WO2016144135A1 - 발광소자, 발광소자 패키지, 및 이를 포함하는 조명시스템 - Google Patents

발광소자, 발광소자 패키지, 및 이를 포함하는 조명시스템 Download PDF

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WO2016144135A1
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layer
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light emitting
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강현오
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엘지이노텍 주식회사
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    • H01L33/647—Heat extraction or cooling elements the elements conducting electric current to or from the semiconductor body

Definitions

  • Embodiments relate to a light emitting device, a light emitting device package, and an illumination system including the same.
  • a light emitting diode is a pn junction diode in which electrical energy is converted into light energy.
  • the light emitting diode may be formed of compound semiconductors such as group III and group V on the periodic table, and various colors may be realized by adjusting the composition ratio of the compound semiconductor. This is possible.
  • the n-layer electrons and the p-layer holes combine to emit energy corresponding to the energy gap of the conduction band and the valence band, and the energy is emitted to the light. When it becomes a light emitting diode.
  • Nitride semiconductors are receiving great attention in the field of optical devices and high power electronic devices due to their high thermal stability and wide bandgap energy.
  • blue light emitting diodes, green light emitting diodes, and ultraviolet (UV) light emitting diodes using nitride semiconductors are commercially used and widely used.
  • carrier over-shooting may occur in the active layer in which the electrons of the n-layer and the holes of the p-layer are bonded, thereby affecting the internal quantum efficiency degradation.
  • Carrier over-shooting or carrier overflight means that the energy of electrons injected into the active layer is high and thus is not injected into the quantum well, thereby reducing internal quantum efficiency.
  • Embodiments provide a light emitting device, a light emitting device package, and an illumination system including a well structure having a new structure capable of capturing more carriers in an active layer to improve internal quantum efficiency.
  • the light emitting device includes a substrate, a light emitting structure including a first conductive semiconductor layer on the substrate, an active layer on the first conductive semiconductor layer, and a second conductive semiconductor layer on the active layer.
  • the active layer may include at least one quantum well layer and at least one quantum wall layer, and each of the quantum well layers may include a plurality of well layers having different composition ratios of indium, thereby improving internal quantum efficiency.
  • the light emitting device includes a substrate, a light emitting structure including a first conductive semiconductor layer on the substrate, an active layer on the first conductive semiconductor layer, and a second conductive semiconductor layer on the active layer.
  • the active layer may include at least one well layer and at least one barrier layer
  • the well layer may include a first well layer, a second well layer, and a third well layer having different composition ratios of indium.
  • the width of the layer may be 3.0 nm or more and 3.5 nm or less
  • the width of the barrier layer may be 4.5 nm or more and 5.5 nm or less
  • the width of the first well layer may be 0.6 nm or more and 0.7 nm or less.
  • Embodiments have the effect of capturing more carriers in the active layer to improve internal quantum efficiency.
  • the embodiment includes a plurality of well layers having different indium composition ratios in the active layer, thereby minimizing carrier over-shooting.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a light emitting device according to an embodiment.
  • FIG. 2 is an energy band diagram of an active layer in the light emitting device of FIG. 1.
  • FIG 3 is an energy band diagram of an active layer according to another embodiment.
  • FIG 4 is an energy band diagram of an active layer according to another embodiment.
  • 5 is a graph showing the light emission intensity of the light emitting device according to the embodiment.
  • FIG. 6 is a graph showing the lifespan of a light emitting device according to the embodiment.
  • FIG. 7 is a graph showing the recombination rate of the light emitting device according to the embodiment.
  • FIG. 8 is a graph showing the internal quantum efficiency of the light emitting device according to the embodiment.
  • FIG. 9 is a graph showing the brightness of the light emitting device according to the embodiment.
  • FIG. 10 is a histogram of luminance data and density of a light emitting device according to the embodiment.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view of a light emitting device package according to the embodiment.
  • FIGS. 12 and 13 are exploded perspective views showing embodiments of a lighting system including a light emitting device according to the embodiment.
  • each layer, region, pattern, or structure is “on / over” or “under” the substrate, each layer, layer, pad, or pattern.
  • “on / over” and “under” include both “directly” or “indirectly” formed. do.
  • the criteria for the above / above or below of each layer will be described based on the drawings.
  • each layer is exaggerated, omitted, or schematically illustrated for convenience and clarity of description.
  • the size of each component does not necessarily reflect the actual size.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a light emitting device according to an embodiment
  • FIG. 2 is an energy band diagram of an active layer in the light emitting device of FIG. 1.
  • the light emitting device may include a substrate 105, a first conductive semiconductor layer 112 on the substrate 105, and an active layer (1) on the first conductive semiconductor layer 112. 114, a light emitting structure 110 including a second conductive semiconductor layer 116 on the active layer 114, a first electrode 120 on a portion of the first conductive semiconductor layer 112, and a first electrode 120.
  • the second electrode 130 may be included on the two conductive semiconductor layer.
  • the active layer 114 may be disposed on the first conductive semiconductor layer 112, and may form an electron (or hole) and a second conductive semiconductor layer 116 injected through the first conductive semiconductor layer 112. Holes (or electrons) injected through each other meet each other and emit light due to a band gap difference of an energy band according to a material forming the active layer 114.
  • the active layer 114 may be formed of any one of a single well structure, a multiple well structure, a quantum dot structure, or a quantum line structure, but is not limited thereto.
  • the well layer / barrier layer of the active layer 114 may be formed of any one or more pair structures of InGaN / GaN, InGaN / InGaN, GaN / AlGaN, InAlGaN / GaN, GaAs (InGaAs) / AlGaAs, GaP (InGaP) / AlGaP.
  • the well layer may be formed of a material having a lower band gap than the band gap of the barrier layer.
  • the active layer 114 may include a quantum well layer 114w on the first quantum wall layer 114b1 and the first quantum wall layer 114b1, and a second quantum wall layer 114b2 on the quantum well layer 114w. .
  • the quantum well layer 114w includes the second well layer 114w2 on the first well layer 114w1 and the first well layer having different indium compositions, and the third well layer 114w3 on the second well layer 114w2.
  • the fourth well layer 114w4 may be disposed on the third well layer 114w3 and the fifth well layer 114w5 may be disposed on the fourth well layer 114w4.
  • the quantum well layer 114w may include a first protrusion part sp1 between the first well layer 114w1 and the second well layer 114w2, and the second well layer 114w2 and the third well layer 114w3.
  • the electrons moving from the first quantum wall layer 114b1 to the second quantum wall layer 114b2 include a plurality of well layers and a plurality of protrusions having different indium composition ratios. ), Energy can be reduced, and carrier overshooting through the well layer 114w can be prevented.
  • the well layer 114w may reduce the energy of electrons by disposing a plurality of protrusions.
  • the first well layer 114w1 is In x Ga 1-x N (where 0 ⁇ x ⁇ 1) and the second well layer is In y Ga 1-y N (where 0 ⁇ y ⁇ 1 ) And when the third well layer is In z Ga 1-z N (where 0 ⁇ z ⁇ 1), the indium composition ratio x of the first well layer 114w1 is the indium composition ratio y of the second well layer 114w2.
  • the indium composition ratio y of the second well layer 114w2 may be smaller than the indium composition ratio z of the third well layer 114w3.
  • the composition ratio x of indium in the center of the first well layer 114w1 may be 0.06 or more and 0.065 or less, and the composition ratio y of indium in the center of the second well layer 114w2 is 0.12 or more and 0.13 or less, and the third well layer ( 114w3)
  • the composition ratio z of the indium at the center may be 0.17 or more and 0.19 or less, but is not limited thereto.
  • composition ratio x of the indium at the center of the first well layer 114w1 is less than 0.06 or more than 0.065
  • composition ratio y of the indium at the center of the second well layer 114w2 is less than 0.12 or more than 0.13
  • the third When the composition ratio z of indium at the center of the well layer 114w3 is less than 0.17 and more than 0.19, a decrease in brightness may occur.
  • the first protrusion sp1 may be In q Ga 1-q N (where 0 ⁇ q ⁇ 1), and the indium composition ratio q of the first protrusion sp1 may be 0.03 or more and 0.05 or less, and the second protrusions (sp2) is In w Ga 1-w N (where 0 ⁇ w ⁇ 1), and the indium composition ratio w of the second protrusion sp2 may be 0.09 or more and 0.11 or less, but is not limited thereto.
  • the operating voltage may increase, and the indium composition ratio q of the first protrusion sp1 may be If it is more than 0.05 and the indium composition ratio w of the second protrusion sp2 is greater than 0.11, the carrier trap efficiency may be lowered.
  • the first projection sp1 and the fourth projection sp4 may have the same indium composition ratio and the band gap energy
  • the second projection sp2 and the third projection sp3 may have the same indium composition ratio and the band gap energy.
  • the present invention is not limited thereto.
  • the bandgap energy of the first well layer 114w1 is greater than the bandgap energy of the second well layer 114w2, and the bandgap energy of the second well layer 114w2 is greater than the bandgap energy of the third well layer 114w3. Can be large.
  • the indium composition ratio and the band gap energy may be the same, and in the center of the second well layer 114w2 and the fourth well layer 114w4, The indium composition ratio and the band gap energy may be the same but are not limited thereto.
  • the energy level difference H3 at the center of the first barrier layer 114b1 and the second well layer 114w2 is higher than the energy level difference H1 at the center of the first barrier layer 114b1 and the first well layer 114w1.
  • the energy level difference H5 at the center of the first barrier layer 114b1 and the third well layer 114w3 is higher than the energy level difference H3 at the center of the first barrier layer 114b1 and the second well layer 114w2.
  • the energy level difference H3 between the centers of the first barrier layer 114b1 and the second well layer 114w2 is greater than the energy level difference H1 between the centers of the first barrier layer 114b1 and the first well layer 114w1.
  • the energy level difference H5 between the centers of the first barrier layer 114b1 and the third well layer 114w3 is greater than the energy level difference H3 between the centers of the first barrier layer 114b1 and the second well layer 114w2. It is possible to increase the carrier trap efficiency by forming a well layer in a stepped shape.
  • the energy level difference H1 at the center of the first barrier layer 114b1 and the first well layer 114w1 is the energy level difference H2 between the first barrier layer 114b1 and the first protrusion sp1.
  • the energy level difference H3 between the centers of the first barrier layer 114b1 and the second well layer 114w2 is greater than the energy level difference H4 between the first barrier layer 114b1 and the second protrusion sp2.
  • the energy level difference H1 between the centers of the first barrier layer 114b1 and the first well layer 114w1 is greater than the energy level difference H2 between the first barrier layer 114b1 and the first protrusion sp1.
  • the energy level difference H3 between the centers of the first barrier layer 114b1 and the second well layer 114w2 is greater than the energy level difference H4 between the first barrier layer 114b1 and the second protrusion part sp2.
  • the carrier trap efficiency may be increased by reducing energy of electrons passing through the protrusion sp1 and the second protrusion sp2.
  • the width of the well layer 114w may be 3.0 nm or more and 3.5 nm or less
  • the width of the first barrier layer 114b1 may be 4.5 nm or more and 5.5 nm or less
  • the width of the first well layer 114w1 may be 0.6 nm or more but 0.7 nm or less, but is not limited thereto.
  • the substrate 105 may be formed of a material having excellent thermal conductivity, and may be a conductive substrate or an insulating substrate.
  • the substrate 105 may use at least one of sapphire (Al 2 O 3 ), SiC, Si, GaAs, GaN, ZnO, GaP, InP, Ge, and Ga 2 0 3 .
  • An uneven structure may be formed on the substrate 105, and the cross-section of the uneven structure may be circular, elliptical, or polygonal, but is not limited thereto.
  • a buffer layer (not shown) may be formed on the substrate 105.
  • the buffer layer can mitigate lattice mismatch between the material of the light emitting structure to be formed later and the substrate 105, and the material of the buffer layer is a Group III-V compound semiconductor such as GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN. It may be formed of at least one of.
  • the first conductive semiconductor layer 112 may be disposed on the substrate 105.
  • the first conductive semiconductor layer 112 is formed of a group III-V group compound semiconductor doped with a first conductive dopant, and the first conductive semiconductor layer 112 is formed of In x Al y Ga 1-xy N (0). ⁇ x ⁇ 1, 0 ⁇ y ⁇ 1, 0 ⁇ x + y ⁇ 1).
  • the first conductive semiconductor layer 112 has a stacked structure of layers including at least one of compound semiconductors such as, for example, GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP, AlGaInP.
  • the first conductive semiconductor layer 112 is an n-type semiconductor layer, and the first conductive dopant is an n-type dopant and includes Si, Ge, Sn, Se, and Te.
  • An electrode may be further disposed on the first conductive semiconductor layer 112.
  • the second conductive semiconductor layer 116 is a semiconductor doped with a second conductive dopant, for example, In x Al y Ga 1-xy N (0 ⁇ x ⁇ 1, 0 ⁇ y ⁇ 1, 0 ⁇ x + y ⁇ 1
  • the composition formula of) is included.
  • the second conductive semiconductor layer 116 may be formed of any one of compound semiconductors such as GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP, and AlGaInP.
  • the second conductive semiconductor layer 116 is a p-type semiconductor layer, and the second conductive dopant is a p-type dopant and may include Mg, Zn, Ca, Sr, and Ba.
  • the second conductive semiconductor layer 116 may include a superlattice structure, and the superlattice structure may include an InGaN / GaN superlattice structure or an AlGaN / GaN superlattice structure.
  • the superlattice structure of the second conductive semiconductor layer 116 may abnormally diffuse the current included in the voltage to protect the active layer.
  • the first electrode 120 may be disposed on the first conductive semiconductor layer 112.
  • the first electrode 112 is made of Cr, V, W, Ti, Zn, Ni, Cu, Al, Au, Mo, Ti / Au / Ti / Pt / Au, Ni / Au / Ti / Pt / Au, Cr / Al It may include at least any one selected from / Ni / Cu / Ni / Au.
  • the second electrode 130 may be disposed on the second conductive semiconductor layer 116 and may be connected to an external power source to provide power to the light emitting structure 110.
  • the second electrode 130 is Cr, V, W, Ti, Zn, Ni, Cu, Al, Au, Mo, Ti / Au / Ti / Pt / Au, Ni / Au / Ti / Pt / Au, Cr / Al It may include at least any one selected from / Ni / Cu / Ni / Au.
  • FIG 3 is an energy band diagram of an active layer according to another embodiment.
  • the active layer 114a may include a first protrusion sp1a and a second protrusion sp2a.
  • the indium composition ratio and the band gap energy of the first protrusion sp1a and the second protrusion sp2a may be the same, but the present invention is not limited thereto.
  • the active layer 114b has a first protrusion part sp1b, a second protrusion part sp2b, and a third protrusion part. (sp3b), the fourth protrusion sp4b, the fifth protrusion sp5b, and the sixth protrusion sp6b, and the indium composition ratio and the band gap energy of the first protrusion sp1b and the sixth protrusion sp6b.
  • the indium composition ratio and the band gap energy of the second projection sp2b and the fifth projection sp5b may be the same, and the indium composition ratio and the band of the third projection sp3b and the fourth projection sp4b.
  • the gap energy may be the same, but is not limited thereto.
  • the electrons moving through the quantum wall layer may be reduced in energy by a well layer including a plurality of well layers and a plurality of protrusions having different indium composition ratios, thereby preventing carrier overshooting.
  • FIG 4 is an energy band diagram of an active layer according to another embodiment.
  • the active layer 114c may have a straight shape instead of the curve shape of the embodiment of FIG. 2.
  • the active layer 114c may include a first protrusion sp1c, a second protrusion sp2c, a third protrusion sp3c, and a fourth protrusion sp4c, and the first protrusion sp1c and the fourth protrusion sp4c.
  • the second and third projections sp2c and sp3c may have the same indium composition ratio and bandgap energy, but are not limited thereto.
  • the active layer 114d may have a stair shape instead of the curve shape of the embodiment of FIG. 2.
  • the active layer 114d may include a first protrusion sp1d, a second protrusion sp2d, a third protrusion sp3d, and a fourth protrusion sp4d, and the first protrusion sp1d and the fourth protrusion sp4d.
  • the second projection sp2d and the third projection sp3d may have the same indium composition ratio and bandgap energy, but are not limited thereto.
  • the electrons moving through the quantum wall layer may be reduced in energy by a well layer including a plurality of well layers and a plurality of protrusions having different indium composition ratios, thereby preventing carrier overshooting.
  • 5 is a graph showing the light emission intensity of the light emitting device according to the embodiment.
  • R is a graph showing the light emission intensity with respect to the energy of the light emitting device according to the prior art
  • E is a graph showing the light emission intensity with respect to the energy of the light emitting device according to the embodiment.
  • the light emitting device has an energy of 3 eV, compared to the prior art, when 5.0E 14 (1) at 2.0E 14 (1 / (cm 2 seV)) It can be seen that the light emission intensity increases with / (cm 2 seV)).
  • FIG. 6 is a graph showing the lifespan of a light emitting device according to the embodiment.
  • FIG. 6 (a) is a graph showing the life of the light emitting device in the prior art
  • Figure 4 (b) is a graph showing the life of the light emitting device according to the embodiment.
  • the light emitting device according to the embodiment including the well layer having the new structure proposed by the present invention is 1E- 5 (s) to 1E- 4 (s) in comparison with the prior art. s) shows an increase in lifetime.
  • FIG. 7 is a graph showing the recombination rate of the light emitting device according to the embodiment.
  • Figure 7 (a) is a graph showing the recombination rate of the light emitting device in the prior art
  • Figure 7 (b) is a graph showing the recombination rate of the light emitting device according to the embodiment.
  • the light emitting device according to the embodiment including the well layer having the new structure proposed by the present invention is 1E 19 (cm ⁇ 3 s ⁇ 1 ) in comparison with the prior art. It can be seen that the recombination rate increases with 1E 21 (cm ⁇ 3 s ⁇ 1 ).
  • FIG. 8 is a graph showing the internal quantum efficiency of the light emitting device according to the embodiment.
  • R is a graph showing the internal quantum efficiency of the light emitting device according to the prior art
  • E is a graph showing the internal quantum efficiency of the light emitting device according to the embodiment.
  • the light emitting device including the well structure of the novel structure proposed in the present invention has an internal quantum efficiency of 54% at a current density of 70 (A / Cm 2 ) compared with the conventional art, and the interior of the prior art. Quantum efficiency is 46%, an increase of 8%.
  • FIG. 9 is a graph showing the brightness of the light emitting device according to the embodiment.
  • the light emitting device according to the embodiment is a light emitting region, for example, in the wavelength range of 436nm to 446nm It can be seen that the intensity (let) is higher than in the prior art.
  • FIG. 10 is a histogram of luminance data and density of a light emitting device according to the embodiment.
  • R is a histogram obtained by converting a density of light intensity of a light emitting device according to the prior art into a normal distribution
  • E is a result of converting density of light intensity of the light emitting device according to the embodiment into a normal distribution. Histogram.
  • the light emitting device including the well structure of the novel structure proposed in the present invention, it can be seen that the brightness and density increase compared to the prior art.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view of a light emitting device package according to the embodiment.
  • the light emitting device package according to the present invention may be equipped with a light emitting device having a structure as described above.
  • the light emitting device package 200 is disposed on the package body 205, the third electrode layer 213 and the fourth electrode 214 disposed on the package body 205, and the package body 205.
  • the light emitting device 100 is electrically connected to the third electrode layer 213 and the fourth electrode layer 214, and the molding member 230 surrounding the light emitting device 100 is included.
  • the package body 205 may include a silicon material, a synthetic resin material, or a metal material, and an inclined surface may be formed around the light emitting device 100.
  • the third electrode layer 213 and the fourth electrode layer 214 are electrically separated from each other, and serve to supply power to the light emitting device 100.
  • the third electrode layer 213 and the fourth electrode layer 214 may serve to increase light efficiency by reflecting the light generated from the light emitting device 100, and externally generate heat generated from the light emitting device 100. May also act as a drain.
  • the light emitting device 100 may be disposed on the package body 205 or disposed on the third electrode layer 213 or the fourth electrode layer 214.
  • the light emitting device 100 may be electrically connected to the third electrode layer 213 and / or the fourth electrode layer 214 by any one of a wire method, a flip chip method, or a die bonding method.
  • the light emitting device 100 is electrically connected to the third electrode layer 213 and the fourth electrode layer 214 through wires, respectively, but is not limited thereto.
  • the molding member 230 may surround the light emitting device 100 to protect the light emitting device 100.
  • the molding member 230 may include a phosphor 232 to change the wavelength of the light emitted from the light emitting device 100.
  • FIGS. 12 and 13 are exploded perspective views showing embodiments of a lighting system including a light emitting device according to the embodiment.
  • the lighting apparatus includes a cover 2100, a light source module 2200, a heat radiator 2400, a power supply 2600, an inner case 2700, and a socket 2800. It may include. In addition, the lighting apparatus according to the embodiment may further include any one or more of the member 2300 and the holder 2500.
  • the light source module 2200 may include a light emitting device 100 or a light emitting device package 200 according to the present invention.
  • the cover 2100 may have a bulb or hemisphere shape, and may be provided in a hollow shape and an open portion of the cover 2100.
  • the cover 2100 may be optically coupled to the light source module 2200.
  • the cover 2100 may diffuse, scatter, or excite light provided from the light source module 2200.
  • the cover 2100 may be a kind of optical member.
  • the cover 2100 may be combined with the heat sink 2400.
  • the cover 2100 may have a coupling portion coupled to the heat sink 2400.
  • the inner surface of the cover 2100 may be coated with a milky paint.
  • the milky paint may include a diffuser to diffuse light.
  • the surface roughness of the inner surface of the cover 2100 may be greater than the surface roughness of the outer surface of the cover 2100. This is for the light from the light source module 2200 to be sufficiently scattered and diffused and emitted to the outside.
  • the material of the cover 2100 may be glass, plastic, polypropylene (PP), polyethylene (PE), polycarbonate (PC), or the like.
  • polycarbonate is excellent in light resistance, heat resistance, and strength.
  • the cover 2100 may be transparent so that the light source module 2200 is visible from the outside, and may be opaque.
  • the cover 2100 may be formed through blow molding.
  • the light source module 2200 may be disposed on one surface of the heat sink 2400. Thus, heat from the light source module 2200 is conducted to the heat sink 2400.
  • the light source module 2200 may include a light source unit 2210, a connection plate 2230, and a connector 2250.
  • the member 2300 is disposed on an upper surface of the heat dissipator 2400 and has a plurality of light source parts 2210 and guide grooves 2310 into which the connector 2250 is inserted.
  • the guide groove 2310 corresponds to the board of the light source unit 2210 and the connector 2250.
  • the surface of the member 2300 may be coated or coated with a light reflecting material.
  • the surface of the member 2300 may be coated or coated with a white paint.
  • the member 2300 is reflected on the inner surface of the cover 2100 to reflect the light returned to the light source module 2200 side again toward the cover 2100. Therefore, it is possible to improve the light efficiency of the lighting apparatus according to the embodiment.
  • Member 2300 may be made of an insulating material, for example.
  • the connection plate 2230 of the light source module 2200 may include an electrically conductive material. Thus, electrical contact may be made between the radiator 2400 and the connection plate 2230.
  • the member 2300 may be made of an insulating material to block an electrical short between the connection plate 2230 and the heat sink 2400.
  • the radiator 2400 receives heat from the light source module 2200 and heat from the power supply unit 2600 to radiate heat.
  • the holder 2500 blocks the accommodating groove 2719 of the insulating portion 2710 of the inner case 2700. Therefore, the power supply unit 2600 accommodated in the insulating unit 2710 of the inner case 2700 is sealed.
  • Holder 2500 has guide protrusion 2510.
  • the guide protrusion 2510 has a hole through which the protrusion 2610 of the power supply 2600 passes.
  • the power supply unit 2600 processes or converts an electrical signal provided from the outside to provide the light source module 2200.
  • the power supply unit 2600 is accommodated in the accommodating groove 2725 of the inner case 2700, and is sealed in the inner case 2700 by the holder 2500.
  • the power supply 2600 may include a protrusion 2610, a guide 2630, a base 2650, and an extension 2670.
  • the guide part 2630 has a shape protruding outward from one side of the base 2650.
  • the guide part 2630 may be inserted into the holder 2500.
  • a plurality of parts may be disposed on one surface of the base 2650.
  • the plurality of components may include, for example, a DC converter for converting AC power provided from an external power source into DC power, a driving chip for controlling driving of the light source module 2200, and an ESD (ElectroStatic) to protect the light source module 2200. discharge) protection elements and the like, but is not limited thereto.
  • the extension part 2670 has a shape protruding outward from the other side of the base 2650.
  • the extension part 2670 is inserted into the connection part 2750 of the inner case 2700 and receives an electrical signal from the outside.
  • the extension part 2670 may be provided to be equal to or smaller than the width of the connection part 2750 of the inner case 2700.
  • Each end of the "+ wire” and the “-wire” may be electrically connected to the extension 2670, and the other end of the "+ wire” and the "-wire” may be electrically connected to the socket 2800.
  • the inner case 2700 may include a molding unit together with a power supply unit 2600 therein.
  • the molding part is a part in which the molding liquid is hardened, so that the power supply part 2600 can be fixed inside the inner case 2700.
  • the lighting apparatus includes a cover 3100, a light source unit 3200, a radiator 3300, a circuit unit 3400, an inner case 3500, and a socket 3600. can do.
  • the light source unit 3200 may include a light emitting device or a light emitting device package according to the embodiment.
  • the cover 3100 has a bulb shape and is hollow. Cover 3100 has opening 3110. The light source 3200 and the member 3350 may be inserted through the opening 3110.
  • the cover 3100 may be coupled to the heat sink 3300 and may surround the light source unit 3200 and the member 3350. By combining the cover 3100 and the radiator 3300, the light source 3200 and the member 3350 may be blocked from the outside.
  • the cover 3100 and the radiator 3300 may be coupled to each other through an adhesive or may be coupled in various ways such as a rotation coupling method and a hook coupling method.
  • the rotation coupling method is a method in which the screw line of the cover 3100 is coupled to the screw groove of the heat sink 3300, and the cover 3100 and the heat sink 3300 are coupled by the rotation of the cover 3100, and the hook coupling is performed.
  • the method is a method in which the jaw of the cover 3100 is fitted into the groove of the heat sink 3300 and the cover 3100 and the heat sink 3300 are coupled to each other.
  • the cover 3100 is optically coupled to the light source 3200.
  • the cover 3100 may diffuse, scatter, or excite light from the light emitting device 3230 of the light source unit 3200.
  • the cover 3100 may be a kind of optical member.
  • the cover 3100 may have a phosphor on the inside / outside or inside to excite the light from the light source unit 3200.
  • the inner surface of the cover 3100 may be coated with a milky paint.
  • the milky white paint may include a diffusion material for diffusing light.
  • the surface roughness of the inner surface of the cover 3100 may be greater than the surface roughness of the outer surface of the cover 3100. This is to sufficiently scatter and diffuse the light from the light source unit 3200.
  • the material of the cover 3100 may be glass, plastic, polypropylene (PP), polyethylene (PE), polycarbonate (PC), or the like.
  • polycarbonate is excellent in light resistance, heat resistance, and strength.
  • the cover 3100 may be a transparent material through which the light source unit 3200 and the member 3350 may be seen from the outside, or may be an invisible opaque material.
  • the cover 3100 may be formed through blow molding, for example.
  • the light source 3200 may be disposed on the member 3350 of the heat radiator 3300 and may be disposed in plural.
  • the light source unit 3200 may be disposed on one or more side surfaces of the plurality of side surfaces of the member 3350.
  • the light source unit 3200 may be disposed at an upper end side of the side of the member 3350.
  • the light source 3200 may be disposed at three side surfaces of the six side surfaces of the member 3350. However, the present invention is not limited thereto, and the light source unit 3200 may be disposed on all sides of the member 3350.
  • the light source 3200 may include a substrate 3210 and a light emitting device 3230.
  • the light emitting device 3230 may be disposed on one surface of the substrate 3210.
  • the substrate 3210 has a rectangular plate shape, but is not limited thereto and may have various shapes.
  • the substrate 3210 may have a circular or polygonal plate shape.
  • the substrate 3210 may be a circuit pattern printed on an insulator, and for example, a general printed circuit board (PCB), a metal core PCB, a flexible PCB, a ceramic PCB, or the like may be used. It may include.
  • PCB general printed circuit board
  • COB Chips On Board
  • the substrate 3210 may be formed of a material that efficiently reflects light, or may be formed of a color that reflects light efficiently, for example, white, silver, or the like.
  • the substrate 3210 may be electrically connected to the circuit unit 3400 accommodated in the heat sink 3300.
  • the substrate 3210 and the circuit unit 3400 may be connected by, for example, a wire.
  • the wire may pass through the radiator 3300 to connect the substrate 3210 and the circuit unit 3400.
  • the light emitting device 3230 may be a light emitting diode chip emitting red, green, or blue light or a light emitting diode chip emitting UV.
  • the LED chip may be a horizontal type or a vertical type, and the LED chip may emit blue, red, yellow, or green. Can be.
  • the light emitting device 3230 may have a phosphor.
  • the phosphor may be one or more of a Garnet-based (YAG, TAG), a silicate (Silicate), a nitride (Nitride) and an oxynitride (oxyxyride).
  • the phosphor may be one or more of a yellow phosphor, a green phosphor, and a red phosphor.
  • the radiator 3300 may be combined with the cover 3100 to radiate heat from the light source unit 3200.
  • the heat sink 3300 has a predetermined volume and includes an upper surface 3310 and a side surface 3330.
  • the member 3350 may be disposed on the top surface 3310 of the heat sink 3300.
  • the top surface 3310 of the heat sink 3300 may be coupled to the cover 3100.
  • the top surface 3310 of the heat sink 3300 may have a shape corresponding to the opening 3110 of the cover 3100.
  • a plurality of heat sink fins 3370 may be disposed on the side surface 3330 of the heat sink 3300.
  • the heat dissipation fins 3370 may extend outwardly from the side surface 3330 of the heat sink 3300 or may be connected to the side surface 3330.
  • the heat dissipation fins 3370 may improve heat dissipation efficiency by widening a heat dissipation area of the heat dissipation body 3300.
  • the side surface 3330 may not include the heat dissipation fins 3370.
  • the member 3350 may be disposed on the top surface 3310 of the heat sink 3300.
  • the member 3350 may be integrated with the top surface 3310 or may be coupled to the top surface 3310.
  • Member 3350 may be a polygonal pillar.
  • the member 3350 may be a hexagonal pillar.
  • the member 3350 of the hexagonal column has a top side and a bottom side and six sides.
  • the member 3350 may be a circular pillar or an elliptical pillar as well as a polygonal pillar.
  • the substrate 3210 of the light source 3200 may be a flexible substrate.
  • the light source unit 3200 may be disposed on six side surfaces of the member 3350.
  • the light source unit 3200 may be disposed on all six sides, or the light source unit 3200 may be disposed on some of the six sides. In FIG. 11, the light source unit 3200 is disposed on three side surfaces of the six side surfaces.
  • the substrate 3210 is disposed on the side surface of the member 3350.
  • the side surface of the member 3350 may be substantially perpendicular to the top surface 3310 of the heat sink 3300. Accordingly, the substrate 3210 and the top surface 3310 of the heat sink 3300 may be substantially perpendicular to each other.
  • the material of the member 3350 may be a material having thermal conductivity. This is to quickly receive the heat generated from the light source unit 3200.
  • the material of the member 3350 may be, for example, aluminum (Al), nickel (Ni), copper (Cu), magnesium (Mg), silver (Ag), tin (Sn), or an alloy of the metals.
  • the member 3350 may be formed of a thermally conductive plastic having thermal conductivity. Thermally conductive plastics are lighter than metals and have the advantage of having unidirectional thermal conductivity.
  • the circuit unit 3400 receives power from the outside and converts the received power to match the light source unit 3200.
  • the circuit unit 3400 supplies the converted power to the light source unit 3200.
  • the circuit unit 3400 may be disposed on the heat sink 3300.
  • the circuit unit 3400 may be accommodated in the inner case 3500 and may be accommodated in the heat sink 3300 together with the inner case 3500.
  • the circuit unit 3400 may include a circuit board 3410 and a plurality of components 3430 mounted on the circuit board 3410.
  • the circuit board 3410 has a circular plate shape, but is not limited thereto and may have various shapes.
  • the circuit board 3410 may be an oval or polygonal plate shape.
  • the circuit board 3410 may have a circuit pattern printed on an insulator.
  • the circuit board 3410 is electrically connected to the substrate 3210 of the light source unit 3200.
  • the electrical connection between the circuit board 3410 and the substrate 3210 may be connected via a wire, for example.
  • the wire may be disposed in the heat sink 3300 to connect the circuit board 3410 and the board 3210.
  • the plurality of components 3430 may include, for example, a DC converter for converting AC power provided from an external power source into DC power, a driving chip for controlling the driving of the light source unit 3200, and an ESD for protecting the light source unit 3200. Electrostatic discharge) protection element and the like.
  • the inner case 3500 houses the circuit unit 3400 therein.
  • the inner case 3500 may have an accommodating part 3510 for accommodating the circuit part 3400.
  • the accommodating part 3510 may have, for example, a cylindrical shape.
  • the shape of the accommodating part 3510 may vary according to the shape of the heat sink 3300.
  • the inner case 3500 may be accommodated in the heat sink 3300.
  • the accommodating part 3510 of the inner case 3500 may be accommodated in the accommodating part formed on the lower surface of the heat sink 3300.
  • the inner case 3500 may be coupled to the socket 3600.
  • the inner case 3500 may have a connection portion 3530 that couples with the socket 3600.
  • the connection part 3530 may have a thread structure corresponding to the screw groove structure of the socket 3600.
  • the inner case 3500 is a nonconductor. Thus, an electrical short between the circuit portion 3400 and the heat sink 3300 is prevented.
  • the inner case 3500 may be formed of a plastic or resin material.
  • the socket 3600 may be coupled to the inner case 3500.
  • the socket 3600 may be coupled to the connection part 3530 of the inner case 3500.
  • the socket 3600 may have a structure such as a conventional conventional incandescent bulb.
  • the circuit unit 3400 and the socket 3600 are electrically connected to each other.
  • the electrical connection between the circuit unit 3400 and the socket 3600 may be connected through a wire. Therefore, when external power is applied to the socket 3600, the external power may be transmitted to the circuit unit 3400.
  • the socket 3600 may have a screw groove structure corresponding to the screw structure of the connector 3550.

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Abstract

실시예에 따른 발광소자는 기판과, 상기 기판 상에 제1도전형 반도체층, 상기 제1도전형 반도체층 상에 활성층, 상기 활성층 상에 제2도전형 반도체층을 포함하는 발광구조물을 포함하고, 상기 활성층은, 적어도 하나의 양자우물층과 적어도 하나의 양자벽층을 포함하고, 상기 양자우물층 각각은 인듐의 조성비가 서로 다른 복수의 우물층을 포함하여 내부 양자 효율을 개선할 수 있다.

Description

발광소자, 발광소자 패키지, 및 이를 포함하는 조명시스템
실시예는 발광소자, 발광소자 패키지, 및 이를 포함하는 조명시스템에 관한 것이다.
발광 다이오드(light emitting diode)는 전기에너지가 빛에너지로 변환되는 특성의 p-n 접합 다이오드로서, 주기율표상에서 Ⅲ족과 Ⅴ족 등의 화합물 반도체로 생성될 수 있고, 화합물 반도체의 조성비를 조절함으로써 다양한 색상구현이 가능하다.
발광 다이오드는 순방향전압 인가 시 n층의 전자와 p층의 정공이 결합하여 전도대(conduction band)와 가전대(valance band)의 에너지 갭에 해당하는 만큼의 에너지를 발산하고, 상기 에너지가 빛으로 발산되면 발광 다이오드가 된다.
질화물 반도체는 높은 열적 안정성과 폭넓은 밴드갭 에너지에 의해 광소자 및 고출력 전자소자 개발 분야에서 큰 관심을 받고 있다. 특히, 질화물 반도체를 이용한 청색(blue) 발광 다이오드, 녹색(green) 발광 다이오드, 및 자외선(UV) 발광 다이오드는 상용화되어 널리 사용되고 있다.
한편, n층의 전자와 p층의 정공이 결합하는 활성층의 내부에서, 캐리어 오버슈팅(carrier over-shooting)이 발생해 내부 양자 효율 저하에 영향을 미칠 수 있다.
캐리어 오버슈팅(carrier over-shooting) 또는 캐리어 오버플라이트(carrier overflight)는 활성층으로 주입되는 전자의 에너지가 높아 양자우물에 주입되지 않아 내부 양자 효율을 감소시키는 것을 말한다.
활성층 내에 캐리어를 보다 많이 캡쳐(capture)하여 캐리어 오버슈팅을 방지하기 위해 내부 양자 효율을 개선할 수 있는 새로운 구조의 개발이 요청되고 있다.
실시예는 내부 양자 효율을 개선하기 위해 활성층 내의 캐리어를 보다 많이 캡쳐 가능한 새로운 구조의 우물층을 포함하는 발광소자, 발광소자 패키지 및 조명시스템을 제공하고자 한다.
실시예에 따른 발광소자는 기판과, 상기 기판 상에 제1도전형 반도체층, 상기 제1도전형 반도체층 상에 활성층, 상기 활성층 상에 제2도전형 반도체층을 포함하는 발광구조물을 포함하고, 상기 활성층은, 적어도 하나의 양자우물층과 적어도 하나의 양자벽층을 포함하고, 상기 양자우물층 각각은 인듐의 조성비가 서로 다른 복수의 우물층을 포함하여 내부 양자 효율을 개선할 수 있다.
실시예에 따른 발광소자는 기판과, 상기 기판 상에 제1도전형 반도체층, 상기 제1도전형 반도체층 상에 활성층, 상기 활성층 상에 제2도전형 반도체층을 포함하는 발광구조물을 포함하고, 상기 활성층은, 적어도 하나의 우물층과 적어도 하나의 장벽층을 포함하고, 상기 우물층은 인듐의 조성비가 서로 다른 제1우물층, 제2우물층, 제3우물층을 포함하고, 상기 우물층의 폭은 3.0nm 이상 3.5nm 이하이고, 상기 장벽층의 폭은 4.5nm 이상 5.5nm 이하이고, 상기 제1우물층의 폭은 0.6nm 이상 0.7nm 이하일 수 있다.
실시예는 활성층 내의 캐리어를 보다 많이 캡쳐하여 내부 양자 효율을 개선하는 효과가 있다.
또한, 실시예는 활성층 내의 인듐 조성비를 달리하는 복수의 우물층을 구비하여 캐리어 오버슈팅(carrier over-shooting)을 최소화하는 효과가 있다.
도 1은 실시예에 따른 발광소자의 단면도이다.
도 2는 도 1의 발광소자에서 활성층의 에너지 밴드 다이어그램이다.
도 3은 다른 실시예에 따른 활성층의 에너지 밴드 다이어그램이다.
도 4는 또 다른 실시예에 따른 활성층의 에너지 밴드 다이어그램이다.
도 5는 실시예에 따른 발광소자의 발광 강도를 나타내는 그래프이다.
도 6은 실시예에 따른 발광소자의 수명을 나타내는 그래프이다.
도 7은 실시예에 따른 발광소자의 재결합율을 나타내는 그래프이다.
도 8은 실시예에 따른 발광소자의 내부양자효율을 나타내는 그래프이다.
도 9는 실시예에 따른 발광소자의 광도를 나타내는 그래프이다.
도 10은 실시예에 따른 발광소자의 광도 데이터 및 밀도에 대한 히스토그램이다.
도 11은 실시예에 따른 발광소자 패키지의 단면도이다.
도 12와 도 13은 실시예에 따른 발광 소자를 포함하는 조명 시스템의 실시예들을 나타낸 분해 사시도이다.
실시 예의 설명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴들의 "상/위(on/over)"에 또는 "아래(under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "상/위(on/over)"와 "아래(under)"는 "직접(directly)" 또는 "다른 층을 개재하여 (indirectly)" 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 각 층의 상/위 또는 아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다.
도면에서 각층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다.
도 1은 실시예에 따른 발광소자의 단면도이고, 도 2는 도 1의 발광소자에서 활성층의 에너지 밴드 다이어그램이다.
도 1과 도 2를 참조하면, 실시예에 따른 발광소자는 기판(105), 기판(105) 상에 제1도전형 반도체층(112), 제1도전형 반도체층(112) 상에 활성층(114), 활성층(114) 상에 제2도전형 반도체층(116)을 포함하는 발광구조물(110), 제1도전형 반도체층(112)의 일부 영역 상에 제1전극(120), 및 제2도전형 반도체층 상에 제2전극(130)을 포함할 수 있다.
활성층(114)은 제1도전형 반도체층(112) 상에 배치될 수 있고, 제1도전형 반도체층(112)을 통해서 주입되는 전자(또는 정공)와 제2도전형 반도체층(116)을 통해서 주입되는 정공(또는 전자)이 서로 만나서, 활성층(114)의 형성 물질에 따른 에너지 밴드(Energy Band)의 밴드갭(Band Gap) 차이에 의해서 빛을 방출하는 층이다. 활성층(114)은 단일 우물 구조, 다중 우물 구조, 양자점 구조 또는 양자선 구조 중 어느 하나로 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
활성층(114)의 우물층/장벽층은 InGaN/GaN, InGaN/InGaN, GaN/AlGaN, InAlGaN/GaN, GaAs(InGaAs)/AlGaAs, GaP(InGaP)/AlGaP 중 어느 하나 이상의 페어 구조로 형성될 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 상기 우물층은 상기 장벽층의 밴드 갭보다 낮은 밴드 갭을 갖는 물질로 형성될 수 있다.
활성층(114)은 제1양자벽층(114b1)과 제1양자벽층(114b1) 상에 양자우물층(114w)과, 양자우물층(114w) 상에 제2양자벽층(114b2)을 포함할 수 있다.
양자우물층(114w)은 인듐 조성비가 서로 다른 제1우물층(114w1)과 제1우물층 상에 제2우물층(114w2), 제2우물층(114w2) 상에 제3우물층(114w3), 제3우물층(114w3) 상에 제4우물층(114w4), 제4우물층(114w4) 상에 제5우물층(114w5)을 포함할 수 있다.
양자우물층(114w)은 제1우물층(114w1)과 제2우물층(114w2) 사이에 제1돌기부(sp1)를 포함할 수 있고, 제2우물층(114w2)과 제3우물층(114w3) 사이에 제2돌기부(sp2)를 포함할 수 있고, 제3우물층(114w3)과 제4우물층(114w4) 사이에 제3돌기부(sp3)를 포함할 수 있고, 제4우물층(114w4)과 제5우물층(114w5) 사이에 제4돌기부(sp4)를 포함할 수 있다.
즉, 실시예에 따른 발광소자는 제1양자벽층(114b1)에서 제2양자벽층(114b2)으로 이동하는 전자들이 인듐 조성비가 서로 다른 복수의 우물층들과 복수의 돌기부들을 포함하는 우물층(114w)에 의해 에너지가 감소하게 되어, 우물층(114w)을 통과하는 캐리어 오버슈팅을 방지할 수 있다. 특히, 우물층(114w)은 복수의 돌기부를 배치하여 전자들의 에너지를 감소시킬 수 있다.
실시예에서, 제1우물층(114w1)이 InxGa1-xN(단, 0≤x≤1)이고, 제2우물층이 InyGa1-yN(단, 0≤y≤1)이고, 제3우물층이 InzGa1-zN(단, 0≤z≤1)일 때, 제1우물층(114w1)의 인듐 조성비 x는 제2우물층(114w2)의 인듐 조성비 y보다 작을 수 있고, 제2우물층(114w2)의 인듐 조성비 y는 제3우물층(114w3)의 인듐 조성비 z보다 작을 수 있다.
실시예에서, 제1우물층(114w1) 중심부의 인듐의 조성비 x는 0.06 이상 0.065 이하일 수 있고, 제2우물층(114w2) 중심부의 인듐의 조성비 y는 0.12 이상 0.13 이하이고, 제3우물층(114w3) 중심부의 인듐의 조성비 z는 0.17 이상 0.19 이하일 수 있으나 이에 대해 한정하는 것은 아니다. 예컨대, 제1우물층(114w1) 중심부의 인듐의 조성비 x가 0.06 미만이거나 0.065 초과인 경우와, 제2우물층(114w2) 중심부의 인듐의 조성비 y가 0.12 미만이거나 0.13 초과인 경우와, 제3우물층(114w3) 중심부의 인듐의 조성비 z가 0.17 미만 0.19 초과인 경우 광도의 저하가 발생할 수 있다.
실시예에서, 제1돌기부(sp1)는 InqGa1-qN(단, 0≤q≤1)이고, 제1돌기부(sp1)의 인듐 조성비 q는 0.03 이상 0.05 이하일 수 있고, 제2돌기부(sp2)는 InwGa1-wN(단, 0≤w≤1)이고, 제2돌기부(sp2)의 인듐 조성비 w는 0.09 이상 0.11 이하일 수 있으나 이에 대해 한정하는 것은 아니다. 예컨대, 제1돌기부(sp1)의 인듐 조성비 q가 0.03 미만이고, 제2돌기부(sp2)의 인듐 조성비 w가 0.09 미만일 경우 동작 전압이 상승할 수 있고, 제1돌기부(sp1)의 인듐 조성비 q가 0.05 초과이고, 제2돌기부(sp2)의 인듐 조성비 w가 0.11 초과인 경우 캐리어 트랩 효율이 저하될 수 있다.
제1돌기부(sp1)과 제4돌기부(sp4)는 인듐 조성비와 밴드갭 에너지가 동일할 수 있고, 제2돌기부(sp2)와 제3돌기부(sp3)는 인듐 조성비와 밴드갭 에너지가 동일할 수 있으나, 이에 대해 한정하는 것은 아니다.
제1우물층(114w1)의 밴드갭 에너지는 제2우물층(114w2)의 밴드갭 에너지보다 크고, 제2우물층(114w2)의 밴드갭 에너지는 제3우물층(114w3)의 밴드갭 에너지보다 클 수 있다.
제1우물층(114w1)과 제5우물층(114w5)의 중심부에서, 인듐 조성비와 밴드갭 에너지가 동일할 수 있고, 제2우물층(114w2)과 제4우물층(114w4)의 중심부에서, 인듐 조성비와 밴드갭 에너지가 동일할 수 있으나 이에 대해 한정하는 것은 아니다.
실시예에서, 제1장벽층(114b1)과 제1우물층(114w1) 중심부의 에너지 준위차(H1)보다 제1장벽층(114b1)과 제2우물층(114w2) 중심부의 에너지 준위차(H3)가 크고, 제1장벽층(114b1)과 제2우물층(114w2) 중심부의 에너지 준위차(H3)보다 제1장벽층(114b1)과 제3우물층(114w3) 중심부의 에너지 준위차(H5)가 클 수 있다.
즉, 제1장벽층(114b1)과 제2우물층(114w2) 중심부의 에너지 준위차(H3)가 제1장벽층(114b1)과 제1우물층(114w1) 중심부의 에너지 준위차(H1)보다 크고, 제1장벽층(114b1)과 제3우물층(114w3) 중심부의 에너지 준위차(H5)가 제1장벽층(114b1)과 제2우물층(114w2) 중심부의 에너지 준위차(H3)보다 커서, 계단 형상으로 우물층을 형성하여 캐리어 트랩 효율을 높일 수 있다.
*실시예에서, 제1장벽층(114b1)과 제1우물층(114w1) 중심부의 에너지 준위차(H1)는 제1장벽층(114b1)과 제1돌기부(sp1)의 에너지 준위차(H2)보다 크고, 제1장벽층(114b1)과 제2우물층(114w2) 중심부의 에너지 준위차(H3)는 제1장벽층(114b1)과 제2돌기부(sp2)의 에너지 준위차(H4)보다 클 수 있다.
즉, 제1장벽층(114b1)과 제1우물층(114w1) 중심부의 에너지 준위차(H1)는 제1장벽층(114b1)과 제1돌기부(sp1)의 에너지 준위차(H2)보다 크고, 제1장벽층(114b1)과 제2우물층(114w2) 중심부의 에너지 준위차(H3)는 제1장벽층(114b1)과 제2돌기부(sp2)의 에너지 준위차(H4)보다 커서, 제1돌기부(sp1)와 제2돌기부(sp2)를 통과한 전자들의 에너지를 감소시켜 캐리어 트랩 효율을 높일 수 있다.
실시예에서, 우물층(114w)의 폭은 3.0nm 이상 3.5nm 이하일 수 있고, 제1장벽층(114b1)의 폭은 4.5nm 이상 5.5nm 이하일 수 있고, 제1우물층(114w1)의 폭은 0.6nm 이상 0.7nm 이하일 수 있으나, 이에 대해 한정하는 것은 아니다.
기판(105)은 열전도성이 뛰어난 물질로 형성될 수 있으며, 전도성 기판 또는 절연성 기판일 수 있다. 예컨대, 기판(105)은 사파이어(Al2O3), SiC, Si, GaAs, GaN, ZnO, GaP, InP, Ge, and Ga203 중 적어도 하나를 사용할 수 있다. 기판(105) 위에는 요철 구조가 형성될 수 있고, 상기 요철 구조의 단면은 원형, 타원형 또는 다각형일 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
이때, 기판(105) 위에는 버퍼층(미도시)이 형성될 수 있다. 버퍼층은 이후 형성되는 발광구조물의 재료와 기판(105)의 격자 부정합을 완화시켜 줄 수 있으며, 버퍼층의 재료는 3족-5족 화합물 반도체 예컨대, GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN 중 적어도 하나로 형성될 수 있다.
제1도전형 반도체층(112)은 기판(105) 상에 배치될 수 있다. 제1도전형 반도체층(112)은 제1도전형 도펀트가 도핑된 III족-V족 화합물 반도체로 구현되며, 제1도전형 반도체층(112)은 InxAlyGa1-x-yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 포함한다. 제1도전형 반도체층(112)은 예컨대, GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP, AlGaInP와 같은 화합물 반도체 중 적어도 하나를 포함하는 층들의 적층 구조를 포함할 수 있다. 제1 도전형 반도체층(112)은 n형 반도체층이며, 상기 제1도전형 도펀트는 n형 도펀트로서, Si, Ge, Sn, Se, Te를 포함한다. 제1도전형 반도체층(112) 상에는 전극이 더 배치될 수 있다.
제2도전형 반도체층(116)은 제2도전형 도펀트가 도핑된 반도체 예컨대, InxAlyGa1-x-yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 포함한다. 제2도전형 반도체층(116)은, GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP, AlGaInP와 같은 화합물 반도체 중 어느 하나로 이루어질 수 있다. 제2도전형 반도체층(116)이 p형 반도체층이고, 상기 제2도전형 도펀트는 p형 도펀트로서, Mg, Zn, Ca, Sr, Ba을 포함할 수 있다.
제2도전형 반도체층(116)은 초격자 구조를 포함할 수 있으며, 상기 초격자 구조는 InGaN/GaN 초격자 구조 또는 AlGaN/GaN 초격자 구조를 포함할 수 있다. 제2도전형 반도체층(116)의 초격자 구조는 비 정상적으로 전압에 포함된 전류를 확산시켜 주어, 활성층을 보호할 수 있다.
제1전극(120)은 제1도전형 반도체층(112) 상에 배치될 수 있다. 제1전극(112)은 Cr, V, W, Ti, Zn, Ni, Cu, Al, Au, Mo, Ti/Au/Ti/Pt/Au, Ni/Au/Ti/Pt/Au, Cr/Al/Ni/Cu/Ni/Au 등에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
제2전극(130)은 제2도전형 반도체층(116) 상에 배치될 수 있고, 외부 전원에 연결되어 발광구조물(110)에 전원을 제공할 수 있다. 제2전극(130)은 Cr, V, W, Ti, Zn, Ni, Cu, Al, Au, Mo, Ti/Au/Ti/Pt/Au, Ni/Au/Ti/Pt/Au, Cr/Al/Ni/Cu/Ni/Au 등에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
도 3은 다른 실시예에 따른 활성층의 에너지 밴드 다이어그램이다.
도 3의 (a)를 참조하면, 도 3의 (a)의 실시예에 따른 활성층(114a)은 도 2의 실시예와 달리 제1돌기부(sp1a)와 제2돌기부(sp2a)를 포함할 수 있고, 제1돌기부(sp1a)와 제2돌기부(sp2a)의 인듐 조성비와 밴드갭 에너지가 동일할 수 있으나, 이에 대해 한정하는 것은 아니다.
도 3의 (b)를 참조하면, 도 3의 (b)의 실시예에 따른 활성층(114b)은 도 2의 실시예와 달리 제1돌기부(sp1b), 제2돌기부(sp2b), 제3돌기부(sp3b), 제4돌기부(sp4b), 제5돌기부(sp5b), 제6돌기부(sp6b)를 포함할 수 있고, 제1돌기부(sp1b)와 제6돌기부(sp6b)의 인듐 조성비와 밴드갭 에너지가 동일할 수 있고, 제2돌기부(sp2b)와 제5돌기부(sp5b)의 인듐 조성비와 밴드갭 에너지가 동일할 수 있고, 제3돌기부(sp3b)와 제4돌기부(sp4b)의 인듐 조성비와 밴드갭 에너지가 동일할 수 있으나, 이에 대해 한정하는 것은 아니다.
즉, 실시예에 따른 발광소자는 양자벽층을 이동하는 전자들이 인듐 조성비가 서로 다른 복수의 우물층들과 복수의 돌기부들을 포함하는 우물층에 의해 에너지가 감소하게 되어 캐리어 오버슈팅을 방지할 수 있다.
도 4는 또 다른 실시예에 따른 활성층의 에너지 밴드 다이어그램이다.
도 4의 (a)를 참조하면, 도 4의 (a)의 실시예에 따른 활성층(114c)은 도 2의 실시예의 곡선의 형상이 아닌 직선의 형상일 수 있다. 활성층(114c)은 제1돌기부(sp1c), 제2돌기부(sp2c), 제3돌기부(sp3c), 제4돌기부(sp4c)를 포함할 수 있고, 제1돌기부(sp1c)와 제4돌기부(sp4c)는 인듐 조성비와 밴드갭 에너지가 동일할 수 있고, 제2돌기부(sp2c)와 제3돌기부(sp3c)는 인듐 조성비와 밴드갭 에너지가 동일할 수 있으나, 이에 대해 한정하는 것은 아니다.
도 4의 (b)를 참조하면, 도 4의 (b)의 실시예에 따른 활성층(114d)은 도 2의 실시예의 곡선의 형상이 아닌 계단 형상일 수 있다. 활성층(114d)은 제1돌기부(sp1d), 제2돌기부(sp2d), 제3돌기부(sp3d), 제4돌기부(sp4d)를 포함할 수 있고, 제1돌기부(sp1d)와 제4돌기부(sp4d)는 인듐 조성비와 밴드갭 에너지가 동일할 수 있고, 제2돌기부(sp2d)와 제3돌기부(sp3d)는 인듐 조성비와 밴드갭 에너지가 동일할 수 있으나, 이에 대해 한정하는 것은 아니다.
즉, 실시예에 따른 발광소자는 양자벽층을 이동하는 전자들이 인듐 조성비가 서로 다른 복수의 우물층들과 복수의 돌기부들을 포함하는 우물층에 의해 에너지가 감소하게 되어 캐리어 오버슈팅을 방지할 수 있다.
도 5는 실시예에 따른 발광소자의 발광 강도를 나타내는 그래프이다.
도 5를 참조하면, R은 종래기술에 따른 발광소자의 에너지에 대한 발광강도를 나타내는 그래프이고, E는 실시예에 따른 발광소자의 에너지에 대한 발광강도를 나타내는 그래프이다.
본 발명에서 제안한 새로운 구조의 우물층을 포함하는 실시예에 따른 발광소자는 종래기술과 비교하여, 3eV의 에너지를 가질 때, 2.0E14(1/(cm2seV))에서 5.0E14(1/(cm2seV))로 발광 강도가 증가하는 것을 알 수 있다.
도 6은 실시예에 따른 발광소자의 수명을 나타내는 그래프이다.
도 6의 (a)는 종래기술에서의 발광소자의 수명을 나타내는 그래프이고, 도 4의 (b)는 실시예에 따른 발광소자의 수명을 나타내는 그래프이다.
도 6의 (a)와 (b)를 참조하면, 본 발명에서 제안한 새로운 구조의 우물층을 포함하는 실시예에 따른 발광소자는 종래기술과 비교하여, 1E-5(s)에서 1E-4(s)로 수명(lifetime)이 증가하는 것을 알 수 있다.
도 7은 실시예에 따른 발광소자의 재결합율을 나타내는 그래프이다.
도 7의 (a)는 종래기술에서의 발광소자의 재결합율을 나타내는 그래프이고, 도 7의 (b)는 실시예에 따른 발광소자의 재결합율을 나타내는 그래프이다.
도 7의 (a)와 (b)를 참조하면, 본 발명에서 제안한 새로운 구조의 우물층을 포함하는 실시예에 따른 발광소자는 종래기술과 비교하여, 1E19(cm-3s-1)에서 1E21(cm-3s-1)로 재결합율이 증가하는 것을 알 수 있다.
도 8은 실시예에 따른 발광소자의 내부양자효율을 나타내는 그래프이다.
도 8을 참조하면, R은 종래기술에 따른 발광소자의 내부양자효율을 나타내는 그래프이고, E는 실시예에 따른 발광소자의 내부양자효율을 나타내는 그래프이다.
본 발명에서 제안한 새로운 구조의 우물층을 포함하는 실시예에 따른 발광소자는 종래기술과 비교하여, 70(A/Cm2)의 전류 밀도에서 실시예의 내부양자효율은 54%이고, 종래기술의 내부양자효율은 46%로서, 8% 증가하는 것을 알 수 있다.
도 9는 실시예에 따른 발광소자의 광도를 나타내는 그래프이다.
도 9의 (a)는 종래기술과 실시예에 따른 발광소자의 광도(let)를 비교한 박스플롯이고, 실시예에 따른 발광소자는 종래기술과 비교하여, 광도가 8mW 증가하는 것을 알 수 있다.
도 9의 (b)를 참조하면, 종래기술과 실시예에 따른 발광소자의 파장에 대한 광도(let)를 비교한 그래프이고, 실시예에 따른 발광소자는 발광 영역 예컨대, 파장 436nm 내지 446nm 범위에서 종래기술과 비교하여 광도(let)가 높게 나타남을 알 수 있다.
도 10은 실시예에 따른 발광소자의 광도 데이터 및 밀도에 대한 히스토그램이다.
도 10을 참조하면, R은 종래기술에 따른 발광소자의 광도에 대한 밀도를 정규 분포로 변환한 히스토그램이고, E는 실시예에 실시예에 따른 발광소자의 광도에 대한 밀도를 정규 분포로 변환한 히스토그램이다.
본 발명에서 제안한 새로운 구조의 우물층을 포함하는 실시예에 따른 발광소자는, 종래기술과 비교하여, 광도와 밀도가 증가하는 것을 알 수 있다.
도 11은 실시예에 따른 발광소자 패키지의 단면도이다.
본 발명에 따른 발광 소자 패키지는 앞서 설명한 바와 같은 구조의 발광 소자가 장착될 수 있다.
발광 소자 패키지(200)는 패키지 몸체부(205)와, 패키지 몸체부(205) 상에 배치된 제3 전극층(213) 및 제4 전극층(214)과, 패키지 몸체부(205) 상에 배치되어 제3 전극층(213) 및 제4 전극층(214)과 전기적으로 연결되는 발광 소자(100)와, 발광 소자(100)를 포위하는 몰딩부재(230)가 포함된다.
패키지 몸체부(205)는 실리콘 재질, 합성수지 재질, 또는 금속 재질을 포함하여 형성될 수 있으며, 발광 소자(100)의 주위에 경사면이 형성될 수 있다.
제3 전극층(213) 및 제4 전극층(214)은 서로 전기적으로 분리되며, 발광 소자(100)에 전원을 제공하는 역할을 한다. 또한, 제3 전극층(213) 및 제4 전극층(214)은 발광 소자(100)에서 발생된 빛을 반사시켜 광 효율을 증가시키는 역할을 할 수 있으며, 발광 소자(100)에서 발생된 열을 외부로 배출시키는 역할을 할 수도 있다.
발광 소자(100)는 패키지 몸체부(205) 상에 배치되거나 제3 전극층(213) 또는 제4 전극층(214) 상에 배치될 수 있다.
발광 소자(100)는 제3 전극층(213) 및/또는 제4 전극층(214)과 와이어 방식, 플립칩 방식 또는 다이 본딩 방식 중 어느 하나에 의해 전기적으로 연결될 수도 있다. 실시예에서는 발광 소자(100)가 제3 전극층(213) 및 제4 전극층(214)과 각각 와이어를 통해 전기적으로 연결된 것이 예시되어 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
몰딩부재(230)는 발광 소자(100)를 포위하여 발광 소자(100)를 보호할 수 있다. 또한, 몰딩부재(230)에는 형광체(232)가 포함되어 발광 소자(100)에서 방출된 광의 파장을 변화시킬 수 있다.
도 12와 도 13은 실시예에 따른 발광 소자를 포함하는 조명 시스템의 실시예들을 나타낸 분해 사시도이다.
도 12에 도시된 바와 같이, 실시예에 따른 조명 장치는 커버(2100), 광원 모듈(2200), 방열체(2400), 전원 제공부(2600), 내부 케이스(2700), 소켓(2800)을 포함할 수 있다. 또한, 실시 예에 따른 조명 장치는 부재(2300)와 홀더(2500) 중 어느 하나 이상을 더 포함할 수 있다. 광원 모듈(2200)은 본 발명에 따른 발광소자(100) 또는 발광소자 패키지(200)를 포함할 수 있다.
예컨대, 커버(2100)는 벌브(bulb) 또는 반구의 형상을 가지며, 속이 비어 있고, 일 부분이 개구된 형상으로 제공될 수 있다. 커버(2100)는 광원 모듈(2200)과 광학적으로 결합될 수 있다. 예를 들어, 커버(2100)는 광원 모듈(2200)로부터 제공되는 빛을 확산, 산란 또는 여기 시킬 수 있다. 커버(2100)는 일종의 광학 부재일 수 있다. 커버(2100)는 방열체(2400)와 결합될 수 있다. 커버(2100)는 상기 방열체(2400)와 결합하는 결합부를 가질 수 있다.
커버(2100)의 내면에는 유백색 도료가 코팅될 수 있다. 유백색의 도료는 빛을 확산시키는 확산재를 포함할 수 있다. 커버(2100)의 내면의 표면 거칠기는 커버(2100)의 외면의 표면 거칠기보다 크게 형성될 수 있다. 이는 광원 모듈(2200)로부터의 빛이 충분히 산란 및 확산되어 외부로 방출시키기 위함이다.
커버(2100)의 재질은 유리(glass), 플라스틱, 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 폴리카보네이트(PC) 등일 수 있다. 여기서, 폴리카보네이트는 내광성, 내열성, 강도가 뛰어나다. 커버(2100)는 외부에서 광원 모듈(2200)이 보이도록 투명할 수 있고, 불투명할 수 있다. 커버(2100)는 블로우(blow) 성형을 통해 형성될 수 있다.
광원 모듈(2200)은 방열체(2400)의 일 면에 배치될 수 있다. 따라서, 광원 모듈(2200)로부터의 열은 방열체(2400)로 전도된다. 광원 모듈(2200)은 광원부(2210), 연결 플레이트(2230), 커넥터(2250)를 포함할 수 있다.
부재(2300)는 방열체(2400)의 상면 위에 배치되고, 복수의 광원부(2210)들과 커넥터(2250)이 삽입되는 가이드홈(2310)들을 갖는다. 가이드홈(2310)은 광원부(2210)의 기판 및 커넥터(2250)와 대응된다.
부재(2300)의 표면은 빛 반사 물질로 도포 또는 코팅된 것일 수 있다. 예를 들면, 부재(2300)의 표면은 백색의 도료로 도포 또는 코팅된 것일 수 있다. 이러한 부재(2300)는 커버(2100)의 내면에 반사되어 광원 모듈(2200)측 방향으로 되돌아오는 빛을 다시 커버(2100) 방향으로 반사한다. 따라서, 실시 예에 따른 조명 장치의 광 효율을 향상시킬 수 있다.
부재(2300)는 예로서 절연 물질로 이루어질 수 있다. 광원 모듈(2200)의 연결 플레이트(2230)는 전기 전도성의 물질을 포함할 수 있다. 따라서, 방열체(2400)와 연결 플레이트(2230) 사이에 전기적인 접촉이 이루어질 수 있다. 부재(2300)는 절연 물질로 구성되어 연결 플레이트(2230)와 방열체(2400)의 전기적 단락을 차단할 수 있다. 방열체(2400)는 광원 모듈(2200)로부터의 열과 전원 제공부(2600)로부터의 열을 전달받아 방열한다.
홀더(2500)는 내부 케이스(2700)의 절연부(2710)의 수납홈(2719)를 막는다. 따라서, 내부 케이스(2700)의 절연부(2710)에 수납되는 전원 제공부(2600)는 밀폐된다. 홀더(2500)는 가이드 돌출부(2510)를 갖는다. 가이드 돌출부(2510)는 전원 제공부(2600)의 돌출부(2610)가 관통하는 홀을 갖는다.
전원 제공부(2600)는 외부로부터 제공받은 전기적 신호를 처리 또는 변환하여 광원 모듈(2200)로 제공한다. 전원 제공부(2600)는 내부 케이스(2700)의 수납홈(2719)에 수납되고, 홀더(2500)에 의해 내부 케이스(2700)의 내부에 밀폐된다.
전원 제공부(2600)는 돌출부(2610), 가이드부(2630), 베이스(2650), 연장부(2670)를 포함할 수 있다.
가이드부(2630)는 베이스(2650)의 일 측에서 외부로 돌출된 형상을 갖는다. 가이드부(2630)는 홀더(2500)에 삽입될 수 있다. 베이스(2650)의 일 면 위에 다수의 부품이 배치될 수 있다. 다수의 부품은 예를 들어, 외부 전원으로부터 제공되는 교류 전원을 직류 전원으로 변환하는 직류변환장치, 광원 모듈(2200)의 구동을 제어하는 구동칩, 광원 모듈(2200)을 보호하기 위한 ESD(ElectroStatic discharge) 보호 소자 등을 포함할 수 있으나 이에 대해 한정하지는 않는다.
연장부(2670)는 베이스(2650)의 다른 일 측에서 외부로 돌출된 형상을 갖는다. 연장부(2670)는 내부 케이스(2700)의 연결부(2750) 내부에 삽입되고, 외부로부터의 전기적 신호를 제공받는다. 예컨대, 연장부(2670)는 내부 케이스(2700)의 연결부(2750)의 폭과 같거나 작게 제공될 수 있다. 연장부(2670)에는 "+ 전선"과 "- 전선"의 각 일 단이 전기적으로 연결되고, "+ 전선"과 "- 전선"의 다른 일 단은 소켓(2800)에 전기적으로 연결될 수 있다.
내부 케이스(2700)는 내부에 전원 제공부(2600)와 함께 몰딩부를 포함할 수 있다. 몰딩부는 몰딩 액체가 굳어진 부분으로서, 전원 제공부(2600)가 내부 케이스(2700) 내부에 고정될 수 있도록 한다.
또한, 도 13에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 조명 장치는 커버(3100), 광원부(3200), 방열체(3300), 회로부(3400), 내부 케이스(3500), 소켓(3600)을 포함할 수 있다. 광원부(3200)는 실시 예에 따른 발광소자 또는 발광소자 패키지를 포함할 수 있다.
커버(3100)는 벌브(bulb) 형상을 가지며, 속이 비어 있다. 커버(3100)는 개구(3110)를 갖는다. 개구(3110)를 통해 광원부(3200)와 부재(3350)가 삽입될 수 있다.
커버(3100)는 방열체(3300)와 결합하고, 광원부(3200)와 부재(3350)를 둘러쌀 수 있다. 커버(3100)와 방열체(3300)의 결합에 의해, 광원부(3200)와 부재(3350)는 외부와 차단될 수 있다. 커버(3100)와 방열체(3300)의 결합은 접착제를 통해 결합할 수도 있고, 회전 결합 방식 및 후크 결합 방식 등 다양한 방식으로 결합할 수 있다. 회전 결합 방식은 방열체(3300)의 나사홈에 커버(3100)의 나사선이 결합하는 방식으로서 커버(3100)의 회전에 의해 커버(3100)와 방열체(3300)가 결합하는 방식이고, 후크 결합 방식은 커버(3100)의 턱이 방열체(3300)의 홈에 끼워져 커버(3100)와 방열체(3300)가 결합하는 방식이다.
커버(3100)는 광원부(3200)와 광학적으로 결합한다. 구체적으로 커버(3100)는 광원부(3200)의 발광 소자(3230)로부터의 광을 확산, 산란 또는 여기시킬 수 있다. 커버(3100)는 일종의 광학 부재일 수 있다. 여기서, 커버(3100)는 광원부(3200)로부터의 광을 여기시키기 위해, 내/외면 또는 내부에 형광체를 가질 수 있다.
커버(3100)의 내면에는 유백색 도료가 코팅될 수 있다. 여기서, 유백색 도료는 빛을 확산시키는 확산재를 포함할 수 있다. 커버(3100)의 내면의 표면 거칠기는 커버(3100)의 외면의 표면 거칠기보다 클 수 있다. 이는 광원부(3200)로부터의 광을 충분히 산란 및 확산시키기 위함이다.
커버(3100)의 재질은 유리(glass), 플라스틱, 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 폴리카보네이트(PC) 등일 수 있다. 여기서, 폴리카보네이트는 내광성, 내열성, 강도가 뛰어나다. 커버(3100)는 외부에서 광원부(3200)와 부재(3350)가 보일 수 있는 투명한 재질일 수 있고, 보이지 않는 불투명한 재질일 수 있다. 커버(3100)는 예컨대 블로우(blow) 성형을 통해 형성될 수 있다.
광원부(3200)는 방열체(3300)의 부재(3350)에 배치되고, 복수로 배치될 수 있다. 구체적으로, 광원부(3200)는 부재(3350)의 복수의 측면들 중 하나 이상의 측면에 배치될 수 있다. 그리고, 광원부(3200)는 부재(3350)의 측면에서도 상단부에 배치될 수 있다.
광원부(3200)는 부재(3350)의 6 개의 측면들 중 3 개의 측면들에 배치될 수 있다. 그러나 이에 한정하는 것은 아니고, 광원부(3200)는 부재(3350)의 모든 측면들에 배치될 수 있다. 광원부(3200)는 기판(3210)과 발광 소자(3230)를 포함할 수 있다. 발광 소자(3230)는 기판(3210)의 일 면 상에 배치될 수 있다.
기판(3210)은 사각형의 판 형상을 갖지만, 이에 한정되지 않고 다양한 형태를 가질 수 있다. 예를 들면, 기판(3210)은 원형 또는 다각형의 판 형상일 수 있다. 기판(3210)은 절연체에 회로 패턴이 인쇄된 것일 수 있으며, 예를 들어, 일반 인쇄회로기판(PCB: Printed Circuit Board), 메탈 코아(Metal Core) PCB, 연성(Flexible) PCB, 세라믹 PCB 등을 포함할 수 있다. 또한, 인쇄회로기판 위에 패키지 하지 않은 LED 칩을 직접 본딩할 수 있는 COB(Chips On Board) 타입을 사용할 수 있다. 또한, 기판(3210)은 광을 효율적으로 반사하는 재질로 형성되거나, 표면이 광을 효율적으로 반사하는 컬러, 예를 들어 백색, 은색 등으로 형성될 수 있다. 기판(3210)은 방열체(3300)에 수납되는 회로부(3400)와 전기적으로 연결될 수 있다. 기판(3210)과 회로부(3400)는 예로서 와이어(wire)를 통해 연결될 수 있다. 와이어는 방열체(3300)를 관통하여 기판(3210)과 회로부(3400)를 연결시킬 수 있다.
발광 소자(3230)는 적색, 녹색, 청색의 광을 방출하는 발광 다이오드 칩이거나 UV를 방출하는 발광 다이오드 칩일 수 있다. 여기서, 발광 다이오드 칩은 수평형(Lateral Type) 또는 수직형(Vertical Type)일 수 있고, 발광 다이오드 칩은 청색(Blue), 적색(Red), 황색(Yellow), 또는 녹색(Green)을 발산할 수 있다.
발광 소자(3230)는 형광체를 가질 수 있다. 형광체는 가넷(Garnet)계(YAG, TAG), 실리케이드(Silicate)계, 나이트라이드(Nitride)계 및 옥시나이트라이드(Oxynitride)계 중 어느 하나 이상일 수 있다. 또는 형광체는 황색 형광체, 녹색 형광체 및 적색 형광체 중 어느 하나 이상일 수 있다.
방열체(3300)는 커버(3100)와 결합하고, 광원부(3200)로부터의 열을 방열할 수 있다. 방열체(3300)는 소정의 체적을 가지며, 상면(3310), 측면(3330)을 포함한다. 방열체(3300)의 상면(3310)에는 부재(3350)가 배치될 수 있다. 방열체(3300)의 상면(3310)은 커버(3100)와 결합할 수 있다. 방열체(3300)의 상면(3310)은 커버(3100)의 개구(3110)와 대응되는 형상을 가질 수 있다.
방열체(3300)의 측면(3330)에는 복수의 방열핀(3370)이 배치될 수 있다. 방열핀(3370)은 방열체(3300)의 측면(3330)에서 외측으로 연장된 것이거나 측면(3330)에 연결된 것일 수 있다. 방열핀(3370)은 방열체(3300)의 방열 면적을 넓혀 방열 효율을 향상시킬 수 있다. 여기서, 측면(3330)은 방열핀(3370)을 포함하지 않을 수도 있다.
부재(3350)는 방열체(3300)의 상면(3310)에 배치될 수 있다. 부재(3350)는 상면(3310)과 일체일 수도 있고, 상면(3310)에 결합된 것일 수 있다. 부재(3350)는 다각 기둥일 수 있다. 구체적으로, 부재(3350)는 육각 기둥일 수 있다. 육각 기둥의 부재(3350)는 윗면과 밑면 그리고 6 개의 측면들을 갖는다. 여기서, 부재(3350)는 다각 기둥뿐만 아니라 원 기둥 또는 타원 기둥일 수 있다. 부재(3350)가 원 기둥 또는 타원 기둥일 경우, 광원부(3200)의 기판(3210)은 연성 기판일 수 있다.
부재(3350)의 6 개의 측면에는 광원부(3200)가 배치될 수 있다. 6 개의 측면 모두에 광원부(3200)가 배치될 수도 있고, 6 개의 측면들 중 몇 개의 측면들에 광원부(3200)가 배치될 수도 있다. 도 11에서는 6 개의 측면들 중 3 개의 측면들에 광원부(3200)가 배치되어 있다.
부재(3350)의 측면에는 기판(3210)이 배치된다. 부재(3350)의 측면은 방열체(3300)의 상면(3310)과 실질적으로 수직을 이룰 수 있다. 따라서, 기판(3210)과 방열체(3300)의 상면(3310)은 실질적으로 수직을 이룰 수 있다.
부재(3350)의 재질은 열 전도성을 갖는 재질일 수 있다. 이는 광원부(3200)로부터 발생되는 열을 빠르게 전달받기 위함이다. 상기 부재(3350)의 재질로서는 예를 들면, 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 구리(Cu), 마그네슘(Mg), 은(Ag), 주석(Sn) 등과 상기 금속들의 합금일 수 있다. 또는 부재(3350)는 열 전도성을 갖는 열 전도성 플라스틱으로 형성될 수 있다. 열 전도성 플라스틱은 금속보다 무게가 가볍고, 단방향성의 열 전도성을 갖는 이점이 있다.
회로부(3400)는 외부로부터 전원을 제공받고, 제공받은 전원을 광원부(3200)에 맞게 변환한다. 회로부(3400)는 변환된 전원을 광원부(3200)로 공급한다. 회로부(3400)는 방열체(3300)에 배치될 수 있다. 구체적으로, 회로부(3400)는 내부 케이스(3500)에 수납되고, 내부 케이스(3500)와 함께 방열체(3300)에 수납될 수 있다. 회로부(3400)는 회로 기판(3410)과 회로 기판(3410) 상에 탑재되는 다수의 부품(3430)을 포함할 수 있다.
회로 기판(3410)은 원형의 판 형상을 갖지만, 이에 한정되지 않고 다양한 형태를 가질 수 있다. 예를 들면, 회로 기판(3410)은 타원형 또는 다각형의 판 형상일 수 있다. 이러한 회로 기판(3410)은 절연체에 회로 패턴이 인쇄된 것일 수 있다.
회로 기판(3410)은 광원부(3200)의 기판(3210)과 전기적으로 연결된다. 회로 기판(3410)과 기판(3210)의 전기적 연결은 예로서 와이어(wire)를 통해 연결될 수 있다. 와이어는 방열체(3300)의 내부에 배치되어 회로 기판(3410)과 기판(3210)을 연결할 수 있다.
다수의 부품(3430)은 예를 들어, 외부 전원으로부터 제공되는 교류 전원을 직류 전원으로 변환하는 직류변환장치, 광원부(3200)의 구동을 제어하는 구동칩, 광원부(3200)를 보호하기 위한 ESD(ElectroStatic discharge) 보호 소자 등을 포함할 수 있다.
내부 케이스(3500)는 내부에 회로부(3400)를 수납한다. 내부 케이스(3500)는 회로부(3400)를 수납하기 위해 수납부(3510)를 가질 수 있다.
수납부(3510)는 예로서 원통 형상을 가질 수 있다. 수납부(3510)의 형상은 방열체(3300)의 형상에 따라 달라질 수 있다. 내부 케이스(3500)는 방열체(3300)에 수납될 수 있다. 내부 케이스(3500)의 수납부(3510)는 방열체(3300)의 하면에 형성된 수납부에 수납될 수 있다.
내부 케이스(3500)는 소켓(3600)과 결합될 수 있다. 내부 케이스(3500)는 소켓(3600)과 결합하는 연결부(3530)를 가질 수 있다. 연결부(3530)는 소켓(3600)의 나사홈 구조와 대응되는 나사산 구조를 가질 수 있다. 내부 케이스(3500)는 부도체이다. 따라서, 회로부(3400)와 방열체(3300) 사이의 전기적 단락을 막는다. 예로서 내부 케이스(3500)는 플라스틱 또는 수지 재질로 형성될 수 있다.
소켓(3600)은 내부 케이스(3500)와 결합될 수 있다. 구체적으로, 소켓(3600)은 내부 케이스(3500)의 연결부(3530)와 결합될 수 있다. 소켓(3600)은 종래 재래식 백열 전구와 같은 구조를 가질 수 있다. 회로부(3400)와 소켓(3600)은 전기적으로 연결된다. 회로부(3400)와 소켓(3600)의 전기적 연결은 와이어(wire)를 통해 연결될 수 있다. 따라서, 소켓(3600)에 외부 전원이 인가되면, 외부 전원은 회로부(3400)로 전달될 수 있다. 소켓(3600)은 연결부(3550)의 나사선 구조과 대응되는 나사홈 구조를 가질 수 있다.

Claims (16)

  1. 기판; 및
    상기 기판 상에 제1도전형 반도체층, 상기 제1도전형 반도체층 상에 활성층, 상기 활성층 상에 제2도전형 반도체층을 포함하는 발광구조물을 포함하고,
    상기 활성층은, 적어도 하나의 양자우물층과 적어도 하나의 양자벽층을 포함하고,
    상기 양자우물층 각각은 인듐의 조성비가 서로 다른 복수의 우물층을 포함하는 발광소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 양자우물층 착각은,
    제1우물층과 상기 제1우물층 상에 상기 제1 우물층과 상이한 인듐 조성비를 갖는 제2우물층, 상기 제1우물층과 상기 제2우물층 사이에 제1돌기부를 포함하는 발광소자.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1우물층의 인듐 조성비가 상기 제2우물층의 인듐 조성비보다 낮고, 상기 제1돌기부의 인듐 조성비가 상기 제2우물층의 인듐조성비보다 낮은 발광소자.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제1우물층의 밴드갭 에너지는 상기 제2우물층의 밴드갭 에너지보다 크고, 상기 제1돌기부의 밴드갭 에너지는 상기 제2우물층의 밴드갭 에너지보다 큰 발광소자.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 제2우물층상에 제3우물층을 더 포함하고,
    상기 제2우물층과 상기 제3우물층 사이에 제2돌기부를 더 포함하는 발광소자.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제2우물층의 인듐 조성비가 상기 제3우물층의 인듐 조성비보다 낮고, 상기 제2돌기부의 인듐 조성비가 상기 제3우물층의 인듐조성비보다 낮은 발광소자.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 제2우물층의 밴드갭 에너지는 상기 제3우물층의 밴드갭 에너지보다 크고, 상기 제2돌기부의 밴드갭 에너지는 상기 제3우물층의 밴드갭 에너지보다 큰 발광소자.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 제1돌기부의 인듐 조성비가 상기 제2돌기부의 인듐 조성비보다 낮은 발광소자.
  9. 제2항에 있어서,
    상기 제1우물층은 InxGa1-xN이고, 상기 제1우물층 중심부의 인듐의 조성비 x는 0.06 이상 0.065 이하인 발광소자.
  10. 제2항에 있어서,
    상기 제2우물층은 InyGa1-yN이고, 상기 제2우물층 중심부의 인듐의 조성비 y는 0.12 이상 0.13 이하인 발광소자.
  11. 제5항에 있어서,
    상기 제3우물층은 InzGa1-zN이고, 상기 제3우물층 중심부의 인듐의 조성비 z는 0.17 이상 0.19 이하인 발광소자.
  12. 제2항에 있어서,
    상기 제1돌기부는 InqGa1-qN이고, 상기 제1돌기부의 인듐 조성비 q는 0.03 이상 0.05 이하인 발광소자.
  13. 제5항에 있어서,
    상기 제2돌기부는 InwGa1-wN이고, 상기 제2돌기부의 인듐 조성비 w는 0.09 이상 0.11 이하인 발광소자.
  14. 기판; 및
    상기 기판 상에 제1도전형 반도체층, 상기 제1도전형 반도체층 상에 활성층, 상기 활성층 상에 제2도전형 반도체층을 포함하는 발광구조물을 포함하고,
    상기 활성층은, 적어도 하나의 우물층과 적어도 하나의 장벽층을 포함하고,
    상기 우물층은 인듐의 조성비가 서로 다른 제1우물층, 제2우물층, 제3우물층을 포함하고,
    상기 우물층의 폭은 3.0nm 이상 3.5nm 이하이고, 상기 장벽층의 폭은 4.5nm 이상 5.5nm 이하이고, 상기 제1우물층의 폭은 0.6nm 이상 0.7nm 이하인 발광소자.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 제1우물층의 인듐 조성비가 상기 제2우물층의 인듐 조성비보다 낮고, 상기 제2우물층의 인듐 조성비가 상기 제3우물층의 인듐 조성비보다 낮고, 상기 제1돌기부의 인듐 조성비가 상기 제2돌기부의 인듐 조성비보다 낮은 발광소자.
  16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항의 발광소자를 포함하는 조명 시스템.
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