WO2015080416A1 - 측면 발광 다이오드, 면광원 및 그 제조 방법 - Google Patents

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WO2015080416A1
WO2015080416A1 PCT/KR2014/011058 KR2014011058W WO2015080416A1 WO 2015080416 A1 WO2015080416 A1 WO 2015080416A1 KR 2014011058 W KR2014011058 W KR 2014011058W WO 2015080416 A1 WO2015080416 A1 WO 2015080416A1
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light
substrate
light emitting
layer
emitting diode
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PCT/KR2014/011058
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Inventor
곽준섭
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순천대학교 산학협력단
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers 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 having potential barriers 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 having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers 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 bodies
    • H01L33/20—Semiconductor devices having potential barriers 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 bodies with a particular shape, e.g. curved or truncated substrate

Definitions

  • the present invention relates to a side light emitting diode, a surface light source, and a method of manufacturing the same, and more particularly, does not require a lens to emit light to the side, so that the thickness can be reduced, and the side light emission of light extraction efficiency is improved in the side direction.
  • a diode such a side light emitting diode
  • the present invention relates to an LED surface light source having a thin thickness and flexibility.
  • a liquid crystal display device that requires a separate light source may use a plurality of fluorescent lamps such as a cold cathode fluorescent lamp (CCFL), an external electrofluorescent lamp (EEFL), or a plurality of light emitting diodes (LEDs).
  • the back light unit (BLU) is provided with a light guide plate, a plurality of optical sheets, a reflecting plate, and the like.
  • LEDs light emitting diodes
  • LEDs which transmit and receive signals by converting electricity into infrared rays or light using characteristics of compound semiconductors, or are used as light sources
  • LEDs light emitting diodes
  • It can be used to emit light of a desired wavelength with little power and to suppress the emission of environmentally harmful substances such as mercury, and the development is being accelerated in consideration of energy saving and environmental protection aspects.
  • a light emitting diode when a light emitting diode is used as a light source, the light tends to concentrate in a narrow area and diverge, and in order to apply it to a surface light source such as a display device, it is necessary to distribute the light evenly over a wide area.
  • the backlight unit BLU is classified into an edge type and a direct type according to the position of the lamp with respect to the display surface.
  • the direct type backlight unit has been widely used in large liquid crystal displays because of its high light utilization, easy handling, and no limitation on the size of the display surface.
  • the light emitting diodes used in the direct type backlight unit are classified into top emitting, bottom emitting, or edge emitting according to the light emission method. Or a lower release mode is generally used.
  • the light emitting diode backlight unit of the top emission or bottom emission method has a disadvantage in that light distribution and light uniformity are inferior to the side emission method.
  • a commonly used side emitting light emitting diode 10 has a side direction of light arriving from the LED package base 11, the light emitting diode chip 12, and the light emitting diode chip. And a lens 13 to emit light (see FIG. 1).
  • the lens 13 comprises a funnel-shape total internal reflection surface 14 and a refractive surface 15 symmetrical about the central axis of the lens.
  • the total reflection surface 14 reflects light from the lens 13 so that the light exits in a direction perpendicular to the central axis, and the refracting surface 15 is sawtooth-shaped to refract light in a direction perpendicular to the central axis. Release.
  • the light emitting diodes 10 of the general side emission type are mounted in the holes formed in the light guide plate, and the light emitted from the light emitting diode chip 12 is emitted to the side of the lens 13 to be incident on the light guide plate.
  • the general side emission type light emitting diodes 10 have a structure in which a lens 13 having a very high height is required as compared with the height of the light emitting diode chip 12.
  • the thickness of 10) may be a structure determined according to the thickness of the lens 13. Therefore, the direct type backlight unit (BLU) or the surface light source including the side emission type light emitting diode 10 is limited in reducing the thickness as well. This technical limitation is a fatal drawback in efforts to reduce the thickness of flat panel displays in recent years.
  • Korean Patent No. 10-0835063 (2008.05.28), etc. discloses a technique for arranging a plurality of point light source on the plane and directly irradiated with the light emitting surface have.
  • the luminance difference is likely to occur at a position immediately above the light source and at a position that is not, which may cause uneven luminance distribution. Therefore, it is necessary to space the gap between the light emitting source and the light emitting surface by a minimum distance necessary for mixing the light so that the light emitted from the light emitting source can be uniformly mixed.
  • Korean Patent No. 10-0911463 (2009.08.03) discloses a technology using a light guide plate, which is arranged by aligning a light guide plate on the side of the light guide plate. After the light is incident through the side of the light guide plate is refracted and reflected by the light is indirectly irradiated to the light emitting surface, the number of light emitting sources is relatively lower than the method of directly irradiating directly below the light emitting surface, the brightness is relatively low, As the distance from the point source reaches the distance from the point source to the center, the difference in brightness occurs, and the color difference occurs because it is not easy to mix the light emitted from neighboring light sources. There is a problem in realizing a uniform surface light source.
  • An object of the present invention is to provide a side light emitting diode and a method of manufacturing the same, which can significantly reduce the height of the light emitting diode by removing the lens from the side emitting light emitting diode.
  • Another object of the present invention is to provide a side light emitting diode and a method of manufacturing the same, which can be used as a high performance backlight unit (BLU) or a surface light source by increasing the extraction efficiency of light emitted to the side.
  • BLU backlight unit
  • the present invention improves light extraction efficiency by using side light emitting diodes in which light is emitted to the side of the light emitting diodes, and significantly reduces the thickness of the side light emitting diodes, thereby providing a flexible LED surface light source and a method of manufacturing the same. Its purpose is to.
  • a side light emitting diode comprising: a substrate having first to second surfaces facing each other; A first reflective layer on the first surface of the substrate; a semiconductor stacked structure comprising an n-type conductor layer, an active layer, and a p-type semiconductor layer, and located on a second side of the substrate; And a second reflective layer positioned on the semiconductor stacked structure.
  • the light extraction structure may be provided on at least one surface side of the first surface to the second surface of the substrate,
  • the light extraction structure provided on the second surface side of the substrate may be a protrusion or a recess formed by patterning the substrate, or a protrusion formed by forming an oxide layer on the substrate and patterning the oxide layer, or It may be a recess formed by patterning a portion of the semiconductor laminate structure,
  • the light extraction structure provided on the first surface side of the substrate may be an insert inserted into the first surface of the substrate or a protrusion protruding from the first surface of the substrate,
  • the first reflective layer or the second reflective layer may be a metal reflective layer or a distributed breg reflective layer (DBR layer),
  • At least some of the side surfaces of the semiconductor stacked structure may be inclined with respect to a direction perpendicular to the substrate.
  • a backlight unit may be a surface lighting device including a side light emitting diode.
  • a method of manufacturing a side light emitting diode including: forming a first reflective layer on a bottom surface of a substrate; Forming a semiconductor stacked structure including an n-type conductor layer, an active layer, and a p-type semiconductor layer on an upper surface of the substrate; And forming a second reflective layer on the semiconductor stacked structure.
  • the method may further include forming a light extraction structure on at least one of the lower and upper surfaces of the substrate.
  • the method may further include forming a recess by patterning a lower surface of the substrate, and forming a light extraction structure that is an insert inserted into the lower surface of the substrate by filling the recess during the process of forming the first reflective layer.
  • the method may further include forming a convex portion by patterning a lower surface of the substrate.
  • a method of manufacturing a side light emitting diode including: forming a semiconductor stacked structure including an n-type conductor layer, an active layer, and a p-type semiconductor layer on a growth substrate; Forming a second reflective layer on the semiconductor laminate structure; Forming a support substrate on the second reflective layer; Separating the growth substrate from the semiconductor stack structure; And bonding the second surface of the transparent substrate having the first reflective layer formed thereon to the exposed surface of the semiconductor laminate structure.
  • the method may further include forming a light extraction structure inside the transparent substrate or forming a recess by patterning a second surface of the transparent substrate.
  • the method may further include patterning an exposed surface of the semiconductor stack structure to form a recess.
  • the method may further include separating the support substrate from the second reflective layer.
  • the method may further include inclining at least a portion of the side surface of the semiconductor laminate structure with respect to the vertical direction of the substrate or the growth substrate.
  • a surface light source including: a lower plate on which wiring is provided for providing an electrical signal; A light guide plate provided on the lower plate and provided with a plurality of accommodation parts spaced apart from each other; And a plurality of side light emitting diodes respectively accommodated in a plurality of accommodation parts formed in the light guide plate.
  • It may further include a diffusion plate for uniformly emitting light emitted from the plurality of side light emitting diodes,
  • the lower plate may include a reflective surface for reflecting the incident light to the top, it may be formed of a translucent material,
  • the light guide plate may have a thickness or the same as that of the side light emitting diode,
  • Phosphor may be provided between the light guide plate and the side light emitting diode received in the receiving portion,
  • the side light emitting diode includes a semiconductor laminate including an n-type semiconductor layer, an active layer, and a p-type semiconductor layer, and a first reflective layer and a second reflective layer are formed on and under the semiconductor laminate, respectively, to emit light from the active layer. Light can be emitted through the side of the side light emitting diode,
  • the first reflective layer may be formed on one surface of the substrate on which the semiconductor stacked structure is formed,
  • the second reflective layer may be formed on the semiconductor laminate.
  • At least one surface side of the upper surface or the lower surface of the substrate may include a light extraction structure
  • At least one reflective layer of the first reflective layer or the second reflective layer may include a light exit port for emitting light emitted from the active layer to the outside,
  • the phosphor may be provided on the reflective layer including the light exit port,
  • the lower plate and the light guide plate may be stacked and flexible.
  • the surface light source may be a lighting device or a backlight unit (BLU).
  • BLU backlight unit
  • Method for producing a surface light source comprises the steps of forming an electrical wiring on the lower plate; Connecting a plurality of side light emitting diodes to the electrical wiring; And stacking the light guide plate on the lower plate such that the plurality of receiving parts formed on the light guide plate correspond to the plurality of side light emitting diodes.
  • the forming of the electrical wiring may be performed by printing a conductive material on the lower plate.
  • the connecting of the plurality of side light emitting diodes may be flip chip bonding of the plurality of side light emitting diodes to be connected to the electrical wiring lines.
  • the method may further include stacking a diffusion plate on the light guide plate to uniformly emit light emitted from the plurality of side light emitting diodes.
  • the plurality of side light emitting diodes includes a semiconductor stacked structure including an n-type semiconductor layer, an active layer, and a p-type semiconductor layer; First reflecting layers formed on upper and lower portions of the semiconductor laminate; And a second reflecting layer, and forming a light emitting port for emitting light emitted from the semiconductor laminate to the outside in at least one of the first reflecting layer and the second reflecting layer.
  • the method may further include providing a phosphor on the reflective layer on which the light exit port is formed.
  • the side light emitting diode since a reflective layer is formed on each of the upper and lower portions of the light emitting semiconductor stacked structure to emit light to the side of the light emitting diode, a lens that is essentially used in the conventional side emitting light emitting diode is unnecessary. As a result, the height of the side light emitting diode can be significantly reduced, and the thickness of the direct type backlight unit (BLU), the surface light source, or the flat panel display panel including the side light emitting diode can be effectively reduced.
  • BLU direct type backlight unit
  • the present invention by forming a light extraction structure on at least one of both sides of the substrate, by inclining the side of the side light emitting diode, to effectively extract the light emitted from the semiconductor laminated structure in the lateral direction to improve the side light extraction efficiency And it is possible to improve the optical characteristics of a direct type backlight unit (BLU), or a surface light source including such a side light emitting diode.
  • BLU direct type backlight unit
  • the LED surface light source and the method of manufacturing the light emitting diode according to the present invention since a reflective layer is formed on the upper and lower portions of the semiconductor laminate structure to emit light, the light is emitted directly to the side of the light emitting diode.
  • the side light emitting diode can be removed and the thickness of the light emitting diode is significantly reduced.
  • the use of the side light emitting diode effectively reduces the thickness of the surface light source, thereby making it possible to reduce the thickness.
  • the present invention can not only reduce the thickness of the surface light source by stacking the plates constituting the surface light source, it is also possible to modularize the surface light source, convenient and easy to package, and includes a light extraction structure in the side light emitting diode Therefore, the light extraction efficiency can be improved, thereby improving the optical characteristics of the surface light source.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing a side-emitting light emitting diode according to the prior art.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating various types of side light emitting diodes according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • 3 is a graph showing the light output size of various types of side light emitting diode according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a graph illustrating light distribution characteristics of various types of side light emitting diodes according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view showing a process of forming a light extraction structure according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating a side light emitting diode according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a flowchart illustrating a process of forming a side light emitting diode according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is an exploded perspective view showing the structure of a surface light source according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view showing a side light emitting diode used in a surface light source according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a schematic view showing a receiving portion and a side light emitting diode formed in a light guide plate of a surface light source according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view illustrating a receiving part and a side light emitting diode formed in a light guide plate of a surface light source according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating various types of side light emitting diodes according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • the side light emitting diode 100 of the present invention includes a substrate 110 having first to second surfaces facing each other; A first reflective layer 130 disposed on the first surface of the substrate; a semiconductor stacked structure (120) comprising an n-type semiconductor layer (122), an active layer (123), and a p-type semiconductor layer (124) and positioned on a second side of the substrate; And a second reflective layer 140 positioned on the semiconductor stacked structure 120.
  • the substrate 110 is formed of a substrate suitable for growing a compound semiconductor in a single crystal or epitaxial, sapphire, gallium nitride (GaN), zinc oxide (ZnO), silicon carbide (SiC), aluminum nitride (AlN), glass Light transmissive materials, such as silicone or PET, but is not particularly limited to these materials.
  • GaN gallium nitride
  • ZnO zinc oxide
  • SiC silicon carbide
  • AlN aluminum nitride
  • Light transmissive materials such as silicone or PET, but is not particularly limited to these materials.
  • the n-type semiconductor layer 122, the active layer 123 and the p-type semiconductor layer 124 may be formed of a compound semiconductor material doped with each conductive dopant, for example, In x Al y Ga 1-xy N Although it may be formed of a gallium nitride compound semiconductor material having a composition formula (where 0 ⁇ x ⁇ 1, 0 ⁇ y ⁇ 1, and 0 ⁇ x + y ⁇ 1), it is not particularly limited to these materials.
  • the n-type semiconductor layer 122 may be formed of a compound semiconductor layer doped with n-type conductive impurities, for example, Si, Ge, Sn, etc. may be used as the n-type conductive impurities. Si is mainly used.
  • the active layer 123 may be formed of one quantum well layer, a double heterostructure structure, or a multi-quantum well layer composed of an InGaN / GaN layer.
  • the p-type semiconductor layer 124 may be formed of a GaN layer or a GaN / AlGaN layer doped with a p-type conductive impurity, and the p-type conductive impurity doping may include, for example, Mg, Zn, Be, or the like.
  • the semiconductor stacked structure 120 may include a GaN buffer layer 121, an n-type / p-type cladding layer, a p-type cap layer, etc. to improve lattice matching with a substrate formed of a sapphire-like material on the substrate 110.
  • the apparatus may further include functional layers that perform branch functions.
  • an n-type electrode and a p-type electrode are electrically formed in the n-type semiconductor layer 122 and the p-type semiconductor layer 124 exposed by removing a portion of the semiconductor stacked structure 120 through an etching process. It may be formed to be in ohmic contact.
  • the first reflective layer 130 and the second reflective layer 140 included in the side light emitting diode 100 do not emit light emitted from the active layer 123 of the semiconductor stacked structure 120 to the upper or lower surface.
  • DBR layer distributed Bragg reflecting layer
  • the SiO 2 layer in further comprising a SiO 2 layer, or dispersed breather the reflective layer between the metal reflective layer and the substrate in order to improve the bonding properties of the substrate It may be formed in contact with the substrate.
  • the light extraction structure 150 can be provided (see FIG. 2 (B)-FIG. 2 (D)).
  • the light extraction structure 150 has a refractive index different from that of the compound semiconductor structure or has a reflecting surface.
  • the shape may be variously configured in the shape of hemispherical, pyramidal, cone, wedge, triangular pyramid, square pyramid or extending in one direction.
  • the light extraction structure 150 provided on the second surface side of the substrate 110 may be a protrusion 151 protruding toward the semiconductor stack structure 120 from the second surface of the substrate, and the protrusion 151 may be an etching mask.
  • the substrate 110 may be formed by dry or wet patterning using the same material as the substrate (see FIG. 5A).
  • the protrusion which is a light extraction structure, is also made of sapphire and has a refractive index of 1.6. Will be refracted.
  • the protrusion 151 having the light extraction structure provided on the second surface of the substrate forms an oxide layer 115 (eg, an SiO 2 layer having a refractive index of 1.4) on the substrate 110 and the oxide layer 115. ) May be patterned using an etching mask (see FIG. 5B).
  • the protrusion 151 which is a light extraction structure formed on the side of the second surface of the substrate may be provided apart from each other to provide a nucleation position for growth of the semiconductor laminate structure formed on the substrate.
  • the semiconductor stack structure may grow as a single crystal or epitaxially without forming an empty space between the protrusions.
  • the light extraction structure 150 provided on the second surface side of the substrate 110 may be formed as a concave portion (not shown) that is recessed into the substrate 110 from the second surface of the substrate.
  • the recess may be filled with at least one of air (refractive index 1), an oxide (for example, SiO 2 having a refractive index of 1.4), or a semiconductor layer.
  • the concave portion formed on the second surface side of the substrate 110 when light passes through the gallium nitride based semiconductor stacked structure having a refractive index of 2.4 and reaches the concave portion, the air / semiconductor, the oxide / semiconductor, and the semiconductor / substrate Due to the difference in refractive index, the path of light in the recess is refracted.
  • a light extraction structure 150 which is an insert 152 inserted into the first surface of the substrate, may be provided on the first surface of the substrate 110 opposite to the second surface on which the semiconductor stacked structure 120 is provided. .
  • patterning the substrate 110 by a wet etching method or a dry etching method to form a recess (not shown), and then forming a recess .
  • the material constituting the first reflective layer extends from the insert 152 or the first reflective layer inserted into the first surface of the substrate by filling at least a portion of the recess. Projecting portion) to form a light extraction structure.
  • the insert 152 is formed by filling the substrate with a material forming the first reflective layer while forming the first reflective layer 130, the insert 152 is formed from the active layer 123 by the reflective surface in the shape of the insert 152. The emitted light is reflected and can be effectively extracted through the side of the side light emitting diode (100).
  • 3 to 4 are graphs showing light output size and light distribution characteristics of various types of side light emitting diodes according to an exemplary embodiment of the present invention. That is, a structure including only the first to second reflective layers (hereinafter referred to as A type) as shown in FIG. 2A, and a light extraction structure provided on the second surface side of the substrate as shown in FIG. 2 A structure including a reflective layer (hereinafter referred to as type B), a structure including a light extraction structure provided on the side of the first surface of the substrate as shown in FIG.
  • a type a structure including only the first to second reflective layers
  • type B a reflective layer
  • type B a structure including a light extraction structure provided on the side of the first surface of the substrate as shown in FIG.
  • the size of the light emitted to the side is relatively larger than the light output size of the light emitted through the lower surface or the upper surface of the light emitting diode. That is, when the light emitted from the active layer 123 of the semiconductor stacked structure 120 is directed to the lower surface or the upper surface of the light emitting diode 100, it is reflected by the first reflective layer 130 to the second reflective layer 140, Light is emitted only through the side of the light emitting diode.
  • the light extraction structure 150 may be disposed on the first to second surfaces of the substrate 110 to scatter light emitted from the active layer 123 to more effectively emit light toward the side surface of the side light emitting diode 100.
  • the light output and the light distribution characteristics of the side-emission can be improved very effectively compared to the A type including only the first reflective layer and the second reflective layer.
  • the amount of light emitted from the side is much larger than that of the type A or B, and the side rather than the side-reduced light emitted with the light emitted in the lateral direction (90 degrees and 270 degrees) in the center. Since the front emission is relatively large, in the case of the backlight unit (BLU) including the C-type and D-type side light emitting diodes or the surface light, the surface emission characteristic in the front direction can be improved.
  • BLU backlight unit
  • At least a part of the side surface of the side light emitting diode 100 may be formed on the substrate 110. If formed to be inclined with respect to the direction perpendicular to the, it is possible to more effectively emit the light reflected between the first reflective layer 130 and the second reflective layer 140.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating a vertical side light emitting diode according to another embodiment of the present invention.
  • the second reflective layer 240, the p-type semiconductor layer 224, the active layer 223, and the n-type semiconductor layer 222 provided on the support substrate 210 are included on the second reflective layer.
  • the semiconductor stacked structure 220 may be disposed on the substrate 260, the substrate 260 disposed on the semiconductor stacked structure 220, and the first reflective layer 230 disposed on the substrate 260.
  • the top-bottom description in the relationship between the layers does not necessarily indicate that it must be located above or below, it is used only for convenience of description, the plurality of layers do not need to directly contact each other, Other layers may be inserted.
  • the second reflective layer 240 and the semiconductor stacked structure 220 formed on the support substrate 240 are formed on the substrate 260 on which the first reflective layer 230 is positioned on the first surface by a general method of manufacturing a vertical light emitting diode. It can be constructed by bonding (see Fig. 6 (a)).
  • the substrate 260 is not a substrate on which the semiconductor stack structure 220 grows, so that the substrate 260 may be a transparent material, but may be glass.
  • At least one of the first to second surfaces of the substrate 260 to scatter light emitted from the active layer 223 to emit light to the side of the side light emitting diode 200 more effectively 250 may be provided (see FIG. 6).
  • the first reflective layer is formed on the first surface of the substrate 260 opposite to the second surface on which the semiconductor stack structure 220 is provided, in the recess formed by patterning the substrate 110 by wet etching or dry etching using an etching mask.
  • a light extraction structure 250 may be provided, which is an insert 252 inserted into the first surface of the substrate 260 filled with a material. Since the insert 252 is formed by filling the substrate with a material forming the first reflective layer while forming the first reflective layer 230, the insert 252 is formed from the active layer 223 by the reflective surface of the insert 252 shape. The light emitted is reflected and can be effectively extracted through the side surface of the side light emitting diode 200.
  • the first surface of the substrate 260 may be patterned to form a light extraction structure that is a convex portion (not shown), and a first reflective layer may be formed thereon.
  • the light extraction structure 253 is formed inside the substrate 260 so that light emitted from the active layer 223 and directed toward the substrate 260 can be more effectively scattered and emitted in the lateral direction of the light emitting diode 200. It may also include.
  • the light extraction structure 253 inside the substrate 260 may be formed by processing the inside of the glass substrate by an etching method or by irradiating with a laser.
  • the light extraction structure provided on the second surface side of the substrate 260 may be a recess 251 formed by patterning an exposed surface of the semiconductor stacked structure 220 exposed to the substrate 260.
  • the space surrounded by the 251 and the second surface of the substrate 260 may be filled with air or oxide having a refractive index of 1.
  • the light extraction structure provided on the second surface side of the substrate 260 forms an oxide layer 280 (for example, an SiO 2 layer having a refractive index of 1.4) before the semiconductor stack structure 220 is formed, and the oxide layer ( 280 may be patterned using an etch mask to form protrusions 254 protruding from the second surface of the substrate (see FIGS. 7A to 7B).
  • the light extraction structure provided on the second surface side of the substrate 260 may be a concave portion (not shown) formed concave inside the substrate at the second surface of the substrate.
  • the recess may be filled with at least one of air (refractive index 1), an oxide (for example, SiO 2 having a refractive index of 1.4), or a semiconductor layer.
  • the side light emitting diode according to the present invention includes first to second reflective layers formed on the top and bottom surfaces of the light emitting diode to prevent light from being emitted to the top or bottom surface of the light emitting diode.
  • first to second reflective layers formed on the top and bottom surfaces of the light emitting diode to prevent light from being emitted to the top or bottom surface of the light emitting diode.
  • the present invention by forming a light extraction structure on at least one surface side of both sides of the substrate, and by inclining the side of the side light emitting diode, the light emitted from the semiconductor laminate structure is effectively extracted in the lateral direction to improve the side light extraction efficiency It is possible to improve and to manufacture a direct type backlight unit (BLU) or a surface light source having excellent optical characteristics.
  • BLU backlight unit
  • a method of manufacturing a side light emitting diode according to an exemplary embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 2 and 5, and details overlapping with those described above with respect to the structure of the side light emitting diode will be omitted.
  • Method of manufacturing a side light emitting diode comprises the steps of forming a first reflective layer 130 on the lower surface of the substrate 110; Forming a semiconductor stack structure 120 including an n-type conductor layer 122, an active layer 123, and a p-type semiconductor layer 124 on an upper surface of the substrate 110; And forming a second reflective layer 140 on the semiconductor stacked structure 120.
  • a light extraction structure may be formed on at least one surface side of the lower surface and the upper surface of the substrate 110.
  • the shape of the light extraction structure may be variously configured in a hemispherical shape, pyramid shape, cone shape, wedge shape, or a shape extending in one direction.
  • an etch mask pattern having an opening in a predetermined portion on the lower surface of the substrate 110 it is patterned by wet etching, dry etching or the like to form a recess (not shown), and on the lower surface on which the recess is formed
  • the first reflective layer is formed on the substrate.
  • the recess is filled to form the light extraction structure 150 which is an insert 152 inserted into the lower surface of the substrate 110 or a protrusion protruding from the first reflective layer.
  • the light extraction structure 150 provided on the lower surface side of the substrate 110 may be formed as a convex portion (not shown) by patterning the lower surface of the substrate.
  • the light extraction structure 150 which is the protrusion 151 provided on the upper surface of the substrate 110, is wet etched after forming an etching mask pattern having an opening having a desired shape in a predetermined portion on the upper surface of the substrate 110.
  • the light extraction structure 150 as the protrusion 151 may be formed.
  • the light extraction structure 150 provided on the upper surface side of the substrate 110 may be formed as a concave portion (not shown) concave inside the substrate 110 by patterning the upper surface of the substrate.
  • the recess may be filled with at least one of air (refractive index 1), an oxide (for example, SiO 2 having a refractive index of 1.4), or a semiconductor layer.
  • the oxide layer 115 is formed on the upper surface of the substrate 110, and an etch mask pattern having openings is formed on a predetermined portion thereof, and then the oxide layer is patterned by wet etching, dry etching, or the like to form a protrusion ( A light extraction structure 150 may be formed.
  • the n-type semiconductor layer 122, the active layer 123, and the p-type semiconductor layer 124 are sequentially stacked on the upper surface of the substrate 110 to form the compound semiconductor stack structure 120, and then the semiconductor The second reflective layer 140 is formed on the stacked structure 120.
  • n-type semiconductor layer 122 and the p-type semiconductor layer 124 is exposed for electrical connection, and an n-type electrode and a p-type electrode (not shown) are formed on the exposed surface.
  • the second reflective layer 140 it is also possible to use the second reflective layer 140 as a p-type electrode.
  • the semiconductor stack 120 In addition, in order to increase the light efficiency emitted to the side of the side light emitting diode 100, by forming a mask on the semiconductor stack 120 and removing a part of the semiconductor stack by a wet or dry etching method, the semiconductor stack 120 At least a portion of the side surface of the substrate) may be formed to be inclined with respect to the vertical direction of the substrate 110.
  • a growth substrate layer 270 composed of sapphire or the like is prepared, and an n-type semiconductor layer 222, an active layer 223 having a multi-well structure, and a p-type semiconductor layer 224 are formed on the growth substrate layer 270.
  • a semiconductor laminate structure 220 by sequentially depositing, and then to deposit a second reflective layer 240 on the semiconductor laminate structure 220.
  • the support substrate 210 is formed on the second reflective layer 240.
  • the support substrate may be formed of a conductive material, effectively inducing heat emission of the semiconductor light emitting diode, and then separating the growth substrate. It serves to support the light emitting diode, and may be formed as a single layer or a laminated structure having a thickness of 1002000.
  • the growth substrate 270 is separated from the semiconductor stack structure 220 in which the support substrate 210 is provided, and is grown in the semiconductor stack structure 220 by using a laser lift off (LLO) technique.
  • LLO laser lift off
  • the substrate 270 is separated.
  • a laser beam which is a strong energy source
  • laser absorption is strongly generated at the interface between the semiconductor stack structure 220 and the growth substrate 270, thereby causing the gallium nitride present at the interface.
  • the growth substrate layer composed of transparent sapphire is lifted off by the thermochemical decomposition reaction.
  • an etching process may be further performed to clean the exposed surface portion while the growth substrate is separated.
  • the growth substrate 270 is removed to bond the transparent substrate 260 to the exposed surface of the semiconductor stack structure 270.
  • the first reflective layer 230 is formed on the first surface of the transparent substrate 260, and the second surface of the substrate facing the first surface is bonded to the exposed surface of the semiconductor laminate structure 220.
  • An adhesive layer may be further provided between the semiconductor laminate structure 220 and the transparent substrate 260 for such bonding, but there is no particular limitation on the bonding method.
  • an etching mask pattern having an opening having a desired shape is formed on the first surface of the transparent substrate 260, and then wet etching, dry etching, or the like. Patterning is performed to form a recess (not shown), and a first reflective layer is formed on the lower surface on which the recess is formed. The recess is filled in the process of forming the first reflective layer to be inserted into the lower surface of the transparent substrate 260.
  • the light extraction structure 250 may be formed as an insert 252 or a protrusion protruding from the first reflective layer.
  • the first surface of the transparent substrate 260 may be patterned to form a light extraction structure that is a convex portion (not shown).
  • the shape of the light extraction structure may be variously configured in a hemispherical shape, pyramid shape, cone shape, wedge shape, or a shape extending in one direction.
  • the light extraction structure 253 may be further formed in the transparent substrate 260 by using an etching method or by processing by irradiating laser light.
  • the concave portion 251 is formed by patterning a wet etching method or a dry etching method. Subsequently, when the transparent substrate 260 is bonded to each other, an empty space separated from the surroundings is formed by the concave portion of the semiconductor stack structure 260 and the second surface of the transparent substrate 260, and the space may be filled with air. .
  • the light extraction structure When light passes through the gallium nitride-based semiconductor stacked structure having a refractive index of 2.4 due to a structure in which the recess 251 is filled with air having a refractive index of 1, the light extraction structure is a recess due to the difference in refractive index. At that point the path of light is refracted.
  • FIG. 7 another method of forming a light extraction structure on the second surface side of the transparent substrate 260, before forming the semiconductor stack structure 220 on the growth substrate 270, the growth substrate 270.
  • An oxide layer 280 (for example, SiO 2 layer) is formed on an upper surface of the oxide layer, and an etching mask pattern having an opening having a desired shape is formed thereon, and then the oxide layer 280 is formed by wet etching or dry etching. Patterning may also form the light extraction structure 250 as the protrusion 254.
  • the semiconductor laminate structure 220, the second reflective layer 240, and the support substrate 210 are sequentially formed on the growth substrate 270 having the protrusion 254 formed thereon, and then the transparent substrate 260 is removed after the growth substrate 270 is removed.
  • the protrusion 254 acts as a light extraction structure on the side of the second surface of the transparent substrate 260.
  • the second surface of the transparent substrate 260 by patterning the recessed portion (not shown) inside the transparent substrate 260 It may be formed as.
  • the recess may be filled with at least one of air (refractive index 1), an oxide (for example, SiO 2 having a refractive index of 1.4), or a semiconductor layer.
  • a mask is formed on the semiconductor stack structure 220, and a portion of the semiconductor stack structure is removed by a wet etching method or a dry etching method. At least a portion of the side surface of the) may be inclined with respect to the vertical direction of the growth substrate 2700.
  • the transparent substrate 260 when the transparent substrate 260 is bonded to the exposed surface of the semiconductor laminate structure 220, the transparent substrate 260 may support the light emitting diode more stably together with the support substrate, or side light emission without the support substrate It can also support the entire structure while providing mechanical stability to the diode. Therefore, the support substrate 210 may be separated from the second reflective layer 240 by physical or chemical etching.
  • the cleaning process may be performed using any one of ultrasonic, thermal, mechanical, and adhesive tapes.
  • FIG. 8 is an exploded perspective view showing the structure of a surface light source according to an embodiment of the present invention.
  • the surface light source 300 may be provided on a lower plate 310 having a wiring for providing an electrical signal, provided on the lower plate 310, and spaced apart from each other.
  • a light guide plate 320 having a 321 formed therein and a plurality of side light emitting diodes 330 accommodated in the plurality of receiving portions 321 formed on the light guide plate, respectively.
  • the lower plate 310 electrically connects the plurality of side light emitting diodes 330 and is electrically connected to an external power source 350.
  • the light guide plate 320 serves as a basic support to be stacked.
  • the lower plate 310 may include a connection part 311 electrically connected to an external device.
  • the connection part 311 is a part electrically connected to the side light emitting diode 330 and is easily electrically connected to the connection part 311 by simply bonding the side light emitting diode 330 to an electrode without a complicated structure or an additional process. Enable the connection.
  • the connection part 311 may be formed in the form of a connection pad or the like. If the electrical connection is possible only by bonding the side light emitting diode 330 to the connection part 311 in accordance with an electrode, the shape or There is no restriction on the formation method.
  • the lower plate 310 may be made thin in order to reduce the thickness of the entire surface light source 300.
  • the lower plate 310 may be formed by a printing process using conductive ink to reduce the thickness of the lower plate 310.
  • Metal ions may be formed by depositing, and there is no particular limitation on the wiring method for reducing the thickness.
  • the lower plate 310 may be manufactured to have a ductility using a flexible material, or may be made of a metal plate that can reflect light.
  • the lower plate 310 is not incident to the light guide plate 320 or the light incident to the lower plate 110 via the light guide plate 320 from the side light emitting diode 330 the side light emitting diode 330
  • the reflective surface reflects light incident from the bottom surface of the light guide plate 320 so that the reflected light can be emitted to the light emitting surface via the light guide plate 320, and on the lower plate 310.
  • the lower plate 310 may be formed of a metal plate, such as aluminum, which may be formed as a reflective layer or may reflect light, and the reflective plate may be formed only on a surface in contact with the light guide plate 320. It may be formed on the other side of 310 or on all sides, there is no particular limitation on the material and the forming method.
  • the lower plate 310 may be formed of a light-transmissive material that can transmit light.
  • the bottom plate 310 is formed of the light-transmissive material, it is possible to make a double-sided light emitting surface light source capable of emitting light from both sides.
  • glass or a transparent polymer may be used as the light transmitting material, but the material is not particularly limited.
  • the light guide plate 320 is provided on the lower plate 310.
  • the light guide plate 320 forms a uniform surface light source while guiding the light from one or both sides by using the refraction and reflection of the light, and is used to make the line light source or the point light source into a uniform surface light source.
  • the light guide plate 320 is usually produced by using PMMA or PC material, injection molding or extruding the melt resin composition with an extruder, and then passed through a polishing roller to cool to form a disc, and then cut to a predetermined size. There is no particular limitation on the method and method.
  • the light guide plate 320 may be formed with a plurality of receiving portions 321 spaced apart from each other to accommodate a plurality of light sources.
  • the accommodating part 321 may be formed as an open part having an open top and bottom, or may be formed as a concave part which is open only on one side for electrical connection with the lower plate 310.
  • the shape of the accommodation portion 321 may be configured in a variety of shapes such as square, circle, triangle, diamond, etc., the same as the size of the light source or larger than the size of the light source to accommodate the light source, preferably white light In order to insert the phosphor to make a larger than the size of the light source is good.
  • the shape of the accommodation portion 321 may be changed to control light distribution characteristics of the surface light source (or side light emitting diode) according to the present invention.
  • the light guide plate 320 is the same thickness as the side light emitting diode 330 or is formed to be thicker than the side light emitting diode 330, and the thickness of the light guide plate 320 is at least thicker than the thickness of the side light emitting diode 330. Or remain the same so that most of the light emitted from the side light emitting diodes 330 can be supplied to the light guide plate 320, and the thickness of the light guide plate 320 is thinner than that of the side light emitting diodes 330. In this case, the light emitted from the side light emitting diode 330 is emitted to a part beyond the thickness of the light guide plate 320 and is not incident to the light guide plate 320 and is lost to the external space.
  • the thickness of the side light emitting diode 330 when the thickness of the side light emitting diode 330 is thicker than the thickness of the light guide plate 320, the side light emitting diode 330 protrudes, so that the top or bottom surface of the light guide plate 320 is not flat. It is difficult to stack other layers on 320. As described above, since the thickness of the light guide plate 320 depends on the thickness of the side light emitting diode 330, in order to reduce the thickness of the light guide plate 320, the thickness of the side light emitting diode 330 needs to be reduced. When the thickness of the light guide plate 320, which occupies most of the total thickness of the light source 300, is reduced, the thickness of the surface light source 300 may be reduced.
  • the light emitted from the inside is directly emitted through the side of the light emitting diode without a lens, it is possible to effectively reduce the thickness of the light guide plate 320 by using the side light emitting diode 330 which significantly reduced the thickness. The description will be described later.
  • the plurality of side light emitting diodes 330 are disposed in the plurality of receiving portions 321 formed in the light guide plate.
  • the side light emitting diode 330 emits light emitted from the inside through its side, and the side light emitting diode 330 forms a reflective layer on the top and the bottom thereof, so that the light is emitted to the side from the side emitting light emitting diode. Since the light is emitted to the side of the light emitting diode without a lens to make it can be a side light emitting diode that can significantly reduce the thickness of the light emitting diode.
  • the side light emitting diode 330 includes n-type and p-type bonding metals 331 or bonding pads, and the n-type and p-type bonding metals 331 are bonded to the connection portion 311 of the lower plate. Electrically connected.
  • the diffusion plate 340 may be further formed on the light guide plate 320.
  • the diffuser plate 340 emits light emitted from the side light emitting diodes 130 and scatters and diffuses light entering the diffuser plate 340 therein, thereby uniformly radiating light. Improve the brightness of the light by making the maximum possible.
  • the material of the diffusion plate 340 may be formed of a poly ethylene terephthalate (PET) or a poly carbonate (PC) resin, and a particle coating layer may be formed on the diffusion plate 340. There are no particular restrictions on materials and forms.
  • the diffusion plate 340 may form an optical pattern so that a part of the light shielding effect can be implemented in order to prevent the phenomenon that the optical properties deteriorate or yellow light is induced due to excessive light intensity.
  • the optical pattern may be generally printed on the bottom surface or the top surface of the diffusion plate 340, may be printed in a light shielding pattern using a light shielding ink so that light is not concentrated, the optical The pattern may not be a function of completely blocking light, but may be implemented to control light blocking degree or diffusivity of light as one optical pattern which may perform a function of blocking and diffusing light.
  • the surface light source 300 may include an optical sheet such as a prism film, a brightness enhancement film (BEF), a protective film, a microlens sheet, a dual brightness enhancement film (DBEF), and the like. It may further include.
  • an optical sheet such as a prism film, a brightness enhancement film (BEF), a protective film, a microlens sheet, a dual brightness enhancement film (DBEF), and the like. It may further include.
  • all the layers including the lower plate 310 and the light guide plate 320 may be stacked on each other.
  • the total thickness of the surface light source 300 can be reduced, and the thickness becomes thin, which is advantageous in developing a flexible surface light source that is well bent, and can be conveniently used by enabling a modular surface light source.
  • the modular surface light source it can be applied to a backlight unit (BLU) or lighting device.
  • the components may be formed using a flexible material for a flexible surface light source, and since all the layers of the surface light source 300 have flexibility, the surface light source 300 may be made flexible. can be made flexible.
  • the surface light source 300 may be manufactured to be used as a backlight unit (BLU), and may be used as a lighting device having excellent mobility and portability and simple installation.
  • the backlight unit BLU is a surface light source that irradiates light from the rear of the LCD, and supplies light to a liquid crystal display (LCD), which is a non-emission type electronic display device, to provide a clear and natural color of a moving image. It is an indispensable device in a liquid crystal display (LCD) because it can be implemented with high quality.
  • the liquid crystal display has a wide range of applications from mobile phones to portable computers, computer monitors, wall-mounted televisions, flexible displays, etc., and has a large display area, making it thinner, lighter and more flexible.
  • the surface light source 100 according to the present invention can be used as a backlight unit BLU to satisfy the demand.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view showing a side light emitting diode used in a surface light source according to an embodiment of the present invention.
  • the side light emitting diode 400 includes a substrate 410, a first reflective layer 420 formed on one surface of the substrate 410, an n-type semiconductor layer 431, an active layer 432, and a p-type.
  • the semiconductor layer 433 may be included.
  • the semiconductor stacked structure 430 may be disposed on the first reflective layer 420, and the second reflective layer 440 may be disposed on the semiconductor stacked structure 430.
  • the first reflective layer 420 and the second reflective layer 440 included in the side light emitting diode 400 may not emit light emitted from the active layer 432 of the semiconductor laminate structure to the upper or lower surface.
  • the first reflective layer 420 formed in contact with the substrate 410 may further include an SiO 2 layer between the metal reflective layer and the substrate, or may contact the substrate with the SiO 2 layer in a distributed Bragg reflection (DBR) layer to improve adhesion. It may be formed so as to, and may be formed on any one of the upper surface or the lower surface of the substrate 410, it is sufficient to be located below the semiconductor laminate structure 430.
  • DBR Distributed Bragg Reflecting
  • the side light emitting diode 400 scatters the light emitted from the active layer 432 to at least one of the top surface and the bottom surface of the substrate 410 to the side of the side light emitting diode 400.
  • the light extracting structure 450 may be further included to emit light more effectively.
  • the light extracting structure 450 has a refractive index different from that of the compound semiconductor structure or has a reflecting surface. When light emitted from the active layer 432 reaches through the compound semiconductor structure, the light path is refracted or scattered from the reflecting surface.
  • the shape may be variously configured in a hemispherical shape, pyramid shape, cone shape, wedge shape, triangular pyramid shape, square pyramid shape or extending in one direction.
  • the light extraction structure 450 formed on the upper surface of the substrate 410 is the semiconductor stacked structure on the upper surface of the substrate 410.
  • the protrusion 451 may protrude toward the 430, and the protrusion 451 may be formed of the same material as the substrate by forming the substrate 410 by dry or wet patterning using an etching mask.
  • the protrusion of the light extraction structure is also made of sapphire, and when the light passes through the gallium nitride-based semiconductor stacked structure having a refractive index of 2.4 and the refractive index is 2.4, the light path is lost due to the difference in refractive index.
  • the protrusion 451 which is a light extraction structure formed on the upper surface of the substrate 410, forms an oxide layer (eg, an SiO 2 layer having a refractive index of 1.4) on the substrate 410, and the oxide The layer may be formed by patterning using an etch mask.
  • the projection 451, which is a light extraction structure formed on the upper surface of the substrate 410 may be provided away from each other to provide a nucleation position for the growth of the semiconductor laminate structure formed on the substrate 410. have.
  • the semiconductor laminate when the semiconductor laminate is formed on a substrate in which portions are exposed between the protrusions 451, the semiconductor laminate may be grown in a single crystal or epitaxially without forming an empty space between the protrusions.
  • the light extraction structure 450 formed on the upper surface of the substrate 410 may be formed as a concave portion (not shown) concave inside the substrate 410 on the upper surface of the substrate 410.
  • the recess may be filled with at least one of air (refractive index 1), an oxide (for example, SiO 2 having a refractive index of 1.4), or a semiconductor layer.
  • air refractive index 1
  • oxide for example, SiO 2 having a refractive index of 1.4
  • the recess is formed on the upper surface of the substrate 410, the difference in refractive index between air / semiconductor, oxide / semiconductor, and semiconductor / substrate when light passes through the gallium nitride-based semiconductor laminate having a refractive index of 2.4 and reaches the recess Due to the refraction of the light path in the recess.
  • the light extraction structure 450 may be formed on the bottom surface of the substrate 410, which is an insert 452 inserted into the bottom surface of the substrate 410.
  • an etching mask having an opening having a desired shape on the lower surface of the substrate 410 and patterning the substrate 410 by a wet etching method or a dry etching method to form a recess (not shown)
  • the recess In the case of forming the first reflective layer 420 on the lower surface of the formed substrate, the material forming the first reflective layer 420 fills at least a portion of the recessed portion by forming the first reflective layer 420.
  • the light extracting structure 450 which is an insert 452 or a protrusion extending from the first reflective layer, is inserted into the lower surface of the substrate 410.
  • a light extraction structure that is a protrusion (not shown) by patterning the lower surface of the substrate 410. Since the insert 452 is formed by filling the substrate 410 with the material forming the first reflecting layer while forming the first reflecting layer 420, the insert 452 is formed by the reflecting surface of the insert 452. Light emitted from the active layer 432 may be reflected to effectively extract light through the side surface of the side light emitting diode 400.
  • Conventional side light emitting diodes do not emit light directly from the side of the light emitting diode chip, but use a lens to emit light that is emitted upward or downward from a general light emitting diode chip of the upper or lower emission type.
  • the light emitting diode emitting the light in the lateral direction is implemented.
  • the conventional side light emitting diode requires a lens for changing the direction of light, and since such a lens has a very high height compared to the height of the light emitting diode chip, Depending on the thickness, the overall thickness of the side light emitting diodes was inevitably thick.
  • the side light emitting diode 200 is a side light emitting diode chip in which light can be directly emitted from the side of the light emitting diode chip without a lens. Unlike the conventional side light emitting diode, the side light emitting diode can be removed. The thickness of can be significantly lowered.
  • FIG. 10 is a schematic view showing a receiving portion and a side light emitting diode formed in a light guide plate of a surface light source according to an embodiment of the present invention
  • Figure 11 is a receiving portion and a side light emitting diode formed in a light guide plate of a surface light source according to an embodiment of the present invention It is sectional drawing to show.
  • phosphors 520 are provided in the margins of the accommodating part 500 and the side light emitting diodes 510 formed in the light guide plate of the surface light source.
  • the phosphor 520 serves to make the light emitted from the side light emitting diode 510 into white light, using a phosphor having a color complementary to the color of the light emitted from the side light emitting diode 510.
  • a yellow phosphor is used when a blue side light emitting diode is used, and blue light (B) in the 350 to 450 nm wavelength region emitted from the blue side light emitting diode and 550 to 650 emitted by the yellow phosphor are excited.
  • the yellow phosphor materials such as InGaN, YAG: Ce, and ZnS: Mn may be used.
  • the phosphor 520 may be provided in a liquid-filled epoxy or silicon or a transparent resin 530 of a combination thereof to fill a free space, the transparent resin layer containing the phosphor 520
  • the phosphor layer may be formed as a phosphor layer.
  • the phosphor layer may be formed by coating, printing, spraying, or depositing.
  • the side light emitting diode 510 may include a light exit port 513 in the first reflective layer 511 or the second reflective layer 512.
  • the light exit port 513 is formed to improve the light uniformity of the surface light source.
  • the upper or lower portion of the side light emitting diode 510 which is not emitted is relatively lower in brightness than other portions, and this problem is solved by the first reflective layer 511 or the second reflective layer of the side light emitting diode 510.
  • the light exit port 513 may be formed at 512 so as to emit some light upward or downward.
  • the light exit port 513 may be provided by forming one or more open portions in at least one of the first reflective layer 511 or the second reflective layer 512, and in the case of forming two or more open portions, It can be formed to be spaced apart from each other, it is not particularly limited in form or formation method.
  • the light exit port 513 emits a part of light instead of completely emitting light, and the total area of the light exit port 513 formed in plural is the upper surface of the side light emitting diode 510 or Although about 10% of the total area of the lower surface (ie, the first reflective layer or the second reflective layer) may be preferable, the total width of the light exit port 513 may be determined in various ways. In this case, the light emitted from the light exit port 513 is considerably less than the light emitted from the side of the side light emitting diode 510.
  • the depth of the accommodating part 500 is the side light emitting diode.
  • the light exit port 513 is formed to be provided with the phosphor 520 on the upper surface or the lower surface to emit light.
  • the phosphor 520 may be provided by a coating, printing, spraying, or depositing method, or may be provided by the above-described providing method, but there is no particular limitation on the providing method.
  • the surface light source 300 can effectively reduce the thickness of the light guide plate that occupies most of the total thickness of the surface light source by using a significantly thinner side light emitting diode as a light source by removing the lens.
  • the thickness of the light guide plate is limited due to the thickness of the entire surface light source 300, but since the thickness of the light guide plate is effectively reduced, the thickness of the surface light source 300 can be made thin. There is an advantage in producing the surface light source.
  • the thickness of the side light emitting diode may be thick depending on the thickness of the lens (about 1 to 10 mm).
  • the side light emitting diode 400 is a side light emitting diode chip which emits light directly to the side of the light emitting diode chip by forming a reflective layer on the upper and lower sides of the light emitting diode chip, and since the lens is unnecessary, the thickness of the side light emitting diode In this case, the thickness of the light guide plate 120 can be reduced to the thickness (about 100 to 150 ⁇ m) of the side light emitting diode chip. In addition, since the thickness of the light guide plate 320, which occupies most of the total thickness of the surface light source 300, becomes very thin to about 100 to 150 ⁇ m, the total thickness of the surface light source 300 may be reduced, thereby providing a flexible surface. It becomes possible to manufacture a light source.
  • Method for producing a surface light source comprises the steps of forming an electrical wiring on the lower plate; Connecting a plurality of side light emitting diodes to the electrical wiring; And stacking the light guide plate on the lower plate such that the plurality of receiving parts formed on the light guide plate correspond to the plurality of side light emitting diodes.
  • the electrical wiring may be formed by printing a conductive material on the lower plate, and the method is not limited thereto, and the lower wire may be thinned.
  • the plurality of side light emitting diodes may be connected to the electrical wiring by flip chip bonding. If the electrical connection is possible only by bonding the side light emitting diode chips, there is no particular limitation.
  • the method may further include providing a phosphor between the light guide plate and the side light emitting diode accommodated in the accommodation portion.
  • the phosphor serves to make the light emitted from the side light emitting diode into white light, and mixes the phosphor with a transparent resin such as liquid epoxy and silicon, and then the light emitting plate and the side light emitting diode accommodated in the receiving portion. It can be provided by filling the transparent resin mixed with the phosphor, there is no particular limitation in the method.
  • the diffusion plate may be formed of PET or PC resin, and a particle coating layer may be formed on the diffusion plate, and the material and shape thereof are not particularly limited.
  • the plurality of side light emitting diodes includes a semiconductor stacked structure including an n-type semiconductor layer, an active layer, and a p-type semiconductor layer; First reflecting layers formed on upper and lower portions of the semiconductor laminate; And a second reflective layer, wherein the light emitting port for emitting light emitted from the semiconductor laminate to the outside may be formed in at least one of the first reflective layer and the second reflective layer.
  • the method may further include providing a phosphor on the reflective layer on which the light exit port is formed, and even a small amount of light exiting the light exit port may be converted into white light by the phosphor.
  • the meaning of “ ⁇ phase” includes the case where the surface is directly in contact with the surface regardless of the position, but not in direct contact, but located in the upper position (upper position), and regardless of the area, It used to mean that it is in direct contact with the surface.
  • the meaning of “upper (lower)” includes a case where a direct contact is not made, but a case where it is located in an upper (lower) position, but in a higher position (lower position) regardless of its area. It was used in the sense of being in the upper part (lower side) or directly in contact with the upper side (lower side) in position.

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Abstract

본 발명은 측면 발광 다이오드, 면광원 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 서로 대향하는 제1 면 내지 제2 면을 갖는 기판; 상기 기판의 제1 면 상에 위치하는 제1 반사층; n형 반도체층, 활성층, p형 반도체층을 포함하고, 상기 기판의 제2 면 상에 위치하는 반도체 적층 구조물; 및 상기 반도체 적층 구조물 상에 위치하는 제2 반사층을 포함하는 측면 발광 다이오드를 제조함으로써 고효율의 측면 광추출 효율이 가능한 측면 발광 다이오드를 제공하고, 또한 전기적 신호를 제공하는 배선이 형성된 하부판, 상기 하부판 상에 제공되고, 서로 이격된 복수의 수용부가 형성된 도광판 및 상기 도광판에 형성된 복수의 수용부에 각각 수용되는 복수의 측면 발광다이오드를 포함하여 광 추출효율을 증가시키고, 측면 발광다이오드의 렌즈도 제거하여 두께를 현저히 줄일 수 있어서 두께가 얇고 유연성을 가진 면광원을 제공할 수 있다.

Description

측면 발광 다이오드, 면광원 및 그 제조 방법
본 발명은 측면 발광 다이오드, 면광원 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로 측면으로 발광하도록 하는 렌즈를 필요로 하지 않아서 두께를 얇게 하는 것이 가능하고, 측면 방향으로 광추출 효율이 개선된 측면 발광 다이오드, 이러한 측면 발광다이오드를 이용하여 두께가 얇으면서 유연성을 가지는 LED 면광원 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
별도의 광원을 필요로 하는 액정표시장치는 광원으로서 CCFL(Cold Cathode Fluorescent Lamp), EEFL(External Electrode Fluorescent Lamp) 등과 같은 여러 개의 형광램프가 사용되거나 복수개의 발광 다이오드(LED)가 사용되며, 이러한 광원은 백라이트 유닛(Back Light Unit; BLU)에 도광판, 복수의 광학 시트, 반사판 등과 같이 구비된다.
특히, 화합물 반도체의 특성을 이용하여 전기를 적외선 또는 빛으로 변환시켜서 신호를 주고 받거나, 광원으로 사용되는 발광 다이오드(Light Emitting Diode : LED)와 같은 반도체 발광소자는 현재 조명, 표시장치 및 광원으로서 널리 이용되며, 적은 전력으로 원하는 파장의 빛을 발광하고 수은과 같은 환경유해물질 방출을 억제할 수 있어서 에너지 절약 및 환경보호 측면을 고려하여 그 개발이 가속화되고 있는 추세이다. 그러나, 광원으로 발광 다이오드를 사용하는 경우에는 빛이 좁은 영역으로 집중하여 발산하는 경향이 있어서, 이를 표시 장치와 같은 면 광원에 적용하기 위해서는 빛을 넓은 영역에 고르게 분포하도록 할 필요가 있다.
백라이트 유닛(BLU)는 표시면에 대한 램프의 위치에 따라 에지형과 직하형으로 크게 구분된다. 이중에서 직하형 백라이트 유닛은 광 이용률이 높고, 취급이 간단하며, 표시면의 크기에 제한이 없기 때문에 대형 액정 표시장치에 널리 사용되고 있다.
직하형 백라이트 유닛에 사용되는 발광 다이오드는 광 출사 방식에 따라 상부 방출(top emitting), 하부 방출(bottom emitting), 또는 측면 방출(edge emitting) 방식으로 구분되는데, 발광 다이오드의 광 효율로 인하여 상부 방출 혹은 하부 방출 방식이 일반적으로 사용된다. 그러나, 상부 방출 또는 하부 방출 방식의 발광 다이오드 백라이트 유닛은 광 분포 및 광 균일도가 측면 방출 방식에 비하여 떨어지는 단점이 있다.
미국특허 제6,679,621호에 개시된 바와 같이, 일반적으로 사용되는 측면 방출 방식의 발광 다이오드(10)는 LED 패키지 베이스(11), 발광 다이오드 칩(12), 및 발광 다이오드 칩으로부터 도달하는 빛을 측면 방향으로 발광하도록 하는 렌즈(13)를 포함한다(도 1 참조).
상기 렌즈(13)는 렌즈의 중심축에 대해 대칭인 깔때기 모양(funnel-shape)의 전반사면(total internal reflection surface; 14) 및 굴절면(15)을 포함한다. 상기 전반사면(14)은 렌즈(13)로부터 광이 상기 중심축에 수직 방향으로 출사하도록 광을 반사시키고, 상기 굴절면(15)은 톱니 모양으로 형성되어 광을 상기 중심축에 수직 방향으로 굴절시켜 방출한다.
이러한 일반적인 측면 방출 방식의 발광 다이오드(10)들은 도광판에 형성된 홀들의 내부에 탑재되어, 상기 발광 다이오드 칩(12)에서 방출된 광은 상기 렌즈(13)의 측면으로 방출되어 상기 도광판에 입사된다.
일반적인 측면 방출 방식의 발광 다이오드(10)들은 도 1에서 알 수 있는 바와 같이, 발광 다이오드 칩(12)의 높이에 비하여 매우 큰 높이를 갖는 렌즈(13)를 반드시 필요로 하는 구조이어서, 발광 다이오드(10)의 두께는 렌즈(13)의 두께에 따라서 결정되는 구조일 수 밖에 없다. 따라서 측면 방출 방식의 발광 다이오드(10)를 포함하는 직하형 백라이트 유닛(BLU)이나 면광원도 마찬가지로 그 두께를 줄이는데 한계가 있기 마련이다. 이러한 기술적 한계는 최근 들어 평판 디스플레이의 두께를 줄이고자 하는 노력에 치명적인 단점으로 작용하게 된다.
또한, 발광 다이오드 칩(12)에서 방출된 광이 상기 렌즈(13)로 입사할 때, 일부는 상기 렌즈(13)의 하부면에서 반사가 일어나고, 상기 렌즈(13)의 전반사면(14) 및 굴절면(15)의 정밀한 가공이 어렵게 되어 광의 산란이 발생하게 되어, 결과적으로 상기 발광 다이오드(10)에서 방출되는 광의 추출효율이 감소되는 문제점도 있다.
한편, 면광원을 구현하기 위한 구조로써, 한국등록특허 제10-0835063호(2008.05.28) 등에서 점광원을 평면상에 다수개를 배열하고 발광된 빛을 발광면에 직접 조사하는 기술이 개시되어 있다.
그러나, 상기한 종래의 기술은 발광원이 발광면 바로 아래에 배치되므로 광원의 바로 위에 해당하는 위치와 그렇지 않은 위치에서 휘도차가 생기기 쉬워 휘도 분포 불균일을 초래할 우려가 있다. 이에 발광원으로부터 발산된 광이 균일하게 섞일 수 있도록 빛이 섞이는데 필요한 최소한의 거리만큼 발광원과 발광면 사이의 간격을 이격시킬 필요가 있어 면광원의 전체 두께가 두꺼워지는 단점이 있다.
이를 개선하여 얇은 두께의 면광원을 구현하는 방법으로 한국등록특허 제10-0911463호(2009.08.03) 등에는 도광판을 활용하는 기술이 개시되어 있는데, 이러한 기술은 도광판 측면에 점광원을 배열하여 도광판의 측면을 통해 빛이 입사된 후 도광판에서 굴절 및 반사되어 간접적으로 발광면에 빛이 조사되는 방식으로, 발광면 바로 아래에서 직접 조사하는 방식보다 발광원의 수가 적어 상대적으로 휘도가 낮고, 도광판의 측면에서 중앙으로 갈수록 점발원에서 발광된 빛이 도달하는 거리가 멀어지기 때문에 밝기 차이가 발생하며, 서로 이웃한 발광원에서 발광된 빛들의 섞임도 용이하지 않아 색감차도 발생하므로 대형 면광원이나 색상이 균일한 면광원을 구현하는데 문제가 있다.
따라서, 당 기술분야에서는 넓은 디스플레이 면적에 대해 광 이용률이 높고 고휘도이면서 박형화 및 경량화가 가능한 면광원의 개발이 요구되고 있고, 더 나아가 매우 얇은 초박형에 잘 휘어지는 유연성을 갖는 면광원에 대한 요구도 점차 증대되고 있다.
본 발명은 측면 방출 방식의 발광 다이오드에서 렌즈를 제거함으로써, 발광 다이오드의 높이를 현저히 낮출 수 있는 측면 발광 다이오드 및 그 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 측면으로 방출되는 광의 추출 효율을 증가시켜 고성능의 백라이트 유닛(BLU) 또는 면광원으로 사용할 수 있는 측면 발광 다이오드 및 그 제조 방법을 제공하는데 그 다른 목적이 있다.
본 발명은 발광다이오드의 측면으로 빛이 방출되는 측면 발광다이오드를 사용하여 광 추출효율을 높이고, 측면 발광다이오드의 두께를 현저히 줄여 두께가 얇으면서 플렉시블(flexible)한 LED 면광원 및 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명에 따른 측면 발광 다이오드는 서로 대향하는 제1 면 내지 제2 면을 갖는 기판; 상기 기판의 제1 면 상에 위치하는 제1 반사층; n형 발도체층, 활성층, p형 반도체층을 포함하고, 상기 기판의 제2 면 상에 위치하는 반도체 적층 구조물; 및 상기 반도체 적층 구조물 상에 위치하는 제2 반사층을 포함한다.
이 때, 상기 기판의 제1 면 내지 제2 면 중에서 적어도 어느 하나의 면 측에는 광추출 구조가 마련할 수 있으며,
상기 기판의 제2 면 측에 마련된 광추출 구조는 상기 기판을 패터닝하여 형성한 돌출부 또는 오목부이거나, 상기 기판 상에 산화물층을 형성하고, 상기 산화물층을 패터닝하여 형성한 돌출부일 수도 있고, 또는 상기 반도체 적층 구조물의 일부를 패터닝하여 형성한 오목부일 수 있으며,
상기 기판의 제1 면 측에 마련된 광추출 구조는 상기 기판의 제1 면 내측으로 삽입되는 삽입체 또는 상기 기판의 제1 면으로부터 돌출된 돌출부일 수 있으며,
상기 기판의 내부에 형성된 광추출 구조를 더 포함할 수도 있으며,
상기 제1 반사층 또는 제2 반사층은 금속 반사층 또는 분산 브레그 반사층(DBR층)일 수 있으며,
상기 반도체 적층 구조물의 측면 중 적어도 일부는 상기 기판에 수직인 방향에 대하여 경사질 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 다른 실시예로서 측면 발광 다이오드를 포함하는 백라이트 유닛 또는 면조명 장치일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 측면 발광 다이오드 제조 방법은 기판의 하부면 상에 제1 반사층을 형성하는 단계; 기판의 상부면 상에 n형 발도체층, 활성층, p형 반도체층을 포함하는 반도체 적층 구조물을 형성하는 단계; 및 상기 반도체 적층 구조물 상에 제2 반사층를 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
이때, 상기 기판의 하부면 및 상부면 중에서 적어도 어느 하나의 면 측에는 광추출 구조를 형성하는 단계를 더 포함할 수 있으며,
상기 기판의 하부면을 패터닝하여 오목부를 형성하는 단계를 더 포함하고, 상기 제1 반사층을 형성하는 과정 중에 상기 오목부를 채워서 상기 기판의 하부면 내측으로 삽입되는 삽입체인 광추출 구조를 형성할 수 있으며, 또는 상기 기판의 하부면을 패터닝하여 볼록부를 형성하는 단계를 더 포함할 수도 있으며,
상기 기판의 상부면을 패터닝하여 돌출부 또는 오목부인 광추출 구조를 형성하는 단계를 더 포함하거나, 상기 기판의 상부면에 산화물층을 형성하는 단계; 및 상기 산화물층을 패터닝하여 돌출부인 광추출 구조를 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 측면 발광 다이오드 제조 방법은 성장기판 상에 n형 발도체층, 활성층, p형 반도체층을 포함하는 반도체 적층 구조물을 형성하는 단계; 상기 반도체 적층 구조물 상에 제2 반사층을 형성하는 단계; 상기 제2 반사층 상에 지지기판을 형성하는 단계; 상기 성장기판을 상기 반도체 적층 구조로부터 분리하는 단계; 및 제1 면 상에 제1 반사층이 형성된 투명기판의 제2 면을 반도체 적층 구조의 노출면에 접합하는 단계를 포함할 수 있다.
이때, 상기 투명기판의 제1 면을 패터닝하여 오목부를 형성하는 단계; 및 상기 오목부가 형성된 제1 면 상에 상기 제1 반사층을 형성하면서 상기 오목부를 채워 상기 기판의 하부면 내측으로 삽입되는 삽입체인 광추출 구조를 형성하는 단계를 더 포함할 수 있으며,
상기 투명기판의 내부에 광추출 구조를 형성하는 단계 혹은 상기 투명기판의 제2 면을 패터닝하여 오목부를 형성하는 단계를 더 포함할 수도 있으며,
상기 반도체 적층 구조를 형성하기 전에, 상기 성장기판 상에 산화물층을 형성하는 단계; 및 상기 산화물층을 패터팅하여 돌출부인 광추출 구조를 형성하는 단계를 더 포함할 수 있으며,
상기 성장기판을 상기 반도체 적층 구조로부터 분리한 후에, 상기 반도체 적층 구조의 노출면을 패터닝하여 오목부를 형성하는 단계를 더 포함할 수 있으며,
상기 지지기판을 제2 반사층으로부터 분리하는 단계를 더 포함할 수도 있으며,
상기 반도체 적층 구조물의 측면 중 적어도 일부를 상기 기판 또는 상기 성장기판의 수직 방향에 대하여 경사지도록 하는 단계를 더 포함할 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 면광원은 전기적 신호를 제공하는 배선이 형성된 하부판; 상기 하부판 상에 제공되고, 서로 이격된 복수의 수용부가 형성된 도광판; 및 상기 도광판에 형성된 복수의 수용부에 각각 수용되는 복수의 측면 발광다이오드를 포함할 수 있다.
상기 복수의 측면 발광다이오드로부터 방출된 빛을 균일하게 방사하는 확산판을 더 포함할 수 있고,
상기 하부판은 입사하는 빛을 상부로 반사하는 반사면을 포함할 수 있으며, 투광성 재료로 형성될 수 있고,
상기 도광판은 상기 측면 발광다이오드와 두께가 같거나 두꺼울 수 있고,
상기 도광판과 상기 수용부에 수용된 측면 발광다이오드 사이에 형광체가 제공되될 수 있고,
상기 측면 발광다이오드는 n형 반도체층, 활성층 및 p형 반도체층을 포함하는 반도체 적층구조물을 포함하고, 상기 반도체 적층구조물의 상부와 하부에 제1 반사층 및 제 2 반사층을 각각 형성하여 상기 활성층에서 발광된 빛이 상기 측면 발광다이오드의 측면을 통하여 방출될 수 있고,
상기 제1 반사층은 상기 반도체 적층구조물이 형성되는 기판의 일면에 형성될 수 있고,
상기 제2 반사층은 상기 반도체 적층구조물 상에 형성될 수 있고,
상기 기판의 상부면 또는 하부면 중에서 적어도 어느 하나의 면 측에는 광추출 구조를 포함할 수 있고,
상기 제1 반사층 또는 제2 반사층 중에서 적어도 어느 하나의 반사층은 상기 활성층에서 발광된 빛을 외부로 방출하는 광출사구를 포함할 수 있고,
상기 광출사구를 포함하는 반사층 상에 형광체가 제공될 수 있고,
상기 하부판 및 도광판은 적층되고, 유연성을 갖을 수 있고,
상기 면광원은 조명 장치 또는 백라이트 유닛(BLU)일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 면광원의 제조방법은 하부판에 전기적 배선을 형성하는 단계; 상기 전기적 배선에 복수의 측면 발광다이오드를 접속하는 단계; 및 도광판에 형성된 서로 이격된 복수의 수용부가 상기 복수의 측면 발광다이오드에 대응되도록 상기 도광판을 상기 하부판 상에 적층하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 전기적 배선을 형성하는 단계는 전도성 물질을 상기 하부판 상에 인쇄하여 형성하는 것일 수 있고,
상기 복수의 측면 발광다이오드를 접속하는 단계는 상기 복수의 측면 발광다이오드를 플립칩 본딩하여 상기 전기적 배선에 접속하는 것일 수 있고,
상기 도광판과 상기 수용부에 수용된 측면 발광다이오드 사이에 형광체를 제공하는 단계를 더 포함할 수 있고,
상기 복수의 측면 발광다이오드로부터 방출된 빛을 균일하게 방사하는 확산판을 상기 도광판 상에 적층하는 단계를 더 포함할 수 있고,
상기 복수의 측면 발광다이오드는 n형 반도체층, 활성층 및 p형 반도체층을 포함하는 반도체 적층구조물; 상기 반도체 적층구조물의 상부와 하부에 각각 형성된 제1 반사층; 및 제 2 반사층을 포함하고, 상기 제1 반사층 또는 제2 반사층 중에서 적어도 하나의 반사층에 상기 반도체 적층구조물에서 발광된 빛을 외부로 방출하는 광출사구를 형성하는 단계를 더 포함할 수 있고,
상기 광출사구가 형성된 반사층 상에 형광체를 제공하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 측면 발광 다이오드에 의하면, 발광하는 반도체 적층 구조의 상-하부에 각각 반사층을 형성하여 빛을 발광 다이오드의 측면으로 방출하므로 기존의 측면 방출 방식의 발광 다이오드에서 필수적으로 사용되는 렌즈가 불필요하게 되어서, 측면 발광 다이오드의 높이를 현저히 줄일 수 있고, 이러한 측면 발광 다이오드를 포함하는 직하형 백라이트 유닛(BLU), 면광원, 또는 평판 디스플레이 패널의 두께를 효과적으로 줄일 수 있게 된다.
또한, 본 발명에서는 기판의 양면 중 적어도 하나에는 광추출 구조물을 형성하고, 측면 발광 다이오드의 측면을 경사지게 함으로써, 반도체 적층 구조에서 발광된 빛을 효과적으로 측면 방향으로 추출되도록 하여 측면 광추출 효율을 향상시킬 수 있고, 이러한 측면 발광 다이오드를 포함하는 직하형 백라이트 유닛(BLU), 또는 면광원의 광 특성을 향상시킬 수 있게 된다.
그리고, 본 발명에 따른 LED 면광원 및 그 제조방법에서는 발광하는 반도체 적층구조물의 상하부에 각각 반사층을 형성하여 빛을 발광다이오드의 측면으로 직접 방출하기 때문에 기존의 측면 방출 방식의 발광다이오드에서 필수적으로 사용되었던 렌즈를 제거할 수 있어 그 두께를 현저히 줄인 측면 발광다이오드를 사용하는데, 이러한 측면 발광다이오드를 사용하면 면광원의 두께를 효과적으로 줄일 수 있어 박형화가 가능하고, 발광면 바로 아래에 다수의 발광원을 배치하여도 직접 상부로 방출되는 것이 아니라 도광판을 거쳐 방출되기 때문에 광 균일도를 높일 수 있으며, 측면에 발광다이오드를 배치하는 것보다 많은 수의 발광다이오드를 사용할 수 있으므로 높은 휘도를 갖게 하는 효과가 있다.
아울러, 본 발명에서는 면광원을 구성하는 판들을 적층하여 면광원의 두께를 줄일 수 있을 뿐만 아니라 면광원을 모듈화 할 수 있어 이용이 편리하며 쉽게 패키지할 수 있고, 측면 발광다이오드에 광추출 구조물을 포함하여 광 추출효율을 향상시킬 수 있어서 면광원의 광 특성을 향상시키는 효과도 가진다.
도 1은 종래기술에 따른 측면 방출 방식의 발광 다이오드를 나타내는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 측면 발광 다이오드의 다양한 형태를 나타내는 단면도이다.
도 3는 본 발명의 실시예에 따른 다양한 형태의 측면 발광 다이오드의 광출력 크기를 나타내는 그래프이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 다양한 형태의 측면 발광 다이오드의 배광특성을 나타내는 그래프이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 광추출 구조를 형성하는 과정을 나타내는 단면도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 측면 발광 다이오드를 나타내는 단면도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 측면 발광 다이오드를 형성하는 과정을 나타내는 순서도이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 면광원의 구조를 나타내는 분해사시도이다
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 면광원에 사용되는 측면 발광다이오드를 나타낸 단면도이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 면광원의 도광판에 형성된 수용부와 측면 발광다이오드를 나타내는 개략도이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 면광원의 도광판에 형성된 수용부와 측면 발광다이오드를 나타내는 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 측면 발광 다이오드 및 그 제조 방법의 바람직한 실시의 예들을 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 측면 발광 다이오드의 다양한 형태를 나타내는 단면도이다.
도 2(A)를 참조하면, 본 발명의 측면 발광 다이오드(100)은 서로 대향하는 제1 면 내지 제2 면을 갖는 기판(110); 상기 기판의 제1 면 상에 위치하는 제1 반사층(130); n형 반도체층(122), 활성층(123), p형 반도체층(124)을 포함하고, 상기 기판의 제2 면 상에 위치하는 반도체 적층 구조물(120); 및 상기 반도체 적층 구조물(120) 상에 위치하는 제2 반사층(140)을 포함한다.
상기 기판(110)은 화합물 반도체를 단결정 혹은 에피택셜로 성장시키기에 적합한 기판으로 형성되며, 사파이어, 질화갈륨(GaN), 징크 옥사이드(ZnO), 실리콘 카바이드(SiC), 질화 알루미늄(AlN), 유리, 실리콘 또는 PET 등의 투광성 재료일 수 있으나 이들 재료에 특별히 한정되는 것은 아니다.
상기 n형 반도체층(122), 활성층(123) 및 p형 반도체층(124)은 각 도전형 불순물이 도핑된 화합물 반도체 재료로 형성될 수 있는데, 예를 들어 InxAlyGa1-x-yN 조성식(여기서, 0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1임)을 갖는 질화갈륨계 화합물 반도체 물질로 형성될 수 있으나, 이들 재료에 특별히 한정되는 것은 아니다.
상기 n형 반도체층(122)은 n형 도전형 불순물이 도핑된 화합물 반도체층으로 형성될 수 있으며, 상기 n형 도전형 불순물로는 예를 들어, Si, Ge, Sn 등을 사용할 수 있고, 바람직하게는 Si를 주로 사용한다. 상기 활성층(123)은 하나의 양자우물층 또는 더블헤테로(double heterostructure) 구조 또는 InGaN/GaN층으로 구성된 다중양자우물층(Multi-Quantum-Well)으로 형성될 수 있다. 상기 p형 반도체층(124)은 p형 도전형 불순물이 도핑된 GaN층 또는 GaN/AlGaN층으로 형성될 수 있으며, 상기 p형 도전형 불순물 도핑으로는 예를 들어, Mg, Zn, Be 등을 사용하고, 바람직하게는 Mg를 주로 사용한다. 한편, 반도체 적층 구조물(120)은 기판(110) 상에 사파이어와 같은 물질로 형성된 기판과의 격자정합을 향상시키기 위한 GaN 완충층(121), n형/p형 클래드층, p형 캡층 등의 여러 가지 기능을 수행하는 기능성 층들을 추가적으로 더 포함할 수 있다.
그리고, 식각 공정을 통하여 반도체 적층 구조물(120)의 일부를 제거하여 노출된 n형 반도체층(122)과 p형 반도체층(124)에는 각각 n형 전극과 p형 전극(미도시)이 전기적으로 오믹 접촉되도록 형성될 수 있다.
측면 발광 다이오드(100)에 포함되는 제1 반사층(130)과 제2 반사층(140)는 반도체 적층 구조(120)의 활성층(123)에서 발광된 빛을 상부면이나 하부면으로 방출되지 않도록 하고, 내부로 반사하여 측면에서만 방출되도록 하는 층(layer)로서, 금속으로 이루어져 거울면을 형성하는 금속 반사층이나, 서로 다른 굴절율을 갖는 산화물층들(예를 들어, SiO2와 TiO2)을 교번 적층하여 형성하는 분산 브레그 반사층(Disttributed Bragg Reflecting layer; DBR층)일 수 있다. 기판(110)의 하부면에 형성되는 제1 반사층(130)의 경우에는 기판과의 접합성을 향상시키기 위하여 금속 반사층과 기판 사이에 SiO2 층을 더 포함하거나, 분산 브레그 반사층에서 SiO2 층을 기판에 접하도록 형성할 수 있다.
한편, 상기 기판(110)의 제1 면 내지 제2 면 중에서 적어도 어느 하나의 면 측에는 활성층(123)에서 발광된 빛을 산란시켜 측면 발광 다이오드(100)의 측면으로 광을 더욱 효과적으로 방출할 수 있도록 광추출 구조(150)를 마련할 수 있다(도 2(B) 내지 도 2(D) 참조). 광추출 구조(150)은 화합물 반도체 구조와 다른 굴절율을 갖고 있거나 반사면을 갖고 있어서, 활성층(123)으로부터의 광이 화합물 반도체 구조를 통과하여 도달하면 광의 경로가 굴절되거나 반사면서 광산란이 일어나게 되어 광이 효과적으로 발광 다이오드의 측면으로 방출되도록 하는 것으로, 그 형상은 반구형, 피라미드형, 콘형, 쐐기형, 삼각뿔형, 사각뿔형 또는 일방향으로 연장되는 형상 등으로 다양하게 구성될 수 있다.
기판(110)의 제2 면 측에 마련되는 광추출 구조(150)는 기판의 제2 면에서 반도체 적층 구조(120)을 향하여 돌출된 돌출부(151)일 수 있는데, 돌출부(151)는 식각 마스크를 이용하여 기판(110)을 건식 또는 습식으로 패터닝하여 형성하여 기판과 동일한 재료로 이루어질 수 있다(도 5(a) 참조). 예를 들어 사파이어 기판의 경우 광추출 구조인 돌출부도 사파이어로 이루어져 그 굴절율이 1.6이어서, 굴절율이 2.4인 질화갈륨계 반도체 적층 구조를 광이 통과하여 돌출부에 도달하면 굴절율 차이로 인하여 돌출부에서 광의 경로가 굴절하게 된다. 한편, 기판의 제2 면에 마련되는 광추출 구조인 돌출부(151)은 기판(110) 상에 산화물층(115, 예를 들어 굴절율이 1.4인 SiO2 층)을 형성하고, 상기 산화물층(115)을 식각 마스크를 이용하여 패터닝하여 형성할 수도 있다(도 5(b) 참조). 한편, 기판의 제2 면 측에 형성되는 광추출 구조인 돌출부(151)은 기판 상에 형성되는 반도체 적층 구조물의 성장을 위한 핵생성 위치를 제공하기 위하여 서로 떨어져서 제공될 수 있다. 이와 같이 돌출부(151) 사이에 일부가 노출된 기판 상에 반도체 적층 구조물을 형성하게 되면, 반도체 적층 구조물이 돌출부 사이에 빈 공간을 형성하지 아니한 채 단결정으로 혹은 액피택셜로 성장할 수 있게 된다.
아울러, 기판(110)의 제2 면 측에 마련되는 광추출 구조(150)는 기판의 제2 면에서 기판(110) 내측으로 오목한 오목부(미도시)로 형성될 수도 있다. 상기 오목부에는 공기(굴절율 1), 산화물(예를 들어 굴절율 1.4의 SiO2), 또는 반도체층 중의 적어도 하나로 채워질 수 있다. 기판(110)의 제2 면 측에 형성된 오목부를 형성한 경우에는 굴절율이 2.4인 질화갈륨계 반도체 적층 구조를 광이 통과하여 오목부에 도달하면 공기/반도체, 산화물/반도체, 반도체/기판 사이의 굴절율 차이로 인하여 오목부에서 광의 경로가 굴절하게 된다.
반도체 적층 구조(120)이 제공되는 제2 면과 대향되는 기판(110)의 제1 면에는 기판의 제1 면 내측으로 삽입되는 삽입체(152)인 광추출 구조(150)을 마련할 수 있다. 기판의 제1 면 상에 원하는 형상의 개구부를 갖는 식각 마스크를 형성하고, 습식 식각 또는 건식 식각방법으로 기판(110)을 패터닝하여 오목부(미도시)를 형성한 후에, 오목부가 형성된 기판의 제1 면 상에 제1 반사층(130)을 형성하는 과정 중에 제1 반사층을 이루는 물질이 오목부의 적어도 일부를 채움으로써 기판의 제1 면 내측으로 삽입되는 삽입체(152, 또는 제1 반사층에서 연장되는 돌출부)인 광추출 구조를 형성하게 된다. 아울러, 기판(110)의 제1 면을 패터닝하여 돌출부(미도시)인 광추출 구조를 형성하는 것도 가능하다.
상기 삽입체(152)는 기판을 패터닝한 후에 제1 반사층(130)을 형성하면서 제1 반사층을 형성하는 재료로 채워져서 형성되므로, 삽입체(152) 형상의 반사면에 의하여 활성층(123)으로부터 발광되는 빛이 반사되어 측면 발광 다이오드(100)의 측면을 통하여 효과적으로 광추출될 수 있게 된다.
도 3 내지 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 다양한 형태의 측면 발광 다이오드의 광출력 크기와 배광특성을 나타내는 그래프이다. 즉, 도 2(A)와 같이 제1 내지 제2 반사층만을 포함하는 구조(이하 A 타입이라 함), 도 2(B)와 같이 기판의 제2 면 측에 마련된 광추출 구조와 제1 내지 제2 반사층을 포함하는 구조(이하 B 타입이라 함), 도2(C)와 같이 기판의 제1 면 측에 마련된 광추출 구조와 제1 내지 제2 반사층을 포함하는 구조(이하 C 타입이라 함), 및 도 2(D)와 같이 기판의 제1~2 면 측 모두에 마련된 광추출 구조와 제1 내지 제2 반사층을 포함하는 구조(이하 D 타입이라 함)의 측면 발광 다이오드의 광출력 크기와 배광특성을 나타내는 그래프이다.
도 3 내지 도 4에서 알 수 있듯이, A 타입의 경우에는 발광 다이오드의 하부면이나 상부면을 통하여 방출되는 광의 광출력 크기에 비해서 측면으로 방출되는 광의 크기가 상대적으로 큰 것을 알 수 있다. 즉, 반도체 적층 구조(120)의 활성층(123)에서 발광된 빛이 발광 다이오드(100)의 하부면이나 상부면으로 향하는 경우에는 제1 반사층(130) 내지 제2 반사층(140)에서 반사되므로, 발광 다이오드의 측면을 통해서만 광이 방출되는 것이다.
한편, A 타입의 경우에 활성층(123)에서 방출된 광이 제1 반사층(130) 내지 제2 반사층(140)에서 반복적으로 수회동안 반사된 이후에 다이오드의 측면으로 방출되면, 복수회 동안 통과하는 반도체 적층 구조(120)와 기판(110) 등에 의해서 광흡수 등이 일어나게 되므로 최종적으로 발광 다이오드의 측면으로 방출되는 빛의 양이 최초에 활성층(123)에서 생성된 빛의 양에 비해서 줄어들게 되어, 측면 발광 다이오드(100)의 광추출 효율이 줄어들 수 있다.
이에, 활성층(123)에서 발광된 빛을 산란시켜 측면 발광 다이오드(100)의 측면으로 광을 더욱 효과적으로 방출할 수 있도록 광추출 구조(150)를 상기 기판(110)의 제1 면 내지 제2 면 중에서 적어도 어느 하나의 면에 마련한 B 타입 내지 D 타입의 경우에는 제1 반사층 내지 제2 반사층만을 포함하는 A 타입에 비하여 측면 발광의 광출력과 배광 특성이 매우 효과적으로 향상되는 것을 확인할 수 있다.
특히 C 타입과 D 타입의 경우에는 A 타입이나 B타입에 비하여 측면 방출되는 광량이 매우 클 뿐만 아니라, 정중앙의 측면방향(90도 및 270도)의 발광과 함께 방출되는 측-후방 발광보다는 측-전방 발광이 상대적으로 커서, C 타입과 D 타입의 측면 발광 다이오드를 포함하는 백라이트 유닛(BLU)나 면조명의 경우에 정면 방향으로의 면발광 특성을 양호하게 할 수 있다.
또한, 상기 기판(110)의 제1 면 내지 제2 면 중에서 적어도 어느 하나의 면 측에 광추출 구조(150)를 형성하는 것 이외에도 측면 발광 다이오드(100)의 측면 중 적어도 일부를 기판(110)에 수직인 방향에 대하여 경사지도록 형성하면, 제1 반사층(130) 내지 제2 반사층(140) 사이에서 반사되는 광을 더욱 효과적으로 방출하게 할 수도 있다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 수직형 측면 발광 다이오드를 나타내는 단면도이다.
도 6을 참고하면, 지지기판(210) 상에 마련된 제2 반사층(240), p형 반도체층(224), 활성층(223), n형 반도체층(222)을 포함하고, 상기 제2 반사층 상에 위치하는 반도체 적층 구조물(220), 상기 반도체 적층 구조물(220) 상에 위치하는 기판(260), 및 기판(260) 상에 위치하는 제1 반사층(230)을 포함한다. 이 때, 층들 사이의 관계에서 상-하의 기재는 절대적으로 반드시 위 혹은 아래에 위치하여야 함을 나타내는 것이 아니고, 설명의 편의를 위하여 사용할 뿐이고, 복수의 층들이 서로 직접 접할 필요도 없고, 층들 사이에 다른 층들을 삽입하여도 무방하다.
일반적인 수직 발광 다이오드의 제조 방법에 의하여 지지기판(240) 상에 형성된 제2 반사층(240)과 반도체 적층 구조물(220)을 제1 면 상에 제1 반사층(230)이 위치하는 기판(260)에 접합하여 구성될 수 있다(도 6(a) 참조).
본 실시예에서 상기 기판(260)은 반도체 적층 구조물(220)이 성장하는 기판이 아니므로 투명한 재질이면 족한데, 유리일 수 있다.
기판(260)의 제1 면 내지 제2 면 중에서 적어도 어느 하나의 면 측에는 활성층(223)에서 발광된 빛을 산란시켜 측면 발광 다이오드(200)의 측면으로 광을 더욱 효과적으로 방출할 수 있도록 광추출 구조(250)를 마련할 수 있다(도 6 참조).
반도체 적층 구조(220)이 제공되는 제2 면과 대향되는 기판(260)의 제1 면에는 식각 마스크를 이용하여 습식 식각 또는 건식 식각으로 기판(110)을 패터닝하여 형성한 오목부에 제1 반사층 물질이 채워져서 형성되는 기판(260)의 제1 면 내측으로 삽입되는 삽입체(252)인 광추출 구조(250)을 마련할 수 있다. 상기 삽입체(252)는 기판을 패터닝한 후에 제1 반사층(230)을 형성하면서 제1 반사층을 형성하는 재료로 채워져서 형성되므로, 삽입체(252) 형상의 반사면에 의하여 활성층(223)으로부터 발광되는 빛이 반사되어 측면 발광 다이오드(200)의 측면을 통하여 효과적으로 광추출될 수 있게 된다. 아울러, 기판(260)의 제1 면을 패터닝하여 볼록부(미도시)인 광추출 구조를 형성하고, 그 위에 제1 반사층을 형성할 수도 있다.
또한, 활성층(223)에서 발광되어 기판(260)으로 향하는 빛이 보다 효과적으로 산란되어 발광 다이오드(200)의 측면 방향으로 방출될 수 있도록 기판(260)의 내부에 형성된 광추출 구조(253)를 더 포함할 수도 있다. 기판(260) 내부의 광추출 구조(253)는 유리 기판의 내부를 식각방법으로 또는 레이저로 조사하여 가공함으로써 형성할 수 있다.
기판(260)의 제2 면 측에 제공되는 광추출 구조는 기판(260) 측으로 노출되는 반도체 적층 구조물(220)의 노출면을 패터닝하여 형성한 오목부(251)일 수 있는데, 상기 오목부(251)와 기판(260)의 제2 면에 의하여 둘러싸이는 공간은 굴절율 1인 공기나 산화물로 채워질 수 있다. 이러한 구조에 의해서 굴절율이 2.4인 질화갈륨계 반도체 적층 구조를 광이 통과하여 오목부(251)에 도달하면, 굴절율 차이로 인하여 오목부인 광추출 구조에서 광의 경로가 굴절하게 된다.
한편, 기판(260)의 제2 면 측에 마련되는 광추출 구조는 반도체 적층 구조물(220) 형성 전에 산화물층(280, 예를 들어 굴절율이 1.4인 SiO2 층)을 형성하고, 상기 산화물층(280)을 식각 마스크를 이용하여 패터닝하여 기판의 제2 면으로부터 돌출된 돌출부(254)로 형성할 수도 있다(도 7(a) 내지 도 7(b) 참조). 또한, 기판(260)의 제2 면 측에 마련되는 광추출 구조는 기판의 제2 면에서 기판 내측으로 오목하게 형성된 오목부(미도시)일 수도 있다. 상기 오목부에는 공기(굴절율 1), 산화물(예를 들어 굴절율 1.4의 SiO2), 또는 반도체층 중의 적어도 하나로 채워질 수 있다.
앞에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 측면 발광 다이오드는 발광 다이오드의 상부면과 하부면에 형성된 제1 반사층 내지 제2 반사층을 구비하여 발광 다이오드의 상부면 또는 하부면으로 광의 방출이 일어나지 못하도록 하고, 발광 다이오드의 측면을 통해서만 광이 방출되도록 함으로써, 종래의 측면 방출 방식의 발광 다이오드에서 사용되던 렌즈가 없이도 측면 발광이 가능하게 하여 측면 발광 다이오드의 높이를 현저하게 줄일 수 있게 되고, 궁극적으로 직하형 백라이트 유닛(BLU), 면광원, 또는 평판 디스플레이 패널의 두께를 효과적으로 줄이는 것을 기대할 수 있게 된다.
또한 본 발명에서는 기판의 양면 중 적어도 하나의 면 측에 광추출 구조물을 형성하고, 측면 발광 다이오드의 측면을 경사지게 함으로써, 반도체 적층 구조에서 발광된 빛을 효과적으로 측면 방향으로 추출되도록 하여 측면 광추출 효율을 향상시킬 수 있고, 우수한 광특성을 갖는 직하형 백라이트 유닛(BLU), 또는 면광원을 제조하는 것이 가능하게 된다.
도 2 및 도 5를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 측면 발광 다이오드를 제조하는 방법을 보다 상세히 살펴보는데, 측면 발광 다이오드의 구조와 관련하여 앞서 설명된 부분과 중복되는 사항들은 생략한다.
본 발명에 따른 측면 발광 다이오드 제조 방법은 기판(110)의 하부면 상에 제1 반사층(130)을 형성하는 단계; 기판(110)의 상부면 상에 n형 발도체층(122), 활성층(123), p형 반도체층(124)을 포함하는 반도체 적층 구조물(120)을 형성하는 단계; 및 상기 반도체 적층 구조물(120) 상에 제2 반사층(140)를 형성하는 단계를 포함한다.
한편, 기판(110)의 하부면 및 상부면 중에서 적어도 어느 하나의 면 측에는 광추출 구조를 형성할 수 있다. 광추출 구조의 형상은 반구형, 피라미드형, 콘형, 쐐기형, 또는 일방향으로 연장되는 형상 등으로 다양하게 구성될 수 있다.
기판(110)의 하부면 상에 일정 부분에 개구부를 갖는 식각 마스크 패턴을 형성한 후에 습식 식각, 건식 식각 등의 방법으로 패너팅하여 오목부(미도시)를 형성하고, 오목부가 형성된 하부면 상에 제1 반사층을 형성한다. 제1 반사층 형성 과정 중에 오목부가 채워지게 되어 기판(110)의 하부면 내측으로 삽입되는 삽입체(152, 또는 제1 반사층으로부터 돌출되는 돌출부)인 광추출 구조(150)를 형성하게 된다. 아울러, 기판(110)의 하부면 측에 마련되는 광추출 구조(150)는 기판의 하부면을 패터닝하여 볼록부(미도시)로 형성할 수도 있다.
한편, 기판(110)의 상부면에 마련된 돌출부(151)인 광추출 구조(150)는 기판(110)의 상부면 상에 일정 부분에 원하는 형상의 개구부를 갖는 식각 마스크 패턴을 형성한 후에 습식 식각, 건식 식각 등의 방법으로 패터팅하여 돌출부(151)인 광추출 구조(150)를 형성할 수 있다. 아울러, 기판(110)의 상부면 측에 마련되는 광추출 구조(150)는 기판의 상부면을 패터닝하여 기판(110) 내측으로 오목한 오목부(미도시)로 형성될 수도 있다. 상기 오목부에는 공기(굴절율 1), 산화물(예를 들어 굴절율 1.4의 SiO2), 또는 반도체층 중의 적어도 하나로 채워질 수 있다.
또는, 기판(110)의 상부면에 산화물층(115)을 형성하고, 그 위에 일정 부분에 개구부를 갖는 식각 마스크 패턴을 형성한 후에 습식 식각, 건식 식각 등의 방법으로 산화물층을 패터닝하여 돌출부(151)인 광추출 구조(150)를 형성할 수도 있다.
이후에 기판(110)의 상부면 상에 n형 반도체층(122), 활성층(123), p형 반도체층(124)을 차례로 적층하여 화합물 반도체 적층 구조물(120)을 형성하고, 이후에 상기 반도체 적층 구조물(120) 상에 제2 반사층(140)을 형성한다.
그리고, 전기적 접속을 위하여 상기 n형 반도체층(122)과 p형 반도체층(124)의 일부를 노출하고, 그 노출면에 n형 전극 및 p형 전극(미도시)을 형성한다. 한편, 제2 반사층(140)을 p형 전극으로 사용하는 것도 가능하다.
또한, 측면 발광 다이오드(100)의 측면으로 방출되는 광효율을 높이기 우하여 반도체 적층 구조물(120) 상에 마스크를 형성하고 습식식각 또는 건식식각 방법으로 반도체 적층 구조물의 일부를 제거함으로써 반도체 적층 구조물(120)의 측면 중 적어도 일부를 기판(110)의 수직 방향에 대해서 경사지게 형성할 수도 있다.
이하에서는 도 6 및 도 7을 참조하여 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 측면 발광 다이오드를 제조하는 방법을 살펴본다.
먼저, 사파이어 등으로 구성된 구성된 성장기판층(270)을 준비하고, 상기 성장기판층(270) 상에 n형 반도체층(222), 다중우물구조인 활성층(223) 및 p형 반도체층(224)을 차례로 증착하여 반도체 적층 구조물(220)을 형성하고, 그런 다음 반도체 적층 구조물(220) 상에 제2 반사층(240)을 증착한다.
그 이후에 제2 반사층(240) 상에 지지기판(210)을 형성하는데, 지지기판은 전도성 물질로 형성될 수 있으며, 반도체 발광 다이오드의 열 방출을 효과적으로 유도하고, 이후에 성장기판을 분리하게 되면 발광 다이오드를 지지하는 역할을 수행하게 되며, 1002000 두께를 갖는 단층 또는 적층 구조로 형성될 수 있다.
다음으로, 지지기판(210)이 마련된 반도체 적층 구조물(220)으로부터 성장기판(270)을 이탈시키게 되는데, 레이저 리프트 오프(laser lift off, LLO) 기술을 이용하여 상기 반도체 적층 구조물(220)에서 성장기판(270)을 분리시킨다. 강한 에너지원인 레이저 빔(laser beam)을 성장기판 후면을 통해서 조사시키면 상기 반도체 적층 구조물(220)과 상기 성장기판(270) 사이인 계면에서 강하게 레이저 흡수가 일어나고, 이로 인해 계면에 존재하는 질화갈륨의 열화학 분해 반응에 의해서 투명 사파이어로 구성된 성장기판층 분리(lift off)된다. 이어서, 상기 레이저 리프트 오프 공정을 수행한 후에, 상기 성장기판이 이탈되면서 노출된 표면 부분을 세정하기 위한 에칭(etching) 공정을 추가로 수행할 수 있다.
그 이후에 성장기판(270)이 제거되어 노출된 반도체 적층 구조물(270)의 노출면에 투명기판(260)을 접합한다. 이때 투명기판(260)의 제1 면 상에는 제1 반사층(230)이 형성되어 있고, 제1 면과 대향하는 기판의 제2 면을 반도체 적층 구조물(220)의 노출면에 접합하게 된다. 이러한 접합을 위하여 반도체 적층 구조물(220)과 투명기판(260) 사이에는 접착층을 더 구비할 수도 있으나, 접합 방법에 특별한 제한은 없다.
한편, 투명기판(260)을 반도체 적층 구조물(220)에 접합하기 전에, 투명기판(260)의 제1 면 상에 원하는 모양의 개구부를 갖는 식각 마스크 패턴을 형성한 후에 습식 식각, 건식 식각 등의 방법으로 패터닝하여 오목부(미도시)를 형성하고, 오목부가 형성된 하부면 상에 제1 반사층을 형성하는데, 제1 반사층 형성 과정 중에 오목부가 채워지게 되어 투명기판(260)의 하부면 내측으로 삽입되는 삽입체(252, 또는 제1 반사층으로부터 돌출되는 돌출부)인 광추출 구조(250)를 형성할 수 있다. 또는 투명기판(260)의 제1 면을 패터닝하여 볼록부(미도시)인 광추출 구조를 형성할 수도 있다. 이러한 광추출 구조의 형상은 반구형, 피라미드형, 콘형, 쐐기형, 또는 일방향으로 연장되는 형상 등으로 다양하게 구성될 수 있다.
그리고, 투명기판(260)의 내부에는 식각방법을 이용하거나, 레이저광을 조사하여 가공하여 광추출 구조(253)를 더 형성할 수도 있다.
또한, 투명기판(260)의 제2 면 측에 광추출 구조를 형성하기 위해서, 성장기판(270)을 반도체 적층 구조물(220)으로부터 분리한 후에 반도체 적층 구조물(220)의 노출면에 원하는 형상의 개구부를 갖는 식각 마스크 패턴을 형성한 후에 습식 식각, 건식 식각 등의 방법으로 패터닝하여 오목부(251)를 형성한다. 이후에 투명기판(260)을 접합하게 되면 반도체 적층 구조물(260)의 오목부와 투명기판(260)의 제2 면에 의하여 주변과 분리되는 빈 공간을 형성하고, 그 공간에는 공기로서 채워질 수 있다. 오목부(251)에 굴절율이 1인 공기가 채워지는 구조에 의해서 굴절율이 2.4인 질화갈륨계 반도체 적층 구조를 광이 통과하여 오목부(251)에 도달하면, 굴절율 차이로 인하여 오목부인 광추출 구조에서 광의 경로가 굴절하게 된다.
한편, 도 7을 참고하면 투명기판(260)의 제2 면 측에 광추출 구조를 형성하는 다른 방법으로, 성장기판(270)에 반도체 적층 구조물(220)을 형성하기 전에, 성장기판(270)의 상부면에 산화물층(280, 예를 들어 SiO2 층)을 형성하고, 그 위에 원하는 모양의 개구부를 갖는 식각 마스크 패턴을 형성한 후에 습식 식각, 건식 식각 등의 방법으로 산화물층(280)을 패터닝하여 돌출부(254)인 광추출 구조(250)를 형성할 수도 있다. 돌출부(254)가 형성된 성장기판(270)에 반도체 적층 구조물(220), 제2 반사층(240), 지지기판(210)을 차례로 형성하고, 성장기판(270)을 제거한 후에 투명기판(260)을 접합하면, 돌출부(254)는 투명기판(260)의 제2 면 측의 광추출 구조로서 작용하게 된다. 또한, 투명기판(260)의 제2 면 측에 광추출 구조를 형성하는 또 다른 방법으로, 투명기판(260)의 제2 면을 패터닝하여 투명기판(260) 내측으로 오목한 오목부(미도시)로 형성될 수도 있다. 상기 오목부에는 공기(굴절율 1), 산화물(예를 들어 굴절율 1.4의 SiO2), 또는 반도체층 중의 적어도 하나로 채워질 수 있다.
그리고, 측면 발광 다이오드(100)의 측면으로 방출되는 광효율을 높이기 우하여 반도체 적층 구조물(220) 상에 마스크를 형성하고 습식식각 또는 건식식각 방법으로 반도체 적층 구조물의 일부를 제거함으로써 반도체 적층 구조물(220)의 측면 중 적어도 일부를 성장기판(2700)의 수직 방향에 대해서 경사지게 형성할 수도 있다.
한편, 반도체 적층 구조물(220)의 노출면에 투명기판(260)을 접합하게 되면 투명기판(260)는 지지기판과 함께 더욱 안정적으로 발광 다이오드를 지지할 수 도 있고, 혹은 지지기판이 없이도 측면 발광 다이오드에 기계적인 안정성을 제공하면서 전체 구조를 지지할 수도 있다. 따라서, 지지기판(210)을 물리적 또는 화학적 식각 방법 등으로 제2 반사층(240)으로부터 분리할 수도 있다.
한편, 성장기판(270), 지지기판(210) 등을 분리하여 제거한 다음에는 성장기판과 지지기판이 제거되면서 결과물에 남게 되는 잔류물들을 제거하기 위하여 화학적 에칭, 자기-리프팅(magnetic-lifting), 초음파, 열적인 제거, 기계적인 가공, 접착테이프 중에서 어느 하나의 방법을 사용한 클리닝(cleaning) 공정을 수행할 수도 있다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 면광원의 구조를 나타내는 분해사시도이다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 면광원(300)은 전기적 신호를 제공하는 배선이 형성된 하부판(310), 상기 하부판(310) 상에 제공되고, 서로 이격된 복수의 수용부(321)가 형성된 도광판(320) 및 상기 도광판에 형성된 복수의 수용부(321)에 각각 수용되는 복수의 측면 발광다이오드(330)를 포함한다.
상기 하부판(310)은 상기 복수의 측면 발광다이오드(330)를 전기적으로 접속시키고, 외부전원(350)과 전기적으로 연결된다. 또한, 상기 도광판(320)이 적층될 수 있는 기본 받침이 된다.
상기 하부판(310)은 외부 소자와 전기적으로 접속이 가능한 접속부(311)를 포함할 수 있다. 상기 접속부(311)는 상기 측면 발광다이오드(330)와 전기적으로 접속되는 부분으로, 복잡한 구조나 추가적인 공정 없이도 상기 접속부(311)에 상기 측면 발광다이오드(330)를 전극에 맞추어 본딩시키는 것만으로 쉽게 전기적 연결을 가능하게 한다. 또한, 상기 접속부(311)는 접속패드 등의 형태로 형성될 수 있는데, 상기 측면 발광다이오드(330)를 전극에 맞추어 상기 접속부(311)에 본딩시키는 것만으로 전기적 연결이 가능하면 족하고, 그 형태나 형성방법에 제한은 없다.
그리고 상기 하부판(310)은 전체적인 면광원(300)의 두께를 줄이기 위하여 얇게 제작될 수 있는데, 상기 하부판(310)의 두께를 줄이기 위해 상기 배선을 전도성 잉크를 사용하여 인쇄공정으로 형성할 수 있고, 금속 이온을 증착하여 형성할 수도 있으며, 두께를 줄이기 위한 배선 방법에 특별한 제한이 있는 것은 아니다. 또한, 상기 하부판(310)은 유연한 재료를 사용하여 연성을 갖도록 제작될 수도 있고, 빛을 반사시킬 수 있는 금속판으로 구성될 수도 있다.
한편, 상기 하부판(310)은 상기 측면 발광다이오드(330)에서 상기 도광판(320)을 경유하여 상기 하부판(110)으로 입사되는 빛이나 상기 도광판(320)으로 입사되지 않고 상기 측면 발광다이오드(330)에서 직접 상기 하부판(310)으로 입사하는 빛을 발광면 방향으로 반사시킬 수 있는 반사면을 포함할 수도 있다. 상기 반사면은 상기 도광판(320)의 저면으로부터 입사하는 빛을 반사시킴으로써, 반사된 빛이 상기 도광판(320)을 경유하여 발광면으로 방출될 수 있도록 하는 역할을 하며, 상기 하부판(310) 상에 반사층으로 형성되거나 빛을 반사할 수 있는 알루미늄 등의 금속판으로 상기 하부판(310)을 구성하여 형성될 수 있고, 상기 반사면을 상기 도광판(320)에 접하는 면에만 형성할 수 있을 뿐만 아니라 상기 하부판(310)의 타면에 형성하거나 모든 면에 형성할 수도 있는데, 그 재료와 형성방법에 있어서 특별한 제한은 없다.
또한, 상기 하부판(310)은 빛을 투과시킬 수 있는 투광성 재료로 형성될 수도 있는데, 상기 투광성 재료로 형성되면 전후 양면에서 빛을 방출할 수 있는 양면발광형 면광원을 만들 수 있게 된다. 상기 투광성 재료는 예를 들어 유리 또는 투명 폴리머 등이 사용될 수 있는데, 그 재료에 있어서 특별히 제한되는 것은 아니다.
그리고 상기 하부판(310)에 상기 도광판(320)이 제공된다. 상기 도광판(320)은 빛의 굴절 및 반사를 이용하여 일측면 또는 양측면에서 빛을 안내하면서 균일한 면광원을 형성하게 하는데, 선광원 또는 점광원을 균일한 면광원으로 만들어주기 위해서 사용된다. 상기 도광판(320)은 보통 PMMA나 PC 소재를 이용하고, 사출성형하거나 용융수지 조성물을 압출기로 압출하고 다시 연마 롤러를 통과시킨 후 냉각하여 원판을 형성한 다음 소정 크기로 컷팅하여 제작되는데, 그 재료와 방법에 있어서 특별한 제한이 있는 것은 아니다.
또한, 상기 도광판(320)은 복수의 광원을 수용할 수 있는 서로 이격된 복수의 상기 수용부(321)가 형성될 수 있다. 상기 수용부(321)는 상하가 개방된 오픈부로 형성되거나, 상기 하부판(310)과의 전기적 접속을 위한 일측만 개방된 오목부로 형성될 수도 있는데, 그 형성방법에 있어서 제한은 없다. 그리고 상기 수용부(321)의 형상은 사각형, 원형, 삼각형, 다이아몬드형 등으로 다양하게 구성될 수 있는데, 광원을 수용할 수 있도록 광원의 크기와 같거나 광원의 크기보다 크면 족하고, 바람직하게는 백색광을 만들기 위한 형광체를 삽입하기 위해 광원의 크기보다 크게 형성되는 것이 좋다. 또한, 본 발명에 따른 면광원(또는 측면 발광다이오드)의 배광특성제어를 위해 상기 수용부(321)의 형상을 변화시킬 수도 있다.
상기 도광판(320)은 상기 측면 발광다이오드(330)와 두께가 같거나 상기 측면 발광다이오드(330)보다 두껍게 형성되는데, 상기 도광판(320)의 두께가 적어도 상기 측면 발광다이오드(330)의 두께보다 두껍거나 동일하게 유지되어야 상기 측면 발광다이오드(330)에서 발광된 빛의 대부분이 상기 도광판(320)으로 공급될 수 있게 되고, 상기 도광판(320)의 두께가 상기 측면 발광다이오드(330)의 두께보다 얇은 경우에는 상기 측면 발광다이오드(330)에서 발광된 빛이 상기 도광판(320)의 두께를 벗어난 부분으로 출사되어 상기 도광판(320)에 입사되지 못하고 외부공간으로 손실되기 때문이다. 또한, 상기 측면 발광다이오드(330)의 두께가 상기 도광판(320)의 두께보다 두꺼우면 상기 측면 발광다이오드(330)가 돌출되어 상기 도광판(320)의 상부면 또는 하부면이 평탄하지 않게 되므로 상기 도광판(320) 상에 다른 층들을 적층하기 어렵게 된다. 이처럼 상기 도광판(320)의 두께는 상기 측면 발광다이오드(330)의 두께에 의존적이므로 상기 도광판(320)의 두께를 줄이려면 상기 측면 발광다이오드(330)의 두께를 줄이는 일이 선행되어야 하고, 상기 면광원(300) 전체 두께의 대부분을 차지하는 상기 도광판(320)의 두께를 줄이게 되면 상기 면광원(300)의 두께를 얇게 할 수 있다.
본 발명에서는 내부에서 발광된 빛을 렌즈없이도 발광다이오드의 측면을 통하여 직접 방출시키므로 그 두께를 현저히 줄인 상기 측면 발광다이오드(330)를 사용하여 상기 도광판(320)의 두께를 효과적으로 줄일 수 있게 되었으며, 상세한 설명은 후술한다.
그 다음 상기 도광판에 형성된 복수의 수용부(321)에 복수의 상기 측면 발광다이오드(330)가 각각 배치된다. 상기 측면 발광다이오드(330)는 내부에서 발광된 빛을 그 측면을 통하여 방출시키는데, 상기 측면 발광다이오드(330)는 상부와 하부에 각각 반사층을 형성하여 측면 방출 방식의 발광다이오드에서 빛이 측면으로 방출되도록 하는 렌즈 없이도 빛을 발광다이오드의 측면으로 방출하므로 발광다이오드의 두께를 현저히 줄일 수 있는 측면 발광다이오드일 수 있다. 또한, 상기 측면 발광다이오드(330)는 n형 및 p형 본딩메탈(331, 또는 본딩패드)을 포함하고, 상기 n형 및 p형 본딩메탈(331)을 상기 하부판의 접속부(311)에 본딩함으로 전기적으로 접속된다.
다음으로 상기 도광판(320) 상에 확산판(340)을 더 형성할 수도 있다. 상기 확산판(340)은 상기 복수의 측면 발광다이오드(130)에서 방출되어 상기 확산판(340)으로 입사하는 빛을 내부에서 산란 및 확산되도록 하여 균일하게 방사시키는 역할을 하고, 빛의 확산성과 균일성이 가능한 최대가 되도록 하여 빛의 휘도를 향상시킨다. 그리고 상기 확산판(340)의 재료는 PET(Poly Ethylene Terephthalate)나 PC(Poly Carbonate) 수지를 사용하며, 상기 확산판(340)의 상부에 확산 역할을 하는 입자 코팅층이 형성되어 있을 수 있는데, 그 재료와 형태에 특별한 제한이 있는 것은 아니다. 또한, 상기 확산판(340)은 빛의 강도가 과도하여 광학특성이 나빠지거나 황색광이 도출되는 현상을 방지하기 위하여 일정부분 차광효과가 구현될 수 있도록 광학패턴을 형성할 수도 있다. 상기 광학패턴은 일반적으로 상기 확산판(340)의 하부면 또는 상부면에 인쇄되는 방식으로 구현될 수 있고, 빛의 집중이 이루어지지 않도록 차광잉크를 이용하여 차광패턴으로 인쇄할 수도 있으며, 상기 광학패턴은 빛을 완전차단하는 기능이 아니라 빛의 일부 차광 및 확산의 기능을 수행할 수 있는 하나의 광학패턴으로 광의 차광도나 확산도를 조절할 수 있도록 구현할 수도 있다.
또한, 상기 면광원(300)은 프리즘 필름, 휘도 향상 필름(Brightness Enhancement Film: BEF), 보호필름, 마이크로렌즈 시트, 이중 휘도 향상 필름(Dual Brightness Enhancement Film: DBEF) 등의 광학 시트를 필요에 따라 더 포함할 수 있다.
한편, 상기 하부판(310) 및 도광판(320)을 포함한 모든 층들은 상호 적층될 수 있다. 이렇게 모든 층들을 적층하게 되면 상기 면광원(300)의 전체두께를 줄일 수 있고, 두께가 얇아지므로 잘 휘어지는 유연한 면광원을 개발하는데 이점이 있으며, 모듈화된 면광원을 가능하게 하여 편리하게 이용할 수 있을 뿐만 아니라 모듈화된 면광원을 결합하여 간단하게 패키지함으로써, 백라이트 유닛(BLU) 또는 조명 장치에 적용할 수 있게 된다. 또한, 플렉시블(flexible)한 면광원을 위해 상기 구성요소들은 연성을 갖는 재료를 사용하여 형성될 수 있고, 상기 면광원(300)의 모든 층들이 유연성을 갖게 되므로 전체적으로 상기 면광원(300)이 플렉시블(flexible)하게 될 수 있다.
이처럼 두께가 얇으면서 플렉시블(flexible)하게 상기 면광원(300)을 제작하면 백라이트 유닛(BLU)으로 사용되는데 최적화할 수 있고, 이동성 및 휴대성이 뛰어나고 설치도 간단한 조명 장치로도 사용이 가능하다. 상기 백라이트 유닛(BLU)은 액정표시장치(LCD)의 후면에서 빛을 조사하는 면광원으로, 비발광형 전자 디스플레이 소자인 액정표시장치(LCD)에 빛을 공급하여 동화상의 선명하고 자연스러운 천연색상을 양질로 구현해낼 수 있도록 하기 때문에 액정표시장치(LCD)에 있어서 없어서는 안 되는 중요한 장치이다. 최근 액정표시장치(LCD)는 휴대폰에서부터 휴대용 컴퓨터, 컴퓨터용 모니터, 벽걸이형 텔레비전, 플렉시블(flexible) 디스플레이 등에까지 그 사용영역이 점차 넓어지고 있고, 넓은 디스플레이 면적을 가지면서 박형화, 경량화 및 유연화되는 것이 요구되고 있는데, 본 발명에 따른 상기 면광원(100)을 백라이트 유닛(BLU)으로 사용하면 그 요구를 충족할 수 있다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 면광원에 사용되는 측면 발광다이오드를 나타낸 단면도이다.
도 9를 참조하면, 측면 발광다이오드(400)는 기판(410), 상기 기판(410)의 일면에 형성되는 제1 반사층(420), n형 반도체층(431), 활성층(432) 및 p형 반도체층(433)을 포함하고, 상기 제1 반사층(420) 상에 위치하는 반도체 적층구조물(430) 및 상기 반도체 적층구조물(430) 상에 위치하는 제2 반사층(440)을 포함할 수 있다.
상기 측면 발광다이오드(400)에 포함되는 상기 제1 반사층(420)과 제2 반사층(440)은 상기 반도체 적층구조물의 활성층(432)에서 발광된 빛을 상부면이나 하부면으로 방출되지 않도록 하고, 내부로 반사하여 측면에서만 방출되도록 하는 층(Layer)으로서, 금속으로 이루어져 거울면을 형성하는 금속 반사층이나, 서로 다른 굴절율을 갖는 산화물층들(예를 들어, SiO2와 TiO2)을 교번 적층하여 형성하는 분산 브래그 반사(Distributed Bragg Reflecting: DBR)층일 수 있다. 상기 기판(410)과 접하여 형성되는 상기 제1 반사층(420)은 접합성을 향상시키기 위하여 금속 반사층과 기판 사이에 SiO2층을 더 포함하거나 분산 브래그 반사(DBR)층에서 SiO2층을 기판에 접하도록 형성할 수 있고, 상기 기판(410)의 상부면이나 하부면 중 어느 하나의 면에 형성될 수 있는데, 상기 반도체 적층구조물(430)의 하부에 위치하면 족하다.
또한, 상기 측면 발광다이오드(400)는 상기 기판(410)의 상부면 또는 하부면 중 적어도 어느 하나의 면에 상기 활성층(432)에서 발광된 빛을 산란시켜 상기 측면 발광다이오드(400)의 측면으로 빛을 더욱 효과적으로 방출할 수 있도록 광추출 구조(450)를 더 포함할 수 있다. 상기 광추출 구조(450)는 화합물 반도체 구조와 다른 굴절율을 갖고 있거나 반사면을 갖고 있어서 상기 활성층(432)에서 발광된 빛이 화합물 반도체 구조를 통과하여 도달하면 빛의 경로가 굴절되거나 반사면에서 광산란이 일어나게 되어 빛이 효과적으로 발광다이오드의 측면으로 방출되도록 하는 것으로, 그 형상은 반구형, 피라미드형, 콘형, 쐐기형, 삼각뿔형, 사각뿔형 또는 일방향으로 연장되는 형상 등으로 다양하게 구성될 수 있다.
상기 기판(410)의 하부면에 상기 제1 반사층(420)이 형성된 경우에 상기 기판(410)의 상부면에 형성된 광추출 구조(450)는 상기 기판(410)의 상부면에서 상기 반도체 적층구조물(430)을 향하여 돌출된 돌출부(451)일 수 있는데, 상기 돌출부(451)는 식각 마스크를 이용하여 상기 기판(410)을 건식 또는 습식으로 패터닝하여 형성함으로 기판과 동일한 재료로 이루어질 수 있다. 예를 들어 사파이어 기판의 경우 광추출 구조인 돌출부도 사파이어로 이루어져 그 굴절율이 1.6이어서 굴절율이 2.4인 질화갈륨계 반도체 적층구조물을 빛이 통과하여 돌출부에 도달하면 굴절율 차이로 인하여 돌출부에서 빛의 경로가 굴절하게 된다. 한편, 상기 기판(410)의 상부면에 형성되는 광추출 구조인 돌출부(451)는 상기 기판(410) 상에 산화물층(예를 들어, 굴절율이 1.4인 SiO2층)을 형성하고, 상기 산화물층을 식각 마스크를 이용하여 패터닝하여 형성할 수도 있다. 한편, 상기 기판(410)의 상부면에 형성되는 광추출 구조인 돌출부(451)는 상기 기판(410) 상에 형성되는 반도체 적층구조물의 성장을 위한 핵생성 위치를 제공하기 위하여 서로 떨어져서 제공될 수 있다. 이와 같이 돌출부(451) 사이에 일부가 노출된 기판 상에 반도체 적층구조물을 형성하게 되면, 반도체 적층구조물이 돌출부 사이에 빈 공간을 형성하지 아니한 채 단결정으로 혹은 에피택셜로 성장할 수 있게 된다.
아울러, 상기 기판(410)의 상부면에 형성되는 광추출 구조(450)는 상기 기판(410)의 상부면에서 상기 기판(410) 내측으로 오목한 오목부(미도시)로 형성될 수도 있다. 상기 오목부에는 공기(굴절율 1), 산화물(예를 들어, 굴절율 1.4의 SiO2) 또는 반도체층 중의 적어도 하나로 채워질 수 있다. 상기 기판(410)의 상부면에 오목부를 형성한 경우에는 굴절율이 2.4인 질화갈륨계 반도체 적층구조물을 빛이 통과하여 오목부에 도달하면 공기/반도체, 산화물/반도체, 반도체/기판 사이의 굴절율 차이로 인하여 오목부에서 빛의 경로가 굴절하게 된다.
상기 기판(410)의 하부면에 상기 기판(410)의 하부면 내측으로 삽입되는 삽입체(452)인 광추출 구조(450)를 형성할 수도 있다. 상기 기판(410)의 하부면 상에 원하는 형상의 개구부를 갖는 식각 마스크를 형성하고 습식 식각 또는 건식 식각방법으로 상기 기판(410)을 패터닝하여 오목부(미도시)를 형성한 후, 상기 오목부가 형성된 기판의 하부면 상에 상기 제1 반사층(420)을 형성하는 경우에 상기 제1 반사층(420)을 형성하는 과정에서 상기 제1 반사층(420)을 이루는 물질이 오목부의 적어도 일부를 채움으로써 상기 기판(410)의 하부면 내측으로 삽입되는 삽입체(452, 또는 제1 반사층에서 연장되는 돌출부)인 광추출 구조(450)를 형성하게 된다. 아울러, 상기 기판(410)의 하부면을 패터닝하여 돌출부(미도시)인 광추출 구조를 형성하는 것도 가능하다. 상기 삽입체(452)는 상기 기판(410)을 패터닝한 후에 상기 제1 반사층(420)을 형성하면서 제1 반사층을 형성하는 재료로 채워져서 형성되므로, 상기 삽입체(452)의 반사면에 의해 상기 활성층(432)으로부터 발광되는 빛이 반사되어 상기 측면 발광다이오드(400)의 측면을 통하여 효과적으로 광추출될 수 있게 된다.
종래의 측면 발광다이오드(또는 측면 방출 방식의 발광다이오드)는 발광다이오드칩의 측면에서 직접 빛이 방출되는 것이 아니라 상부 또는 하부 방출방식의 일반적인 발광다이오드칩에서 상부 또는 하부로 방출되는 빛을 렌즈를 이용하여 측면방향으로 방출시키는 발광다이오드로 구현되었는데, 이러한 종래의 측면 발광다이오드는 빛의 방향을 변화시켜주는 렌즈가 반드시 필요하고, 이러한 렌즈는 발광다이오드칩의 높이에 비하여 매우 큰 높이를 갖기 때문에 렌즈의 두께에 따라 측면 발광다이오드의 전체 두께도 두꺼울 수 밖에 없었다. 그러나, 본 발명에 따른 측면 발광다이오드(200)는 렌즈없이도 발광다이오드칩의 측면에서 직접 빛이 방출될 수 있는 측면 발광다이오드칩으로, 종래의 측면 발광다이오드와 달리 렌즈를 제거할 수 있어 측면 발광다이오드의 두께를 현저히 낮출 수 있다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 면광원의 도광판에 형성된 수용부와 측면 발광다이오드를 나타내는 개략도이고, 도 11은 본 발명의 실시예에 따른 면광원의 도광판에 형성된 수용부와 측면 발광다이오드를 나타내는 단면도이다.
도 10 및 도 11을 참조하면, 면광원의 도광판에 형성된 수용부(500)와 측면 발광다이오드(510)의 여유 부분에 형광체(520)가 제공된다. 상기 형광체(520)는 상기 측면 발광다이오드(510)에서 방출되는 빛을 백색광으로 만들어주는 역할을 하는데, 상기 측면 발광다이오드(510)에서 방출되는 빛의 색에 보색관계에 있는 색의 형광체를 사용하여 구현할 수 있다. 일 실시예로, 청색 측면 발광다이오드를 사용할 경우에는 황색 형광체를 사용하는데, 상기 청색 측면 발광다이오드에서 방출되는 350 내지 450㎚ 파장 영역의 청색광(B)과 상기 황색 형광체가 여기됨으로 방사되는 550 내지 650㎚ 파장 영역의 황색광(Y = R + G)이 혼합되어 480 내지 530㎚ 파장 영역의 백색광(W)이 출사된다. 그리고 상기 황색 형광체로는 InGaN, YAG:Ce, ZnS:Mn 등의 물질을 이용할 수 있다.
또한, 상기 형광체(520)는 액상의 에폭시(Epoxy)나 실리콘 또는 그 조합의 투명 수지(530)에 혼합하여 여유 공간을 채우는 방식으로 제공될 수 있고, 상기 형광체(520)가 포함된 투명 수지층인 형광층으로 형성될 수 있는데, 상기 형광층으로 형성되는 경우에는 도포, 인쇄, 분사, 증착하는 방법 등으로 형성할 수 있으며, 그 제공 방식에는 특별한 제한이 없다. 그리고 상기 형광체(520)가 제공될 때에는 상기 수용부(500)를 완전히 채워 상기 도광판(320)의 표면과 일치되도록 하는 것이 좋은데, 이렇게 되면 상기 도광판(320)의 상부면 또는 하부면이 평탄하게 되고 상기 도광판(320) 상에 다른 층들을 적층할 수 있게 된다.
한편, 상기 측면 발광다이오드(510)는 제1 반사층(511) 또는 제2 반사층(512)에 광출사구(513)를 포함할 수 있다. 상기 광출사구(513)는 상기 면광원의 광 균일도를 향상시키기 위해 형성하는 것으로, 복수의 상기 측면 발광다이오드(510)가 직하형으로 배치되어 면광원이 되면 상기 측면 발광다이오드(510)에서 빛이 방출되지 않는 상기 측면 발광다이오드(510)의 상부 또는 하부는 그 휘도가 다른 부분보다 상대적으로 낮아지게 되는데, 이러한 문제를 상기 측면 발광다이오드(510)의 상기 제1 반사층(511) 또는 제2 반사층(512)에 상기 광출사구(513)를 형성하여 어느 정도의 빛을 상부 또는 하부로 출사시킴으로써 해결할 수 있게 된다. 또한, 상기 광출사구(513)는 상기 제1 반사층(511) 또는 제2 반사층(512) 중 적어도 어느 하나의 반사층에 하나 이상의 오픈부를 형성하여 제공될 수 있고, 둘 이상의 오픈부를 형성하는 경우에는 서로 이격되게 형성할 수 있는데, 그 형태나 형성방법에 특별히 제한되지 않는다. 그리고 상기 광출사구(513)는 빛을 완전방출하는 것이 아니라 빛의 일부를 출사시키는 것으로서, 복수로 형성되는 상기 광출사구(513)의 총 넓이는 상기 측면 발광다이오드(510)의 상부면 또는 하부면(즉, 제1 반사층 또는 제2 반사층) 전체면적의 10% 정도가 바람직할 것이나, 여러 가지를 고려하여 상기 광출사구(513)의 총 넓이를 정할 수 있다. 이때 상기 광출사구(513)에서 방출되는 빛은 상기 측면 발광다이오드(510)의 측면에서 방출되는 빛에 비하여 상당히 적은 양이다.
또한, 상기 측면 발광다이오드(510)의 상기 제1 반사층(511) 또는 제2 반사층(312)에 상기 광출사구(513)가 형성되는 경우에는 상기 수용부(500)의 깊이는 상기 측면 발광다이오드(510)의 두께보다 반드시 커야하며, 상기 광출사구(513)가 형성되어 빛이 방출되는 상부면 또는 하부면 상에 상기 형광체(520)가 제공되어야 한다. 이때 상기 형광체(520)는 도포, 인쇄, 분사, 증착하는 방법 등으로 제공될 수 있고, 상술한 제공 방법으로 제공될 수도 있는데, 그 제공 방법에 특별한 제한이 있는 것은 아니다. 그리고 상기 도광판(320)의 상면(또는 하면)을 평탄하게 하는 것이 중요한데, 상기 도광판(120)의 상면(또는 하면)이 평탄하게 되면 상기 도광판(320) 상에 다른 층들을 쉽게 적층할 수 있게 된다.
상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 면광원(300)은 렌즈를 제거하여 현저하게 얇아진 측면 발광다이오드를 광원으로 사용함으로 상기 면광원 전체 두께의 대부분을 차지하는 도광판의 두께를 효과적으로 줄일 수 있고, 종래에는 상기 도광판의 두께로 인해 전체적인 상기 면광원(300)의 두께를 박형화하는데 한계를 나타내었지만 상기 도광판의 두께를 효과적으로 줄이므로 상기 면광원(300)의 두께를 얇게 할 수 있어서 플렉시블(flexible)한 면광원을 제작하는데에 이점이 있다. 자세히 살펴보면, 종래의 측면 발광다이오드는 발광다이오드칩의 높이에 비하여 매우 큰 높이를 갖는 렌즈를 반드시 필요로 하는 구조였기 때문에 측면 발광다이오드의 두께는 렌즈의 두께(약 1∼10㎜)에 따라 두꺼울 수 밖에 없었지만, 상기 측면 발광다이오드(400)는 발광다이오드칩의 상하부에 각각 반사층을 형성하여 빛을 발광다이오드칩의 측면으로 직접 방출하는 측면 발광다이오드칩 자체로서, 렌즈가 필요없기 때문에 측면 발광다이오드의 두께를 현저히 줄일 수 있고, 이에 따라 상기 도광판(120)의 두께도 측면 발광다이오드칩의 두께(약 100∼150㎛)까지 줄일 수 있다. 또한, 상기 면광원(300) 전체 두께의 대부분을 차지하는 상기 도광판(320)의 두께가 약 100∼150㎛까지 매우 얇아지므로 상기 면광원(300)의 전체 두께를 줄일 수 있어 플렉시블(flexible)한 면광원을 제작하는 것이 가능하게 된다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 면광원의 제조방법은 하부판에 전기적 배선을 형성하는 단계; 상기 전기적 배선에 복수의 측면 발광다이오드를 접속하는 단계; 및 도광판에 형성된 서로 이격된 복수의 수용부가 상기 복수의 측면 발광다이오드에 대응되도록 상기 도광판을 상기 하부판 상에 적층하는 단계를 포함한다.
상기 전기적 배선은 전도성 물질을 상기 하부판 상에 인쇄하여 형성할 수 있는데, 그 방법에 있어서 제한되지 않고 상기 하부판의 두께를 얇게 할 수 있으면 족하다. 그리고 상기 복수의 측면 발광다이오드는 상기 전기적 배선에 플립칩 본딩함으로 접속시킬 수 있는데, 측면 발광다이오드칩을 본딩하는 것만으로 전기적 접속이 가능하면 족하고 특별히 제한되는 것은 아니다.
또한, 상기 도광판과 상기 수용부에 수용된 측면 발광다이오드 사이에 형광체를 제공하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 형광체는 상기 측면 발광다이오드에서 방출되는 빛을 백색광으로 만들어주는 역할을 하며, 액상의 에폭시, 실리콘 등의 투명수지에 상기 형광체를 혼합한 다음 상기 도광판과 상기 수용부에 수용된 측면 발광다이오드 사이에 상기 형광체가 혼합된 투명수지를 충진함으로 제공될 수 있는데, 그 방법에 있어서 특별한 제한은 없다.
그리고 상기 복수의 측면 발광다이오드로부터 방출된 빛을 균일하게 방사하는 확산판을 상기 도광판 상에 적층하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 확산판은 PET나 PC 수지로 형성될 수 있고, 상기 확산판의 상부에 확산 역할을 하는 입자 코팅층이 형성되어 있을 수 있는데, 그 재료와 형태에 특별한 제한이 있는 것은 아니다.
상기 복수의 측면 발광다이오드는 n형 반도체층, 활성층 및 p형 반도체층을 포함하는 반도체 적층구조물; 상기 반도체 적층구조물의 상부와 하부에 각각 형성된 제1 반사층; 및 제 2 반사층을 포함할 수 있으며, 이때 상기 제1 반사층 또는 제2 반사층 중에서 적어도 하나의 반사층에 상기 반도체 적층구조물에서 발광된 빛을 외부로 방출하는 광출사구를 형성하는 단계를 더 포함할 수 있는데, 상기 반도체 적층구조물에서 발광된 빛 중 일부의 빛이 상기 광출사구로 방출되면 상기 측면 발광다이오드의 상부 또는 하부에서는 빛이 방출되지 않아 그 휘도가 다른 부분보다 상대적으로 낮았던 문제를 해결할 수 있다.
또한, 상기 광출사구가 형성된 반사층 상에 형광체를 제공하는 단계를 더 포함할 수 있는데, 상기 형광체로 인해 상기 광출사구로 나오는 소량의 빛까지도 백색광으로 변환시킬 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 면광원의 제조방법에서 이상의 설명 외에 면광원과 관련하여 앞서 설명된 부분들은 생략하였다.
상기 설명에서 사용한 “~ 상”의 의미는 위치에 관계없이 표면에 직접 접촉하는 경우와 직접 접촉하지는 않지만 위치상 상부(위쪽)에 위치하는 경우를 포함하고, 그 면적에 관계없이 위치상 위쪽에 있거나 표면에 직접 접촉해 있다는 의미로 사용하였다. 또한, “~ 상부(하부)”의 의미는 직접 접촉하는 경우와 직접 접촉하지는 않지만 상부(하부)에 위치하는 경우를 포함하며, 그 면적에 관계없이 높이가 더 높은 곳(낮은 곳)에 위치하면 족하고, 위치상 위쪽(아래쪽)에 있거나 상부면(하부면)에 직접 접촉해 있다는 의미로 사용하였다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 또한 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.

Claims (42)

  1. 서로 대향하는 제1 면 내지 제2 면을 갖는 기판;
    상기 기판의 제1 면 상에 위치하는 제1 반사층;
    n형 반도체층, 활성층, p형 반도체층을 포함하고, 상기 기판의 제2 면 상에 위치하는 반도체 적층 구조물; 및
    상기 반도체 적층 구조물 상에 위치하는 제2 반사층을 포함하는 측면 발광 다이오드.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 기판의 제1 면 내지 제2 면 중에서 적어도 어느 하나의 면 측에는 광추출 구조가 마련된 측면 발광 다이오드.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 기판의 제2 면 측에 마련된 광추출 구조는 상기 기판을 패터닝하여 형성한 돌출부 또는 오목부인 측면 발광 다이오드.
  4. 제2 항에 있어서,
    상기 기판의 제2 면 측에 마련된 광추출 구조는 상기 기판 상에 산화물층을 형성하고, 상기 산화물층을 패터닝하여 형성한 돌출부인 측면 발광 다이오드.
  5. 제2 항에 있어서,
    상기 기판의 제2 면 측에 마련된 광추출 구조는 상기 반도체 적층 구조물의 일부를 패터닝하여 형성한 오목부인 측면 발광 다이오드.
  6. 제2 항에 있어서,
    상기 기판의 제1 면 측에 마련된 광추출 구조는 상기 기판의 제1 면 내측으로 삽입되는 삽입체 또는 상기 기판의 제1 면으로부터 돌출되는 돌출부인 측면 발광 다이오드.
  7. 제2 항에 있어서,
    상기 기판의 내부에 형성된 광추출 구조를 더 포함하는 측면 발광 다이오드.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 반사층 또는 제2 반사층은 금속 반사층 또는 분산 브레그 반사층(DBR층)인 측면 발광 다이오드.
  9. 제1 항 내지 제8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반도체 적층 구조물의 측면 중 적어도 일부는 상기 기판에 수직인 방향에 대하여 경사진 측면 발광 다이오드.
  10. 기판의 하부면 상에 제1 반사층을 형성하는 단계;
    기판의 상부면 상에 n형 발도체층, 활성층, p형 반도체층을 포함하는 반도체 적층 구조물을 형성하는 단계; 및
    상기 반도체 적층 구조물 상에 제2 반사층를 형성하는 단계를 포함하는 측면 발광 다이오드 제조 방법.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 기판의 하부면 및 상부면 중에서 적어도 어느 하나의 면 측에는 광추출 구조를 형성하는 단계를 더 포함하는 측면 발광 다이오드 제조 방법.
  12. 제10 항에 있어서,
    상기 기판의 하부면을 패터닝하여 오목부를 형성하는 단계를 더 포함하고,
    상기 제1 반사층을 형성하는 과정 중에 상기 오목부를 채워서 상기 기판의 하부면 내측으로 삽입되는 삽입체인 광추출 구조를 형성하는 측면 발광 다이오드 제조 방법.
  13. 제10 항에 있어서,
    상기 기판의 상부면을 패터닝하여 돌출부 또는 오목부인 광추출 구조를 형성하는 단계를 더 포함하는 측면 발광 다이오드 제조 방법.
  14. 제10 항에 있어서,
    상기 기판의 상부면에 산화물층을 형성하는 단계; 및
    상기 산화물층을 패터닝하여 돌출부인 광추출 구조를 형성하는 단계를 더 포함하는 측면 발광 다이오드 제조 방법.
  15. 성장기판 상에 n형 발도체층, 활성층, p형 반도체층을 포함하는 반도체 적층 구조물을 형성하는 단계;
    상기 반도체 적층 구조물 상에 제2 반사층을 형성하는 단계;
    상기 제2 반사층 상에 지지기판을 형성하는 단계;
    상기 성장기판을 상기 반도체 적층 구조로부터 분리하는 단계; 및
    제1 면 상에 제1 반사층이 형성된 투명기판의 제2 면을 반도체 적층 구조물의 노출면에 접합하는 단계를 포함하는 측면 발광 다이오드 제조 방법.
  16. 제15 항에 있어서,
    상기 투명기판의 제1 면을 패터닝하여 오목부를 형성하는 단계; 및
    상기 오목부가 형성된 제1 면 상에 상기 제1 반사층을 형성하면서 상기 오목부를 채워 상기 기판의 하부면 내측으로 삽입되는 삽입체인 광추출 구조를 형성하는 단계를 더 포함하는 측면 발광 다이오드 제조 방법.
  17. 제15 항에 있어서,
    상기 투명기판의 제2 면을 패터닝하여 오목부를 형성하는 단계를 더 포함하는 측면 발광 다이오드 제조 방법.
  18. 제15 항에 있어서,
    상기 투명기판의 내부에 광추출 구조를 형성하는 단계를 더 포함하는 측면 발광 다이오드 제조 방법.
  19. 제15 항에 있어서,
    상기 반도체 적층 구조물을 형성하기 전에,
    상기 성장기판 상에 산화물층을 형성하는 단계; 및
    상기 산화물층을 패터닝하여 돌출부인 광추출 구조를 형성하는 단계를 더 포함하는 측면 발광 다이오드 제조 방법.
  20. 제15 항에 있어서,
    상기 성장기판을 상기 반도체 적층 구조물로부터 분리한 후에,
    상기 반도체 적층 구조물의 노출면을 패터닝하여 오목부를 형성하는 단계를 더 포함하는 측면 발광 다이오드 제조 방법.
  21. 제15 항 내지 제20 항 중에서 어느 한 항에 있어서,
    상기 지지기판을 제2 반사층으로부터 분리하는 단계를 더 포함하는 측면 발광 다이오드 제조 방법.
  22. 제10 항 내지 제20 항 중에서 어느 한 항에 있어서,
    상기 반도체 적층 구조물의 측면 중 적어도 일부를 상기 기판 또는 상기 성장기판의 수직 방향에 대하여 경사지도록 하는 단계를 더 포함하는 측면 발광 다이오드 제조 방법.
  23. 전기적 신호를 제공하는 배선이 형성된 하부판;
    상기 하부판 상에 제공되고, 서로 이격된 복수의 수용부가 형성된 도광판; 및
    상기 도광판에 형성된 복수의 수용부에 각각 수용되는 복수의 측면 발광다이오드를 포함하는 면광원.
  24. 제23 항에 있어서,
    상기 복수의 측면 발광다이오드로부터 방출된 빛을 균일하게 방사하는 확산판을 더 포함하는 면광원.
  25. 제23 항에 있어서,
    상기 하부판은 입사하는 빛을 상부로 반사하는 반사면을 포함하는 면광원.
  26. 제23 항에 있어서,
    상기 하부판은 투광성 재료로 형성되는 면광원.
  27. 제23 항에 있어서,
    상기 도광판은 상기 측면 발광다이오드와 두께가 같거나 두꺼운 면광원.
  28. 제23 항에 있어서,
    상기 도광판과 상기 수용부에 수용된 측면 발광다이오드 사이에 형광체가 제공되는 면광원.
  29. 제23 항에 있어서,
    상기 측면 발광다이오드는 n형 반도체층, 활성층 및 p형 반도체층을 포함하는 반도체 적층구조물을 포함하고,
    상기 반도체 적층구조물의 상부와 하부에 제1 반사층 및 제 2 반사층을 각각 형성하여 상기 활성층에서 발광된 빛이 상기 측면 발광다이오드의 측면을 통하여 방출되는 면광원.
  30. 제29 항에 있어서,
    상기 제1 반사층은 상기 반도체 적층구조물이 형성되는 기판의 일면에 형성되고,
    상기 제2 반사층은 상기 반도체 적층구조물 상에 형성되는 면광원.
  31. 제30 항에 있어서,
    상기 기판의 상부면 또는 하부면 중에서 적어도 어느 하나의 면 측에는 광추출 구조를 포함하는 면광원.
  32. 제29 항에 있어서,
    상기 제1 반사층 또는 제2 반사층 중에서 적어도 어느 하나의 반사층은 상기 활성층에서 발광된 빛을 외부로 방출하는 광출사구를 포함하는 면광원.
  33. 제32 항에 있어서,
    상기 광출사구를 포함하는 반사층 상에 형광체가 제공되는 면광원.
  34. 제23 항에 있어서,
    상기 하부판 및 도광판은 적층되고, 유연성을 갖는 면광원.
  35. 제23 항 내지 제34 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 면광원은 조명 장치 또는 백라이트 유닛(BLU)인 면광원.
  36. 하부판에 전기적 배선을 형성하는 단계;
    상기 전기적 배선에 복수의 측면 발광다이오드를 접속하는 단계; 및
    도광판에 형성된 서로 이격된 복수의 수용부가 상기 복수의 측면 발광다이오드에 대응되도록 상기 도광판을 상기 하부판 상에 적층하는 단계를 포함하는 면광원 제조방법.
  37. 제36 항에 있어서,
    상기 전기적 배선을 형성하는 단계는 전도성 물질을 상기 하부판 상에 인쇄하여 형성하는 것인 면광원 제조방법.
  38. 제36 항에 있어서,
    상기 복수의 측면 발광다이오드를 접속하는 단계는 상기 복수의 측면 발광다이오드를 플립칩 본딩하여 상기 전기적 배선에 접속하는 것인 면광원 제조방법.
  39. 제36 항에 있어서,
    상기 도광판과 상기 수용부에 수용된 측면 발광다이오드 사이에 형광체를 제공하는 단계를 더 포함하는 면광원 제조방법.
  40. 제36 항에 있어서,
    상기 복수의 측면 발광다이오드로부터 방출된 빛을 균일하게 방사하는 확산판을 상기 도광판 상에 적층하는 단계를 더 포함하는 면광원 제조방법.
  41. 제36 항에 있어서,
    상기 복수의 측면 발광다이오드는 n형 반도체층, 활성층 및 p형 반도체층을 포함하는 반도체 적층구조물; 상기 반도체 적층구조물의 상부와 하부에 각각 형성된 제1 반사층; 및 제 2 반사층을 포함하고,
    상기 제1 반사층 또는 제2 반사층 중에서 적어도 하나의 반사층에 상기 반도체 적층구조물에서 발광된 빛을 외부로 방출하는 광출사구를 형성하는 단계를 더 포함하는 면광원 제조방법.
  42. 제41 항에 있어서,
    상기 광출사구가 형성된 반사층 상에 형광체를 제공하는 단계를 더 포함하는 면광원 제조방법.
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