 영역 내의 제2 재료층들은 0.25λ-10%보다 작은 광학 두께를 가지고 연속하여 배치된 제3군의 제2 재료층들을 포함하고, 상기 제3 영역 내의 제2 재료층들은, 0.25λ-10%보다 작은 제2 재료층, 및 0.25λ보다 크고 0.25λ+10%보다 작은 광학 두께를 가지는 제2 재료층을 포함한다.
상기 제1 영역 내에서 제2 재료층들 또한 제1 재료층들과 유사하게 두 개의 군으로 구분될 수 있다. 제2 재료층들 또한 대체로 제1군의 제2 재료층들과 제2군의 제2 재료층들이 교대로 배치될 수 있다.
나아가, 상기 제1군의 제2 재료층들은 0.25λ+20%보다 작은 광학 두께를 가질 수 있다. 또한, 상기 제1군의 제2 재료층들의 광학 두께의 평균값은 상기 제1군의 제1 재료층들의 광학 두께의 평균값보다 작다.
일반적으로 고굴절률을 가지는 재료층들은 저굴절률을 가지는 재료층들에 비해 흡수율이 높은 특성을 갖는다. 따라서, 고굴절률을 가지는 제2 재료층들의 광학 두께를 저굴절률을 가지는 제1 재료층들의 광학 두께보다 작게 제어하는 것이 광 흡수에 의한 손실을 줄일 수 있다. 특히, 광학 두께가 상대적으로 두꺼운 제1 영역에서 제2 재료층들의 두께를 상대적으로 작게 함으로써 효과적으로 광 흡수에 의한 손실을 줄일 수 있다.
한편, 상기 제1 영역 내의 제2 재료층들의 광학 두께 편차가 상기 제2 영역 내의 제2 재료층들의 광학 두께 편차보다 크다. 제1 영역 내의 제2 재료층들은 제1 재료층들과 유사하게 광학 두께가 서로 다른 두 개의 군들로 구분될 수 있다. 이에 반해, 제2 영역 내의 제2 재료층들은 대체로 유사한 광학 두께를 가지므로 두께 편차가 상대적으로 작다.
몇몇 실시예들에 있어서, 상기 제3 영역 내의 제2 재료층들은, 0.25λ+10%보다 큰 광학 두께를 가지는 제2 재료층을 더 포함할 수 있다. 나아가, 상기 DBR은 상기 제3 영역 내에 위치하고, 0.25λ-10%보다 크고 0.25λ보다 작은 광학 두께를 가지는 제1 재료층을 더 포함할 수 있다.
제1 영역 및 제2 영역에 비해 제3 영역 내에 상대적으로 적은 층들이 포함된다. 그러나 제3 영역 내에 포함되는 층들은 제1 영역이나 제2 영역에 비해 상대적으로 다양한 광학 두께들을 가질 수 있다.
몇몇 실시예들에 있어서, 상기 발광 다이오드 칩은 상기 발광 구조체와 상기 DBR 사이에 배치된 기판을 더 포함할 수 있다. 상기 기판은 패터닝된 사파이어 기판(PSS)일 수 있다. DBR에 입사되는 광은 대체로 20 내지 50도 범위의 입사각으로 입사되며, 따라서, 본 실시예에 따른 DBR에 의해 높은 반사율을 유지할 수 있다.
한편, 상기 발광 다이오드 칩은 상기 기판과 상기 DBR 사이에 상기 DBR 내의 제1 재료층들과 동일한 재료로 형성되고, 상기 제1 재료층들보다 상대적으로 더 두꺼운 계면층을 더 포함할 수 있다. 상기 계면층은 상기 기판 바닥면의 거친 표면이 기판 바닥면에 형성되는 DBR에 영향을 미치는 것을 감소시킨다.
나아가, 상기 발광 다이오드 칩은 상기 계면층에 대향하여 상기 DBR의 마지막 층 상에 위치하되, 상기 DBR 내의 제1 재료층들과 동일한 재료로 형성되고, 상기 제1 재료층들보다 상대적으로 더 두꺼운 표면층을 더 포함할 수 있다. 상기 표면층은 상기 발광 다이오드 칩을 패키징할 때, 발광 다이오드 칩의 실장면의 거친 표면에 의해 DBR이 손상되는 것을 방지한다.
몇몇 실시예들에 있어서, 상기 발광 다이오드 칩은 상기 발광 구조체를 사이에 두고 상기 DBR에 대향하여 배치된 기판을 더 포함할 수 있다. 예컨대, 상기 발광 다이오드 칩은 플립형일 수 있으며, 활성층에서 생성된 광은 DBR에서 반사되어 기판을 통해 외부로 방출될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 있어서, 상기 활성층은 청색광을 생성할 수 있다. 특히, 상기 활성층은 425 내지 475㎚ 범위 내의 파장을 가지는 광을 방출할 수 있으며, 특히, 중심파장(554㎚)에 비해 약 100㎚ 짧은 파장의 청색광을 방출할 수 있다.
본 명세서에서 "고굴절" 및 "저굴절"은 제1 재료층과 제2 재료층을 대비하여 굴절률의 차이를 상대적으로 나타낸 것으로, 저굴절률의 제1 재료층은 고굴절률의 제2 재료층에 비해 낮은 굴절률을 갖는다. 일 실시예에서, 상기 제1 재료층들은 SiO2층이고, 상기 제2 재료층들은 TiO2층일 수 있다. 예컨대, SiO2층은 약 1.47의 굴절률을 가지며, TiO2층은 약 2.41의 굴절률을 가질 수 있다. 그러나 상기 제1 재료층 및 제2 재료층이 SiO2층 및 TiO2층에 한정되는 것은 아니다. 제1 재료층 및 제2 재료층이 서로 다른 굴절률을 가지며 광 투과성인 한, 절연층 뿐만 아니라 반도체층이 제1 재료층 및 제2 재료층으로 사용될 수 있다. 다만, SiO2층 및 TiO2층과 같은 유전층은 광 투과율이 높고 증착이 용이하며, 굴절률 차이가 상대적으로 크기 때문에 더욱 적합하다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 다이오드 칩은, 제1 파장의 광을 방출하는 활성층을 포함하는 발광 구조체; 및 상기 발광 구조체에서 방출된 광을 반사하도록 상기 발광 구조체의 일측에 배치된 분포 브래그 반사기(DBR)를 포함한다. 여기서, 상기 DBR은 서로 교대로 적층된 저굴절률을 갖는 제1 재료층들 및 고굴절률을 갖는 제2 재료층들을 포함하며, 상기 제1 파장보다 75 내지 125㎚ 범위 내의 길이만큼 긴 제2 파장(λ)에 대해, 0.25λ+10%보다 큰 광학 두께를 가지는 제1군의 제1 재료층들과, 0.25λ+10%보다 작고 0.25λ-10%보다 큰 광학 두께를 가지는 제2군의 제1 재료층들이 서로 교대로 배치된 제1 영역; 0.25λ-10%보다 작은 광학 두께를 가지고 연속하여 배치된 제3군의 제1 재료층들을 포함하는 제2 영역; 및 상기 제1 영역과 제2 영역 사이에 위치하고, 0.25λ-10%보다 작은 광학 두께를 가지는 제1 재료층, 및 0.25λ보다 큰 광학 두께를 가지는 제1 재료층을 포함하는 제3 영역을 포함하고, 상기 제1 영역이 상기 제2 영역보다 상기 발광 구조체에 더 가깝게 위치한다.
본 실시예에 따른 발광 다이오드 칩은 DBR 설계의 기준이 되는 파장(λ)을 활성층에서 방출되는 광의 제1 파장보다 75 내지 125㎚ 범위 내의 길이 만큼 긴 제2 파장으로 설정한 것이다. 상기 제2 파장은 예를 들어, 상기 제1 파장보다 100㎚ 긴 파장일 수 있다. 활성층에서 방출되는 광의 파장은 활성층의 재료에 따라 변할 수 있다. 따라서, 활성층에서 방출되는 광을 효과적으로 반사시킴과 아울러, 다양한 입사각으로 입사되는 광에 대해 높은 반사율을 유지하기 위해 제1 파장보다 100㎚ 긴 제2 파장(λ)을 기준으로 DBR을 제작할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예들을 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드 칩(100)을 설명하기 위한 단면도이다.
도 4를 참조하면, 발광 다이오드 칩(100)은 기판(21), 발광 구조체(30), 및 DBR(43)을 포함한다. 또한, 발광 다이오드 칩(100)은 버퍼층(23), 투명 전극(31), 제1 전극 패드(33), 제2 전극 패드(35), 전류 차단층(39), 계면층(41) 및 표면층(45)을 포함할 수 있다.
기판(21)은 투명 기판이면 특별히 한정되지 않으며, 예컨대 사파이어 또는 SiC 기판일 수 있다. 기판(21)은 질화갈륨 계열의 화합물 반도체층들을 성장시기키기에 적합한 성장기판일 수 있다. 예컨대, 기판(21)은 패터닝된 사파이어 기판(PSS)과 같이, 상부면에 소정의 패턴을 가질 수 있다. 패터닝된 사파이어 기판은 기판(21) 바닥면으로 입사되는 광이 대체로 20 내지 50도 범위 내의 입사각을 가지므로, 본원 발명의 DBR이 더욱 적합하게 그 효과를 발휘할 수 있다.
발광 구조체(30)는 기판(21) 상부에 배치된다. 발광 구조체(30)는 제1 도전형 반도체층(25), 제2 도전형 반도체층(29) 및 상기 제1 및 제2 도전형 반도체층들(25, 29) 사이에 개재된 활성층(27)을 포함한다. 여기서, 제1 도전형과 제2 도전형은 서로 반대의 도전형으로, 제1 도전형이 n형이고, 제2 도전형이 p형일 수 있으며, 또는 그 반대일 수 있다.
상기 제1 도전형 반도체층(25), 활성층(27) 및 제2 도전형 반도체층(29)은 질화갈륨 계열의 화합물 반도체 물질, 즉, (Al, In, Ga)N으로 형성될 수 있다. 상기 활성층(27)은 요구되는 파장의 광 예컨대 자외선 또는 청색광을 방출하도록 조성 원소 및 조성비가 결정된다. 상기 제1 도전형 반도체층(25) 및/또는 제2 도전형 반도체층(29)은, 도시한 바와 같이, 단일층으로 형성될 수 있으나, 다층 구조로 형성될 수도 있다. 또한, 활성층(27)은 단일 양자웰 또는 다중 양자웰 구조로 형성될 수 있다. 또한, 상기 기판(21)과 제1 도전형 반도체층(25) 사이에 버퍼층(23)이 개재될 수 있다.
상기 반도체층들(25, 27, 29)은 MOCVD 또는 MBE 기술을 사용하여 형성될 수 있으며, 사진 및 식각 공정을 사용하여 상기 제1 도전형 반도체층(25)의 일부 영역이 노출되도록 패터닝될 수 있다.
한편, 투명전극층(31)이 제2 도전형 반도체층(29) 상에, 예컨대, ITO, ZnO 또는 Ni/Au로 형성될 수 있다. 투명전극층(31)은 제2 도전형 반도체층(29)에 비해 비저항이 낮아 전류를 분산시킨다. 제1 도전형 반도체층(25) 상에 제1 전극 패드(33), 예컨대 n-전극 패드(33)가 형성되고, 투명전극층(31) 상에 제2 전극 패드(35), 예컨대 p-전극 패드(35)가 형성된다. p-전극 패드(35)는 도시한 바와 같이, 투명전극층(31)을 통해 제2 도전형 반도체층(29)에 전기적으로 접속될 수 있다.
전류 차단층(39)은 전극 패드(35)와 제2 도전형 반도체층(29) 사이에 위치한다. 상기 전류 차단층(39)은 투명 전극(39) 아래에 위치할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 투명 전극(39) 상에 위치할 수도 있다. 전류 차단층(39)이 투명 전극(39)과 전극 패드(35) 사이에 위치하는 경우, 전극 패드(35)는 연장부(도시하지 않음)를 통해 투명 전극(39)에 전기적으로 접속할 수 있다.
상기 전류 차단층(39)은 활성층(27)에서 생성되어 전극 패드(35) 측으로 진행하는 광을 반사시킨다. 이러한 전류 차단층(39)은 활성층(27)에서 생성된 광에 대해 높은 반사율을 갖도록 형성될 수 있으며, 예컨대 TiO2와 SiO2와 같은 굴절률이 서로 다른 유전층들을 교대로 적층한 분포 브래그 반사기로 형성될 수 있다. 이에 따라, 상기 전극 패드(35)에 의해 광이 흡수되어 손실되는 것을 방지함으로써 발광 효율을 개선할 수 있다.
DBR(43)은 기판(21)의 하부에 위치한다. 즉, 발광 구조체(30)와 DBR(43) 사이에 기판(21)이 배치된다. 상기 DBR(43)은 제1 굴절률(저굴절률)을 갖는 제1 재료층, 예컨대 SiO2(n: 약 1.47)와 제2 굴절률(고굴절률)을 갖는 제2 재료층, 예컨대 TiO2(n: 약 2.41)를 교대로 적층함으로써 형성된다. DBR(43)의 구체적인 적층 구조에 대해서는 도 5를 참조하여 뒤에서 상세하게 설명된다.
한편, 기판(21)과 DBR(43) 사이에 계면층(41)이 개재될 수 있다. 계면층(41)은 제1 재료층과 동일한 재료의 층, 예컨대 SiO2층으로 형성될 수 있다. 계면층(41)은 기판(21) 바닥면에 형성되는 DBR(43)이 기판(21) 바닥면의 표면 상태에 의해 영향을 받는 것을 방지하기 위한 것으로 제1 재료층들보다 상대적으로 두껍게 형성된다. 예를 들어, 계면층(41)은 300 내지 500㎚의 두께 범위로 형성될 수 있으며, 더 구체적으로 400㎚로 형성될 수 있다.
나아가, DBR(43)의 마지막 층으로서 표면층(45)이 DBR(43)을 덮을 수 있다. 표면층(45)은 발광 다이오드 칩(100)을 패키징할 때, 발광 다이오드 칩(100)이 실장되는 실장면의 표면 상태에 의해 DBR(43)이 영향을 받는 것을 완화하기 위한 것으로, 계면층(41)과 유사하게 상대적으로 두껍게 형성된다. 예를 들어, 표면층(45)은 300 내지 500㎚의 두께 범위로 형성될 수 있으며, 더 구체적으로 400㎚로 형성될 수 있다.
본 실시예에 있어서, DBR(43)은 기판(21)을 사이에 두고 발광 구조체(30)에 대향하여 배치된다. 활성층(27)에서 생성된 광은 DBR(43)에서 반사되어 발광 다이오드 칩(100)의 상방으로 방출된다.
도 4b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 다이오드 칩(200)을 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 4b를 참조하면, 본 실시예에 있어서, DBR(53)은 DBR(47)과 대체로 유사하나, 발광 구조체(30)에 대해 기판(21)에 대향하여 배치되는 점에서 차이가 있다. DBR(53)은 도시된 바와 같이 투명 전극층(31)을 덮을 수 있으며, 제1 도전형 반도체층(25)의 노출면을 덮을 수 있다. DBR(53)은 활성층(27)에서 생성된 광을 기판(21)측으로 반사시킨다. DBR(53)의 구체적인 구조에 대해서는 도 5를 참조하여 뒤에서 상세하게 설명된다.
상기 발광 다이오드 칩(200)은 예컨대 플립칩형 발광 다이오드 칩일 수 있다. 따라서, 투명 전극층(31), n-전극 패드(33) 및 p-전극 패드(35)의 구체적인 형상 및 위치는 플립칩형 발광 다이오드 칩에 적합하게 변형될 수 있다.
도 4a 및 도 4b를 참조하여 설명한 바와 같이, DBR(43, 53)은 기판(21) 하면에 또는 발광 구조체(30) 상부에 형성될 수 있다. 도시하지는 않았지만, DBR은 기판(21)과 발광 구조체(30)사이에 위치할 수도 있다. 이 경우, DBR은 예를 들어 반도체층들을 이용하여 형성될 수도 있을 것이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 DBR 구조를 설명하기 위해 제1 재료층/제2 재료층(SiO2/TiO2) 페어들의 위치별 광학 두께를 나타내는 그래프이다. 여기서, 광학 두께는 가시 영역의 중심 파장(λ:554㎚)에 대한 두께이다.
제1 재료층과 제2 재료층의 형성 순서는 특별히 중요하지는 않으며, 구체적인 상황에 따라 변경될 수 있다. 예를 들어, 도 4a의 실시예와 같이, 제1 재료층(예, SiO2)과 동일한 재료의 계면층(41)이 형성되는 경우, DBR(43)의 첫번째 층은 제2 재료층이 될 수 있다. 이와 달리, 계면층(41)이 생략된 경우, DBR(43)의 첫번째 층은 제1 재료층이 될 수 있다. 또한, 도 4b의 실시예와 같이 계면층(41)을 필요로 하지 않는 경우, DBR(53)의 첫번째 층은 제1 재료층 또는 제2 재료층 어느 것이든 될 수 있다. 일반적으로 SiO2층의 접착력이 TiO2층보다 우수하므로, 기판(21) 또는 발광 구조체(30)에 접착되는 층을 SiO2층으로 할 수 있다.
한편, DBR(43 또는 53)의 표면에 형성되는 표면층(45)은 DBR(43, 53)을 보호하는 기능을 수행하기 위해 상대적으로 두껍게 형성되며, 제1 재료층과 동일한 재료로 형성될 수 있다. 따라서, 표면층(45)을 제외한 DBR(43)의 마지막층은 일반적으로 제2 재료층이 되며, 이 층은 페어를 형성하지 못할 수도 있다.
도 5는 계면층(41) 및 표면층(45) 사이에 개재된 DBR(43)로서 첫 번째 층 및 마지막 층이 제2 재료층(TiO2층)인 것을 보여주고 있다. 따라서, 제2 재료층(TiO2층)/제1 재료층(SiO2층)의 순서로 페어를 이루며, 마지막 제2 재료층은 페어를 형성하지 않는다.
한편, 도 5를 참조하면, DBR의 구조는 제1 영역, 제2 영역 및 제3 영역으로 뚜렷하게 구분되는 것을 확인할 수 있다. 여기서, 제1 영역이 제2 영역보다 발광 구조체(30)에 더 가깝게 배치되며, 제3 영역은 제1 영역과 제2 영역 사이에 배치된다.
(제1 영역)
제1 영역은 중심 파장(λ) 근처 및 중심 파장보다 장파장인 스펙트럼 영역에서의 반사율을 높이기 위해 마련된다. 따라서, 제1 영역의 제1 재료층들 및 제2 재료층들의 광학 두께는 대체로 0.25λ 근처 또는 0.25λ보다 크다.
구체적으로, 제1 영역에서, 제1 재료층들(SiO2층)은 0.25λ+10%보다 큰 광학 두께를 가지는 제1군의 제1 재료층들과, 0.25λ+10%보다 작고 0.25λ-10%보다 큰 광학 두께를 가지는 제2군의 제1 재료층들로 구분된다. 이들 제1군의 제1 재료층들 및 제2 군의 제1 재료층들은 서로 교대로 배치된다. 도 5에 도시한 바와 같이, 상대적으로 두꺼운 제1군의 제1 재료층들과 상대적으로 얇은 제2군의 제1 재료층들이 서로 교대로 배치된다. 제1군의 제1 재료층이 먼저 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 제2군의 제1 재료층이 먼저 형성될 수도 있다.
나아가, 상기 제1군의 제1 재료층들은 대체로 0.3λ+10%보다 작은 광학 두께를 갖는다. 본 실시예에 있어서, 제1군의 제1 재료층들은 5개 층들을 포함하며, 첫번째 층을 제외한 네개의 층들이 0.3λ+10%보다 작은 광학 두께를 가지는 것을 알 수 있다.
한편, 상기 제1 영역 내의 제2 재료층들(예, TiO2층들)은, 0.25λ+10%보다 큰 광학 두께를 가지는 제1군의 제2 재료층들 및 0.25λ-10%보다 크고, 0.25λ+10%보다 작은 광학 두께를 가지는 제2군의 제2 재료층들을 포함한다.
제1군의 제2 재료층들 및 제2군의 제2 재료층들 또한 광학 두께가 뚜력하게 구분된다. 나아가, 이들 제1군의 제2 재료층들 및 제2군의 제2 재료층들이 모두 교대로 배치되는 것은 아니지만 대부분 서로 교대로 배치되는 것을 알 수 있다.
한편, 제1군의 제2 재료층들은 대체로 제1군의 제1 재료층들보다 작은 광학 두께를 가진다. 또한, 상기 제1군의 제2 재료층들의 광학 두께의 평균값은 상기 제1군의 제1 재료층들의 광학 두께의 평균값보다 작다. 상대적으로 고굴절률을 가지는 제2 재료층들이 상대적으로 저굴절률을 가지는 제1 재료층들보다 광 흡수율이 크기 때문에, 제1군의 제2 재료층들을 상대적으로 얇게 형성함으로써 광 손실을 줄일 수 있다.
상기 제1군의 제2 재료층들은 0.25λ+20%(즉, 0.3λ)보다 작은 광학 두께를 가질 수 있다. 이에 반해, 제1군의 제1 재료층들은 대체로 0.25λ+20%보다 큰 광학 두께를 가진다.
한편, 제2군의 제2 재료층들 또한 광 손실을 방지하기 위해 제2군의 제1 재료층들보다 작은 광학 두께를 가질 수 있으나, 제1군의 제2 재료층들에 비해 광학 두께가 상대적으로 작기 때문에 두께를 감소하더라도 광 손실을 줄이는데 큰 효과가 없다. 따라서, 제2군의 제2 재료층들과 제2군의 제1 재료층들은 대체로 유사한 광학 두께를 가질 수 있다.
(제2 영역)
제2 영역은 중심 파장(λ)보다 단파장인 스펙트럼 영역에서의 반사율을 높이기 위해 마련된다. 따라서, 제1 영역의 제1 재료층들 및 제2 재료층들의 광학 두께는 대체로 0.25λ보다 작다.
구체적으로, 제2 영역은 0.25λ-10%보다 작은 광학 두께를 가지고 연속하여 배치된 제3군의 제1 재료층들을 포함한다. 나아가, 상기 제3군의 제1 재료층들은 0.2λ-10%보다 큰 광학 두께를 가진다.
도 5에서 명확하게 알 수 있듯이, 제2 영역 내의 제1 재료층들의 광학 두께 편차는 제1 영역 내의 제1 재료층들의 광학 두께 편차보다 작다. 제1 영역 내의 제1군의 제1 재료층들 및 제2군의 제1 재료층들은 서로 뚜렷하게 다른 광학 두께를 갖기 때문에, 대체로 유사한 광학 두께를 갖는 제2 영역 내의 제1 재료층들에 비해 광학 두께 편차가 상대적으로 크게 된다.
한편, 상기 제2 영역 내의 제2 재료층들은 0.25λ-10%보다 작은 광학 두께를 가지고 연속하여 배치된 제3군의 제2 재료층들을 포함한다. 제2 영역 내에서 첫번째 제2 재료층(즉, 13번째 페어의 제2 재료층)만 0.25λ-10%보다 큰 광학 두께를 가지며 그 외의 제2 재료층들은 모두 0.25λ-10%보다 작은 광학 두께를 가진다.
(제3 영역)
제3 영역은 제1 영역과 제2 영역 사이에 배치되며, 서로 다른 반사 대역을 가지는 DBR들을 서로 중첩할 때 발생하는 리플을 제거하기 위해 배치된다.
제3 영역은 대체로 적은 수의 페어들로 이루어진다. 도 5에서 알 수 있듯이, 본 실시예에 있어서, 제1 영역이 가장 많은 수의 페어들로 구성되고, 제3 영역이 가장 적은 수의 페어들로 구성된다.
구체적으로, 제3 영역은 0.25λ-10%보다 작은 광학 두께를 가지는 제1 재료층, 및 0.25λ보다 큰 광학 두께를 가지는 제1 재료층을 포함한다. 나아가, 제3 영역은 0.25λ-10%보다 크고, 0.25λ보다 작은 광학 두께를 가지는 제1 재료층을 포함할 수 있다.
또한, 상기 제3 영역 내의 제2 재료층들은, 0.25λ-10%보다 작은 제2 재료층, 및 0.25λ보다 크고 0.25λ+10%보다 작은 광학 두께를 가지는 제2 재료층을 포함할 수 있다. 나아가, 제3 영역 내의 제2 재료층들은, 0.25λ+10%보다 큰 광학 두께를 가지는 제2 재료층을 더 포함할 수 있다.
상대적으로 적은 수의 페어로 구성된 제3 영역에서 제1 재료층들 및 제2 재료층들은 제1 영역 및 제2 영역 내의 재료층들에 비해 상대적으로 다양한 광학 두께를 갖도록 구성된다.
본 실시예에 따르면, 발광 구조체(30)에 상대적으로 가깝게 배치되어 장파장 영역의 광을 반사시키는 제1 영역의 제1 및 제2 재료층들을 상대적으로 두꺼운 광학 두께를 갖는 제1군과 상대적으로 작은 광학 두께를 갖는 제2군으로 구분함으로써 입사각이 증가함에 따라 스탑 밴드 내에 발생하는 리플을 제거할 수 있다.
본 실시예에 있어서, 제1 영역이 9개의 페어로 구성되고, 제2 영역이 7.5개의 페어로 구성되고, 제3 영역이 3개의 페어로 구성되지만, 페어수는 변경될 수 있다. 다만, 제1 영역 내의 페어수가 다른 영역들보다 더 많은 것이 장파장 영역의 반사율을 보강하는데 유리할 것이다.
DBR을 구성하는 각 층의 광학 두께는 Macleod나 Filmstar와 같은 시뮬레이션 툴을 이용하여 조정될 수 있다. 또한, DBR의 각 재료층들은 이온 어시스트 증착 장비를 이용하여 기판(21)의 바닥면 또는 발광 구조체(30) 상부에 형성될 수 있다.
도 6a, 6b 및 6c는 본 발명의 일 실시예에 따라 설계된 DBR의 입사각에 따른 반사율 변화를 보여주는 시뮬레이션 그래프들이다.
여기서, DBR의 구체적인 각 재료층들의 광학 두께는 도 5의 그래프에 나타낸 것과 같다. 또한, SiO2 계면층(41) 400㎚, SiO2 표면층(45) 400㎚를 추가하여 입사각에 따른 반사 특성 변화를 시뮬레이션하였으며, 이를 0도 입사각 그래프와 함께 나타내었다.
도 6a, 6b 및 6c를 참조하면, 본 실시예에 따른 DBR,은 입사각 0도인 광에 대해 약 410㎚ 내지 700㎚의 스펙트럼 영역에서 90% 이상의 반사율을 나타낸다. 따라서, 발광 다이오드 칩이 형광체와 함께 사용될 경우, 형광체에서 생성된 광이 발광 다이오드 칩으로 입사될 때 이들 광 또한 DBR을 이용하여 반사시킬 수 있다.
한편, 입사각이 20도, 25도 및 30도로 증가함에 따라 스탑 밴드가 단파장측으로 이동하며, 그 폭이 감소하는 것을 확인할 수 있다. 그러나 여전히 약 550㎚의 파장에서도 거의 100%의 반사율을 유지하며, 더욱이, 스탑 밴드 내에서 리플이 발생되지 않는 것을 확인할 수 있다.
따라서, 본 실시예에 따른 DBR은 예를 들어, 420㎚ 내지 500㎚ 사이의 청색광을 방출하는 발광 다이오드 칩에서 광을 효과적으로 반사시키기 위해 사용될 수 있다.
한편, 본 실시예에서, DBR의 제1 영역 내에서, 광학 두께가 상대적으로 두꺼운 제1군의 제1 재료층들과 광학 두께가 상대적으로 얇은 제2군의 제1 재료층들이 교대로 배치되며, 광학 두께가 상대적으로 두꺼운 제1군의 제2 재료층들과 광학 두께가 상대적으로 얇은 제2군의 제2 재료층들 또한 대체로 교대로 배치된다. 이와 같이, 광학 두께가 서로 다른 제1 재료층들 및 제2 재료층들을 서로 교대로 배치함으로써 제1군과 제2군을 서로 분리한 경우에 비해 더 우수한 반사 특성을 나타내는 DBR을 제작할 수 있다. 이에 대해, 도 7 및 도 8을 참조하여 부가 설명한다.
도 7a는 광학 두께가 상대적으로 큰 제1 그룹의 재료층들과 상대적으로 작은 제2 그룹의 재료층들을 서로 분리하여 배치한 예를 보여주는 위치별 광학 두께의 그래프이다. 도 7b는 광학 두께가 상대적으로 큰 제1 그룹의 재료층들과 상대적으로 작은 제2 그룹의 재료층들을 서로 혼합하여 배치한 예를 보여주는 위치별 광학 두께의 그래프이다.
0.3λ의 광학 두께를 갖는 제1군의 제1 재료층들 및 제2 재료층들과, 0.25λ의 광학 두께를 갖는 제2군의 제1 재료층들 및 제2 재료층들은 다양한 방법으로 배치될 수 있다. 예를 들어, 1군과 제2군이 서로 분리되도록 배치될 수도 있고(도 7a), 제1군과 제2군이 서로 교대로 배치될 수도 있다(도 7b). 여기서는 8.5페어로 DBR을 구성했다.
도 8은 도 7a 및 도 7b의 DBR들의 입사각에 따른 반사율을 설명하기 위한 그래프이다.
도 8을 참조하면, 도 7a에 따른 DBR의 0도 입사각에 대한 반사율(a-0도)은 뚜렷한 경계를 갖지 못하는 스탑 밴드를 보인다. 이에 반해, 도 7b에 따른 DBR의 0도 입사각에 대한 반사율(b-0도)은 뚜렷한 경계를 갖는 스탑 밴드를 보인다. 이러한 스탑 밴드의 형상은 입사각 30도에 대해서도 a-30도와 b-30도로 나타낸 바와 같이, 도 7b에 따른 DBR이 상대적으로 더 뚜렷한 경계를 보인다.
따라서, 광학 두께가 서로 다른 재료층들을 배치할 경우, 두꺼운 재료층과 얇은 재료층을 서로 교대로 배치하는 것이 반사 특성을 강화할 수 있음을 알 수 있다.
한편, 종래 기술 및 본 실시예에 따라 설계된 DBR의 구조를 이용하여 FDTD 수치 분석을 이용하여 칩 레벨 및 패키지 레벨에서의 광 추출 효율을 분석하였다. DBR은 기판 하면에 위치하는 것으로 설정하였으며, 다른 구성요소는 실제 사용되는 발광 다이오드 칩의 실제 수치를 이용하였다.
이에 따르면, 칩 레벨에서 전체 광추출 효율이 종래의 DBR을 사용한 경우(63.10%)에 비해 본 실시예에 따른 DBR을 사용한 경우(63.35%)로 약 0.25% 증가하는 것을 확인할 수 있었다. 아울러, 칩 레벨에서 기판 하부로 투과하여 방출되는 광은 종래기술에서 0.35%인 반면 본 실시예에서 0.15%로 감소하였다. 또한, 패키지 레벨에서 전체 광추출 효율은 종래의 DBR을 사용한 경우(65%)에 비해 본 실시예에 따른 DBR을 사용한 경우(65.53%)로 약 0.53% 증가하는 것을 확인할 수 있다. 이러한 광추출 효율의 증가는 모든 조건을 동일하게 하고 DBR만을 변경하여 발생된 것으로 상당히 유의미한 결과이다.
한편, 종래기술에 따른 DBR(비교예) 및 본 실시예에 따른 DBR(실시예)을 실제 발광 다이오드 칩에 적용하여 칩 레벨에서의 광 출력을 비교하여 도 9에 나타내었다.
도 9를 참조하면, 20mA에서 비교예는 평균 80.83mW의 광출력을 보이며, 실시예는 81.91mW의 광출력을 보였다. 따라서, DBR의 설계를 변경함으로써 발광 다이오드 칩의 광 추출효율을 개선할 수 있으며, 그에 따라 발광 다이오드 칩의 광출력을 증가시킬 수 있음을 알 수 있다.
본 실시예에서, 가시 영역의 중심 파장인 약 554㎚를 기준으로 DBR의 각 재료층의 광학 두께를 설정하였다. 발광 다이오드 칩에서 방출되는 광의 파장이 청색광인 경우, 입사각이 증가함에 따라 스탑 밴드가 단파장측으로 이동하는 것을 고려할 때, 중심 파장을 가시 영역의 중심 파장으로 설정하는 것은 의미가 있다. 더욱이, 발광 다이오드 칩이 형광체들과 함께 사용될 경우, 형광체에서 방출되는 광에 대한 반사를 고려하면, 중심 파장을 기준으로 DBR을 설계할 필요가 있다.
그러나, 본 발명은 발광 다이오드 칩이 청색광을 방출하는 것에 한정되는 것은 아니며, 또한 형광체가 함께 사용되는 것에 한정되는 것도 아니다. 따라서, 본 발명은 자외선을 방출하는 발광 다이오드 칩에도 적용될 수 있으며, 이 경우, 가시 영역의 중심 파장 대신에, 발광 다이오드 칩에서 방출되는 광의 파장(제1 파장)을 고려하여 새로운 기준 파장(제2 파장)이 선택될 수 있다.
제2 파장은 제1 파장에 비해 75 내지 125㎚ 범위 내의 파장만큼 더 장파장일 수 있다. 입사각이 증가함에 따라 스탑 밴드가 단파장측으로 이동하더라도, 제2 파장을 위와 같이 설정함으로써, 발광 다이오드 칩에서 방출되는 광에 대해 높은 반사율을 유지할 수 있다. 제2 파장이 제1 파장에 비해 75㎚ 미만의 장파장인 경우, 제1 파장과 제2 파장이 너무 가까워서 입사각이 증가함에 따라 제1 파장의 광에 대한 반사율이 감소할 수 있다. 또한, 제2 파장이 제1 파장에 비해 125㎚ 이상 긴 장파장인 경우, 0도 입사각에서 제1 파장에 대한 반사율이 높은 DBR을 제작하는 것이 어려울 수 있다. 구체적으로, 상기 제2 파장은 제1 파장에 비해 약 100㎚ 긴 파장일 수 있다.
중심 파장(554㎚) 대신에 상기 제2 파장을 기준으로 설정하는 이외에, 제1 재료층들 및 제2 재료층들의 광학 두께는 앞서의 실시예에서 설명한 바와 같이 설정될 수 있을 것이다.
한편, 제1 재료층 및 제2 재료층으로 SiO2와 TiO2를 예로 들었지만, 본 발명은 이들 재료층에 한정되는 것은 아니며, 다른 절연층들 또는 반도체층들이 사용될 수 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자(발광 다이오드 칩)을 적용한 조명 장치를 설명하기 위한 분해 사시도이다.
도 10을 참조하면, 본 실시예에 따른 조명 장치는, 확산 커버(1010), 발광 소자 모듈(1020) 및 바디부(1030)를 포함한다. 바디부(1030)는 발광 소자 모듈(1020)을 수용할 수 있고, 확산 커버(1010)는 발광 소자 모듈(1020)의 상부를 커버할 수 있도록 바디부(1030) 상에 배치될 수 있다.
바디부(1030)는 발광 소자 모듈(1020)을 수용 및 지지하여, 발광 소자 모듈(1020)에 전기적 전원을 공급할 수 있는 형태이면 제한되지 않는다. 예를 들어, 도시된 바와 같이, 바디부(1030)는 바디 케이스(1031), 전원 공급 장치(1033), 전원 케이스(1035), 및 전원 접속부(1037)를 포함할 수 있다.
전원 공급 장치(1033)는 전원 케이스(1035) 내에 수용되어 발광 소자 모듈(1020)과 전기적으로 연결되며, 적어도 하나의 IC칩을 포함할 수 있다. 상기 IC칩은 발광 소자 모듈(1020)로 공급되는 전원의 특성을 조절, 변환 또는 제어할 수 있다. 전원 케이스(1035)는 전원 공급 장치(1033)를 수용하여 지지할 수 있고, 전원 공급 장치(1033)가 그 내부에 고정된 전원 케이스(1035)는 바디 케이스(1031)의 내부에 위치할 수 있다. 전원 접속부(115)는 전원 케이스(1035)의 하단에 배치되어, 전원 케이스(1035)와 결속될 수 있다. 이에 따라, 전원 접속부(1037)는 전원 케이스(1035) 내부의 전원 공급 장치(1033)와 전기적으로 연결되어, 외부 전원이 전원 공급 장치(1033)에 공급될 수 있는 통로 역할을 할 수 있다.
발광 소자 모듈(1020)은 기판(1023) 및 기판(1023) 상에 배치된 발광 소자(1021)를 포함한다. 발광 소자 모듈(1020)은 바디 케이스(1031) 상부에 마련되어 전원 공급 장치(1033)에 전기적으로 연결될 수 있다.
기판(1023)은 발광 소자(1021)를 지지할 수 있는 기판이면 제한되지 않으며, 예를 들어, 배선을 포함하는 인쇄회로기판일 수 있다. 기판(1023)은 바디 케이스(1031)에 안정적으로 고정될 수 있도록, 바디 케이스(1031) 상부의 고정부에 대응하는 형태를 가질 수 있다. 발광 소자(1021)는 상술한 본 발명의 실시예들에 따른 발광 소자들 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
확산 커버(1010)는 발광 소자(1021) 상에 배치되되, 바디 케이스(1031)에 고정되어 발광 소자(1021)를 커버할 수 있다. 확산 커버(1010)는 투광성 재질을 가질 수 있으며, 확산 커버(1010)의 형태 및 광 투과성을 조절하여 조명 장치의 지향 특성을 조절할 수 있다. 따라서 확산 커버(1010)는 조명 장치의 이용 목적 및 적용 태양에 따라 다양한 형태로 변형될 수 있다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 소자를 적용한 디스플레이 장치를 설명하기 위한 단면도이다.
본 실시예의 디스플레이 장치는 표시패널(2110), 표시패널(2110)에 광을 제공하는 백라이트 유닛 및, 상기 표시패널(2110)의 하부 가장자리를 지지하는 패널 가이드를 포함한다.
표시패널(2110)은 특별히 한정되지 않고, 예컨대, 액정층을 포함하는 액정표시패널일 수 있다. 표시패널(2110)의 가장자리에는 상기 게이트 라인으로 구동신호를 공급하는 게이트 구동 PCB가 더 위치할 수 있다. 여기서, 게이트 구동 PCB는 별도의 PCB에 구성되지 않고, 박막 트랜지스터 기판상에 형성될 수도 있다.
백라이트 유닛은 적어도 하나의 기판 및 복수의 발광 소자(2160)를 포함하는 광원 모듈을 포함한다. 나아가, 백라이트 유닛은 바텀커버(2180), 반사 시트(2170), 확산 플레이트(2131) 및 광학 시트들(2130)을 더 포함할 수 있다.
바텀커버(2180)는 상부로 개구되어, 기판, 발광 소자(2160), 반사 시트(2170), 확산 플레이트(2131) 및 광학 시트들(2130)을 수납할 수 있다. 또한, 바텀커버(2180)는 패널 가이드와 결합될 수 있다. 기판은 반사 시트(2170)의 하부에 위치하여, 반사 시트(2170)에 둘러싸인 형태로 배치될 수 있다. 다만, 이에 한정되지 않고, 반사 물질이 표면에 코팅된 경우에는 반사 시트(2170) 상에 위치할 수도 있다. 또한, 기판은 복수로 형성되어, 복수의 기판들이 나란히 배치된 형태로 배치될 수 있으나, 이에 한정되지 않고, 단일의 기판으로 형성될 수도 있다.
발광 소자(2160)는 상술한 본 발명의 실시예들에 따른 발광 소자들 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 발광 소자(2160)들은 기판 상에 일정한 패턴으로 규칙적으로 배열될 수 있다. 또한, 각각의 발광 소자(2160) 상에는 렌즈(2210)가 배치되어, 복수의 발광 소자(2160)들로부터 방출되는 광을 균일성을 향상시킬 수 있다.
확산 플레이트(2131) 및 광학 시트들(2130)은 발광 소자(2160) 상에 위치한다. 발광 소자(2160)로부터 방출된 광은 확산 플레이트(2131) 및 광학 시트들(2130)을 거쳐 면 광원 형태로 표시패널(2110)로 공급될 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 실시예들에 따른 발광 소자는 본 실시예와 같은 직하형 디스플레이 장치에 적용될 수 있다.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 소자(발광 다이오드 칩)를 적용한 디스플레이 장치를 설명하기 위한 단면도이다.
본 실시예에 따른 백라이트 유닛이 구비된 디스플레이 장치는 영상이 디스플레이되는 표시패널(3210), 표시패널(3210)의 배면에 배치되어 광을 조사하는 백라이트 유닛을 포함한다. 나아가, 상기 디스플레이 장치는, 표시패널(3210)을 지지하고 백라이트 유닛이 수납되는 프레임(240) 및 상기 표시패널(3210)을 감싸는 커버(3240, 3280)를 포함한다.
표시패널(3210)은 특별히 한정되지 않고, 예컨대, 액정층을 포함하는 액정표시패널일 수 있다. 표시패널(3210)의 가장자리에는 상기 게이트 라인으로 구동신호를 공급하는 게이트 구동 PCB가 더 위치할 수 있다. 여기서, 게이트 구동 PCB는 별도의 PCB에 구성되지 않고, 박막 트랜지스터 기판상에 형성될 수도 있다. 표시패널(3210)은 그 상하부에 위치하는 커버(3240, 3280)에 의해 고정되며, 하부에 위치하는 커버(3280)는 백라이트 유닛과 결속될 수 있다.
표시패널(3210)에 광을 제공하는 백라이트 유닛은 상면의 일부가 개구된 하부 커버(3270), 하부 커버(3270)의 내부 일 측에 배치된 광원 모듈 및 상기 광원 모듈과 나란하게 위치되어 점광을 면광으로 변환하는 도광판(3250)을 포함한다. 또한, 본 실시예의 백라이트 유닛은 도광판(3250) 상에 위치되어 광을 확산 및 집광시키는 광학 시트들(3230), 도광판(3250)의 하부에 배치되어 도광판(3250)의 하부방향으로 진행하는 광을 표시패널(3210) 방향으로 반사시키는 반사시트(3260)를 더 포함할 수 있다.
광원 모듈은 기판(3220) 및 상기 기판(3220)의 일면에 일정 간격으로 이격되어 배치된 복수의 발광 소자(3110)를 포함한다. 기판(3220)은 발광 소자(3110)를 지지하고 발광 소자(3110)에 전기적으로 연결된 것이면 제한되지 않으며, 예컨대, 인쇄회로기판일 수 있다. 발광 소자(3110)는 상술한 본 발명의 실시예들에 따른 발광 소자를 적어도 하나 포함할 수 있다. 광원 모듈로부터 방출된 광은 도광판(3250)으로 입사되어 광학 시트들(3230)을 통해 표시패널(3210)로 공급된다. 도광판(3250) 및 광학 시트들(3230)을 통해, 발광 소자(3110)들로부터 방출된 점 광원이 면 광원으로 변형될 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 실시예들에 따른 발광 소자는 본 실시예와 같은 에지형 디스플레이 장치에 적용될 수 있다.
도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 소자(발광 다이오드 칩)를 헤드 램프에 적용한 예를 설명하기 위한 단면도이다.
도 13을 참조하면, 상기 헤드 램프는, 램프 바디(4070), 기판(4020), 발광 소자(4010) 및 커버 렌즈(4050)를 포함한다. 나아가, 상기 헤드 램프는, 방열부(4030), 지지랙(4060) 및 연결 부재(4040)를 더 포함할 수 있다.
기판(4020)은 지지랙(4060)에 의해 고정되어 램프 바디(4070) 상에 이격 배치된다. 기판(4020)은 발광 소자(4010)를 지지할 수 있는 기판이면 제한되지 않으며, 예컨대, 인쇄회로기판과 같은 도전 패턴을 갖는 기판일 수 있다. 발광 소자(4010)는 기판(4020) 상에 위치하며, 기판(4020)에 의해 지지 및 고정될 수 있다. 또한, 기판(4020)의 도전 패턴을 통해 발광 소자(4010)는 외부의 전원과 전기적으로 연결될 수 있다. 또한, 발광 소자(4010)는 상술한 본 발명의 실시예들에 따른 발광 소자를 적어도 하나 포함할 수 있다.
커버 렌즈(4050)는 발광 소자(4010)로부터 방출되는 광이 이동하는 경로 상에 위치한다. 예컨대, 도시된 바와 같이, 커버 렌즈(4050)는 연결 부재(4040)에 의해 발광 소자(4010)로부터 이격되어 배치될 수 있고, 발광 소자(4010)로부터 방출된 광을 제공하고자하는 방향에 배치될 수 있다. 커버 렌즈(4050)에 의해 헤드 램프로부터 외부로 방출되는 광의 지향각 및/또는 색상이 조절될 수 있다. 한편, 연결 부재(4040)는 커버 렌즈(4050)를 기판(4020)과 고정시킴과 아울러, 발광 소자(4010)를 둘러싸도록 배치되어 발광 경로(4045)를 제공하는 광 가이드 역할을 할 수도 있다. 이때, 연결 부재(4040)는 광 반사성 물질로 형성되거나, 광 반사성 물질로 코팅될 수 있다. 한편, 방열부(4030)는 방열핀(4031) 및/또는 방열팬(4033)을 포함할 수 있고, 발광 소자(4010) 구동 시 발생하는 열을 외부로 방출시킨다.
이와 같이, 본 발명의 실시예들에 따른 발광 소자는 본 실시예와 같은 헤드 램프, 특히, 차량용 헤드 램프에 적용될 수 있다.
이상에서, 본 발명의 다양한 실시예들에 대하여 설명하였지만, 상술한 다양한 실시예들 및 특징들에 본 발명이 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 특허청구범위에 의한 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형과 변경이 가능하다.
21: 기판
30: 발광 구조체
41: 계면층
43, 53: 분포 브래그 반사기(DBR)
100, 200: 발광 다이오드 칩

Claims (20)

  1. 활성층을 포함하는 발광 구조체; 및
    상기 발광 구조체에서 방출된 광을 반사하도록 상기 발광 구조체의 일측에 배치된 분포 브래그 반사기(DBR)를 포함하고,
    상기 DBR은 서로 교대로 적층된 저굴절률을 갖는 제1 재료층들 및 고굴절률을 갖는 제2 재료층들을 포함하며, 가시 영역의 중심 파장(λ:554㎚)에 대해,
    0.25λ+10%보다 큰 광학 두께를 가지는 제1군의 제1 재료층들과, 0.25λ+10%보다 작고 0.25λ-10%보다 큰 광학 두께를 가지는 제2군의 제1 재료층들이 서로 교대로 배치된 제1 영역;
    0.25λ-10%보다 작은 광학 두께를 가지고 연속하여 배치된 제3군의 제1 재료층들을 포함하는 제2 영역; 및
    상기 제1 영역과 제2 영역 사이에 위치하고, 0.25λ-10%보다 작은 광학 두께를 가지는 제1 재료층, 및 0.25λ보다 큰 광학 두께를 가지는 제1 재료층을 포함하는 제3 영역을 포함하고,
    상기 제1 영역이 상기 제2 영역보다 상기 발광 구조체에 더 가깝게 위치하는 발광 다이오드 칩.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1군의 제1 재료층들은 0.3λ+10%보다 작은 광학 두께를 가지는 제1 재료층들을 포함하고,
    상기 제3군의 제1 재료층들은 0.2λ-10%보다 큰 광학 두께를 가지는 발광 다이오드 칩.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 제1 영역 내의 제1 재료층들의 광학 두께 편차가 상기 제2 영역 내의 제1 재료층들의 광학 두께 편차보다 큰 발광 다이오드 칩.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3의 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 영역 내의 제2 재료층들은, 0.25λ+10%보다 큰 광학 두께를 가지는 제1군의 제2 재료층들 및 0.25λ-10%보다 크고, 0.25λ+10%보다 작은 광학 두께를 가지는 제2군의 제2 재료층들을 포함하고,
    상기 제2 영역 내의 제2 재료층들은 0.25λ-10%보다 작은 광학 두께를 가지고 연속하여 배치된 제3군의 제2 재료층들을 포함하고,
    상기 제3 영역 내의 제2 재료층들은, 0.25λ-10%보다 작은 제2 재료층, 및 0.25λ보다 크고 0.25λ+10%보다 작은 광학 두께를 가지는 제2 재료층을 포함하는 발광 다이오드 칩.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 제1군의 제2 재료층들은 0.25λ+20%보다 작은 광학 두께를 가지는 발광 다이오드 칩.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 제1군의 제2 재료층들의 광학 두께의 평균값은 상기 제1군의 제1 재료층들의 광학 두께의 평균값보다 작은 발광 다이오드 칩.
  7. 청구항 4에 있어서,
    상기 제1 영역 내의 제2 재료층들의 광학 두께 편차가 상기 제2 영역 내의 제2 재료층들의 광학 두께 편차보다 큰 발광 다이오드 칩.
  8. 청구항 4에 있어서,
    상기 제3 영역 내의 제2 재료층들은, 0.25λ+10%보다 큰 광학 두께를 가지는 제2 재료층을 더 포함하는 발광 다이오드 칩.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 DBR은 상기 제3 영역 내에 위치하고, 0.25λ-10%보다 크고 0.25λ보다 작은 광학 두께를 가지는 제1 재료층을 더 포함하는 발광 다이오드 칩.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 발광 구조체와 상기 DBR 사이에 배치된 기판을 더 포함하는 발광 다이오드 칩.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 기판은 패터닝된 사파이어 기판(PSS)인 발광 다이오드 칩.
  12. 청구항 10에 있어서,
    상기 기판과 상기 DBR 사이에 상기 DBR 내의 제1 재료층들과 동일한 재료로 형성되고, 상기 제1 재료층들보다 상대적으로 더 두꺼운 계면층을 더 포함하는 발광 다이오드 칩.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 계면층에 대향하여 상기 DBR의 마지막 층 상에 위치하되, 상기 DBR 내의 제1 재료층들과 동일한 재료로 형성되고, 상기 제1 재료층들보다 상대적으로 더 두꺼운 표면층을 더 포함하는 발광 다이오드 칩.
  14. 청구항 1에 있어서,
    상기 발광 구조체를 사이에 두고 상기 DBR에 대향하여 배치된 기판을 더 포함하는 발광 다이오드 칩.
  15. 청구항 1에 있어서,
    상기 활성층은 청색광을 생성하는 발광 다이오드 칩.
  16. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 재료층들은 SiO2층이고,
    상기 제2 재료층들은 TiO2층인 발광 다이오드 칩.
  17. 제1 파장의 광을 방출하는 활성층을 포함하는 발광 구조체; 및
    상기 발광 구조체에서 방출된 광을 반사하도록 상기 발광 구조체의 일측에 배치된 분포 브래그 반사기(DBR)를 포함하고,
    상기 DBR은 서로 교대로 적층된 저굴절률을 갖는 제1 재료층들 및 고굴절률을 갖는 제2 재료층들을 포함하며, 상기 제1 파장보다 75 내지 125㎚ 범위 내의 길이만큼 긴 제2 파장(λ)에 대해,
    0.25λ+10%보다 큰 광학 두께를 가지는 제1군의 제1 재료층들과, 0.25λ+10%보다 작고 0.25λ-10%보다 큰 광학 두께를 가지는 제2군의 제1 재료층들이 서로 교대로 배치된 제1 영역;
    0.25λ-10%보다 작은 광학 두께를 가지고 연속하여 배치된 제3군의 제1 재료층들을 포함하는 제2 영역; 및
    상기 제1 영역과 제2 영역 사이에 위치하고, 0.25λ-10%보다 작은 광학 두께를 가지는 제1 재료층, 및 0.25λ보다 큰 광학 두께를 가지는 제1 재료층을 포함하는 제3 영역을 포함하고,
    상기 제1 영역이 상기 제2 영역보다 상기 발광 구조체에 더 가깝게 위치하는 발광 다이오드 칩.
  18. 청구항 17에 있어서,
    상기 제1군의 제1 재료층들은 0.3λ+10%보다 작은 두께를 가지는 제1 재료층들을 포함하고,
    상기 제3군의 제1 재료층들은 0.2λ-10%보다 큰 두께를 가지는 발광 다이오드 칩.
  19. 청구항 17에 있어서,
    상기 제1 영역 내의 제1 재료층들의 광학 두께 편차가 상기 제2 영역 내의 제1 재료층들의 광학 두께 편차보다 큰 발광 다이오드 칩.
  20. 청구항 15 내지 청구항 17의 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 영역 내의 제2 재료층들은, 0.25λ+10%보다 큰 광학 두께를 가지는 제1군의 제2 재료층들 및 0.25λ-10%보다 크고, 0.25λ+10%보다 작은 광학 두께를 가지는 제2군의 제2 재료층들을 포함하고,
    상기 제2 영역 내의 제2 재료층들은 0.25λ-10%보다 작은 광학 두께를 가지고 연속하여 배치된 제3군의 제2 재료층들을 포함하고,
    상기 제3 영역 내의 제2 재료층들은, 0.25λ-10%보다 작은 제2 재료층, 및 0.25λ보다 크고 0.25λ+10%보다 작은 광학 두께를 가지는 제2 재료층을 포함하는 발광 다이오드 칩.
KR1020150148036A 2015-10-23 2015-10-23 분포 브래그 반사기를 가지는 발광 다이오드 칩 KR102471102B1 (ko)

Priority Applications (10)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020150148036A KR102471102B1 (ko) 2015-10-23 2015-10-23 분포 브래그 반사기를 가지는 발광 다이오드 칩
US15/767,284 US10804437B2 (en) 2015-10-23 2016-06-17 Light emitting diode chip having distributed Bragg reflector
PCT/KR2016/006428 WO2017069372A1 (en) 2015-10-23 2016-06-17 Light emitting diode chip having distributed bragg reflector
EP16857630.4A EP3353821B1 (en) 2015-10-23 2016-06-17 Light emitting diode chip having distributed bragg reflector
TW106139078A TWI665810B (zh) 2015-10-23 2016-07-12 具有分布式布拉格反射器的發光二極體晶片
TW105121835A TWI613839B (zh) 2015-10-23 2016-07-12 具有分布式布拉格反射器的發光二極體晶片
CN201610670509.6A CN106611811B (zh) 2015-10-23 2016-08-15 具有分布式布拉格反射器的发光二极管芯片
JP2016162217A JP6275788B2 (ja) 2015-10-23 2016-08-22 分布ブラッグ反射器を有する発光ダイオードチップ
JP2018002039A JP6831801B2 (ja) 2015-10-23 2018-01-10 分布ブラッグ反射器を有する発光ダイオードチップ
US17/016,371 US20200411725A1 (en) 2015-10-23 2020-09-10 Light emitting diode chip having distributed bragg reflector

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020150148036A KR102471102B1 (ko) 2015-10-23 2015-10-23 분포 브래그 반사기를 가지는 발광 다이오드 칩

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20170047664A true KR20170047664A (ko) 2017-05-08
KR102471102B1 KR102471102B1 (ko) 2022-11-25

Family

ID=58557709

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020150148036A KR102471102B1 (ko) 2015-10-23 2015-10-23 분포 브래그 반사기를 가지는 발광 다이오드 칩

Country Status (7)

Country Link
US (2) US10804437B2 (ko)
EP (1) EP3353821B1 (ko)
JP (2) JP6275788B2 (ko)
KR (1) KR102471102B1 (ko)
CN (1) CN106611811B (ko)
TW (2) TWI665810B (ko)
WO (1) WO2017069372A1 (ko)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019039769A1 (ko) * 2017-08-24 2019-02-28 서울바이오시스주식회사 분포 브래그 반사기를 가지는 발광 다이오드
KR20190136272A (ko) * 2018-05-30 2019-12-10 서울바이오시스 주식회사 분포 브래그 반사기를 가지는 발광 다이오드 칩
KR20200095191A (ko) * 2019-01-31 2020-08-10 서울바이오시스 주식회사 솔더 범프를 갖는 발광 다이오드
KR20200095060A (ko) * 2019-01-31 2020-08-10 서울바이오시스 주식회사 분포 브래그 반사기를 갖는 발광 다이오드

Families Citing this family (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7082273B2 (ja) 2017-07-21 2022-06-08 日亜化学工業株式会社 発光装置、集積型発光装置および発光モジュール
CN116884966A (zh) 2017-07-21 2023-10-13 日亚化学工业株式会社 背光装置以及光源
CN108134005B (zh) * 2017-12-13 2023-12-22 华灿光电（浙江）有限公司 一种发光二极管芯片及其制备方法
US20190237629A1 (en) 2018-01-26 2019-08-01 Lumileds Llc Optically transparent adhesion layer to connect noble metals to oxides
CN108172673B (zh) * 2018-01-31 2023-10-13 江苏新广联科技股份有限公司 用于led倒装芯片的分布式布拉格反射镜图形的制作方法和结构
US10340480B1 (en) * 2018-03-01 2019-07-02 Avalon Holographics Inc. OLED microcavity design and optimization method
US11799058B2 (en) 2018-03-15 2023-10-24 Osram Oled Gmbh Optoelectronic semiconductor chip
DE102018107667A1 (de) 2018-03-15 2019-09-19 Osram Opto Semiconductors Gmbh Optoelektronischer halbleiterchip
CN108447955B (zh) * 2018-03-16 2019-07-23 厦门市三安光电科技有限公司 发光二极管芯片结构及其制作方法
WO2020015630A1 (zh) * 2018-07-17 2020-01-23 厦门乾照光电股份有限公司 发光二极管的半导体芯片及其制造方法
KR102624112B1 (ko) 2018-10-23 2024-01-12 서울바이오시스 주식회사 플립칩형 발광 다이오드 칩
EP3920245A4 (en) * 2019-01-31 2022-11-02 Seoul Viosys Co., Ltd LED
JP6811293B1 (ja) 2019-08-21 2021-01-13 日機装株式会社 半導体発光素子および半導体発光素子の製造方法
DE102019122593A1 (de) * 2019-08-22 2021-02-25 OSRAM Opto Semiconductors Gesellschaft mit beschränkter Haftung Optoelektronischer Halbleiterchip
JP2021114594A (ja) * 2019-08-27 2021-08-05 株式会社東芝 光半導体素子
TWI785383B (zh) * 2020-09-16 2022-12-01 晶元光電股份有限公司 具有布拉格反射結構的半導體發光元件
CN113826222B (zh) * 2020-11-19 2023-06-30 厦门三安光电有限公司 Dbr结构、led芯片、半导体发光器件及制造方法及显示面板
US20220173080A1 (en) * 2020-11-30 2022-06-02 Seoul Viosys Co., Ltd. Unit pixel and displaying apparatus including the unit pixel
CN112909139A (zh) * 2021-02-01 2021-06-04 扬州乾照光电有限公司 一种基于dbr结构的led芯片及其制备方法
TWI792283B (zh) 2021-04-27 2023-02-11 錼創顯示科技股份有限公司 微型發光二極體結構與使用其的微型發光二極體顯示面板
CN113193090B (zh) * 2021-04-27 2023-06-06 錼创显示科技股份有限公司 微型发光二极管结构与使用其的微型发光二极管显示面板
CN113471342B (zh) * 2021-06-30 2022-12-02 厦门士兰明镓化合物半导体有限公司 Led外延结构以及led芯片

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5999321A (en) * 1998-06-19 1999-12-07 Philips Electronics North America Corporation Dichroic filters with low nm per degree sensitivity
KR20110053064A (ko) * 2009-11-13 2011-05-19 서울옵토디바이스주식회사 분포 브래그 반사기를 갖는 발광 다이오드 칩 및 발광 다이오드 패키지
KR20120011171A (ko) * 2010-07-28 2012-02-07 서울옵토디바이스주식회사 발광 다이오드
US20120161176A1 (en) * 2010-12-24 2012-06-28 Seoul Opto Device Co., Ltd. Light emitting diode chip and method of fabricating the same
KR101289442B1 (ko) * 2012-03-02 2013-07-24 일진엘이디(주) 분포 브래그 반사기를 포함하는 질화물 반도체 발광소자 및 그 제조 방법

Family Cites Families (31)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3439063B2 (ja) * 1997-03-24 2003-08-25 三洋電機株式会社 半導体発光素子および発光ランプ
US6720585B1 (en) * 2001-01-16 2004-04-13 Optical Communication Products, Inc. Low thermal impedance DBR for optoelectronic devices
US20020163952A1 (en) * 2001-03-01 2002-11-07 Wen-Yen Hwang VCSEL with single lasing-reflectivity peak reflector
US7067849B2 (en) 2001-07-17 2006-06-27 Lg Electronics Inc. Diode having high brightness and method thereof
JP2003270432A (ja) * 2002-03-13 2003-09-25 Shin Etsu Handotai Co Ltd 可視光反射部材
JP3795007B2 (ja) * 2002-11-27 2006-07-12 松下電器産業株式会社 半導体発光素子及びその製造方法
JP2008211164A (ja) * 2007-01-29 2008-09-11 Matsushita Electric Ind Co Ltd 窒化物半導体発光装置及びその製造方法
JP4851953B2 (ja) * 2007-02-07 2012-01-11 株式会社日立製作所 光学部材
JP5634003B2 (ja) 2007-09-29 2014-12-03 日亜化学工業株式会社 発光装置
US8575633B2 (en) * 2008-12-08 2013-11-05 Cree, Inc. Light emitting diode with improved light extraction
CN102077428B (zh) * 2008-05-02 2013-01-16 株式会社理光 垂直腔表面发射激光器件 、垂直腔表面发射激光器阵列、光学扫描设备、成像设备、光学发射模块和光学发射系统
WO2009143625A1 (en) * 2008-05-30 2009-12-03 Opalux Incorporated Tunable bragg stack
US8963178B2 (en) * 2009-11-13 2015-02-24 Seoul Viosys Co., Ltd. Light emitting diode chip having distributed bragg reflector and method of fabricating the same
JP5855344B2 (ja) * 2010-02-12 2016-02-09 ソウル バイオシス カンパニー リミテッドＳｅｏｕｌ Ｖｉｏｓｙｓ Ｃｏ．，Ｌｔｄ． 分布ブラッグ反射器を有する発光ダイオードチップ及びその製造方法
US8772805B2 (en) * 2010-03-31 2014-07-08 Seoul Viosys Co., Ltd. High efficiency light emitting diode and method for fabricating the same
WO2011145794A1 (ko) * 2010-05-18 2011-11-24 서울반도체 주식회사 파장변환층을 갖는 발광 다이오드 칩과 그 제조 방법, 및 그것을 포함하는 패키지 및 그 제조 방법
KR20120126856A (ko) 2011-05-13 2012-11-21 삼성전자주식회사 반도체 발광다이오드 칩 및 이를 이용한 발광장치
JP5228089B2 (ja) * 2011-07-06 2013-07-03 シャープ株式会社 発光装置および表示装置
US8624482B2 (en) 2011-09-01 2014-01-07 Toshiba Techno Center Inc. Distributed bragg reflector for reflecting light of multiple wavelengths from an LED
JP5731996B2 (ja) 2012-02-21 2015-06-10 富士フイルム株式会社 半導体発光素子
EP2648237B1 (en) * 2012-04-02 2019-05-15 Viavi Solutions Inc. Broadband dielectric reflectors for LED
US9099626B2 (en) 2012-04-02 2015-08-04 Jds Uniphase Corporation Broadband dielectric reflectors for LED
JP2014139997A (ja) * 2013-01-21 2014-07-31 Rohm Co Ltd 発光素子および発光素子パッケージ
WO2014115697A1 (ja) * 2013-01-28 2014-07-31 シャープ株式会社 照明装置、表示装置、及びテレビ受信装置
CN104969365B (zh) * 2013-02-07 2017-12-26 夏普株式会社 半导体发光元件及其制造方法
US20140316330A1 (en) 2013-03-15 2014-10-23 Gary Fudem Pressurized oxygen delivery system
CN104078843A (zh) * 2013-03-29 2014-10-01 新科实业有限公司 具有窄激光发射角度的多模垂直腔面发射激光器
TWI478387B (zh) * 2013-10-23 2015-03-21 Lextar Electronics Corp 發光二極體結構
KR20160034534A (ko) * 2014-09-19 2016-03-30 삼성전자주식회사 반도체 발광 소자
KR102224848B1 (ko) * 2014-10-06 2021-03-08 삼성전자주식회사 발광 소자 패키지 제조 방법
KR102480902B1 (ko) * 2015-09-18 2022-12-22 삼성전자주식회사 표시 장치

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5999321A (en) * 1998-06-19 1999-12-07 Philips Electronics North America Corporation Dichroic filters with low nm per degree sensitivity
KR20110053064A (ko) * 2009-11-13 2011-05-19 서울옵토디바이스주식회사 분포 브래그 반사기를 갖는 발광 다이오드 칩 및 발광 다이오드 패키지
KR20120011171A (ko) * 2010-07-28 2012-02-07 서울옵토디바이스주식회사 발광 다이오드
US20120161176A1 (en) * 2010-12-24 2012-06-28 Seoul Opto Device Co., Ltd. Light emitting diode chip and method of fabricating the same
JP2014500629A (ja) * 2010-12-24 2014-01-09 ソウル バイオシス カンパニー リミテッド 発光ダイオードチップ及びそれを製造する方法
KR101289442B1 (ko) * 2012-03-02 2013-07-24 일진엘이디(주) 분포 브래그 반사기를 포함하는 질화물 반도체 발광소자 및 그 제조 방법

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019039769A1 (ko) * 2017-08-24 2019-02-28 서울바이오시스주식회사 분포 브래그 반사기를 가지는 발광 다이오드
CN109427936A (zh) * 2017-08-24 2019-03-05 首尔伟傲世有限公司 具有分布式布拉格反射器的发光二极管
US10734554B2 (en) 2017-08-24 2020-08-04 Seoul Viosys Co., Ltd. Light emitting diode having distributed Bragg reflector
KR20190136272A (ko) * 2018-05-30 2019-12-10 서울바이오시스 주식회사 분포 브래그 반사기를 가지는 발광 다이오드 칩
KR20200095191A (ko) * 2019-01-31 2020-08-10 서울바이오시스 주식회사 솔더 범프를 갖는 발광 다이오드
KR20200095060A (ko) * 2019-01-31 2020-08-10 서울바이오시스 주식회사 분포 브래그 반사기를 갖는 발광 다이오드

Also Published As

Publication number Publication date
JP2017085081A (ja) 2017-05-18
JP6831801B2 (ja) 2021-02-17
TW201715750A (zh) 2017-05-01
JP2018088535A (ja) 2018-06-07
US20190067526A1 (en) 2019-02-28
JP6275788B2 (ja) 2018-02-07
EP3353821A4 (en) 2019-05-01
CN106611811B (zh) 2018-12-25
TWI665810B (zh) 2019-07-11
US10804437B2 (en) 2020-10-13
TWI613839B (zh) 2018-02-01
WO2017069372A1 (en) 2017-04-27
CN106611811A (zh) 2017-05-03
KR102471102B1 (ko) 2022-11-25
EP3353821A1 (en) 2018-08-01
EP3353821B1 (en) 2021-05-26
TW201806182A (zh) 2018-02-16
US20200411725A1 (en) 2020-12-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102471102B1 (ko) 분포 브래그 반사기를 가지는 발광 다이오드 칩
KR102496316B1 (ko) 분포 브래그 반사기를 가지는 발광 다이오드 칩
US10290772B2 (en) Light-emitting diode and manufacturing method therefor
TWI819258B (zh) 發光二極體晶片
EP3264476B1 (en) Light emitting diode chip
US10734554B2 (en) Light emitting diode having distributed Bragg reflector
CN111120962B (zh) 具有多个发光单元的发光二极管
KR102382037B1 (ko) 고 신뢰성의 발광 다이오드
KR101694175B1 (ko) 발광소자, 발광소자 패키지 및 조명시스템
KR20110085961A (ko) 분포 브래그 반사기를 갖는 발광 다이오드 칩 및 발광 다이오드 패키지
KR20200112410A (ko) 발광 다이오드
KR102601419B1 (ko) 고 신뢰성 발광 다이오드
KR102440223B1 (ko) 칩 스케일 패키지 발광 다이오드
KR20140096654A (ko) 발광 소자 및 그를 포함하는 발광소자 패키지
KR20200095060A (ko) 분포 브래그 반사기를 갖는 발광 다이오드

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant