WO2017052258A1 - 발광 소자 및 이를 포함하는 발광 장치 - Google Patents

발광 소자 및 이를 포함하는 발광 장치 Download PDF

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protrusion
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protrusions
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이금주
이섬근
윤준호
곽우철
장삼석
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Definitions

  • the present invention relates to a light emitting device and a light emitting device including the same, and more particularly, to a light emitting device including a substrate including protrusions disposed to have a predetermined orientation and a light emitting device including the same.
  • a light emitting device includes: a body part including a base part and a side wall part; First and second lead frames fixed to the body; And a light emitting device disposed on the base portion, the light emitting device including a first side surface and a second side surface having a shorter length than the first side surface, the light emitting device comprising: a substrate including a plurality of protrusions formed on an upper surface thereof; And a light emitting structure on the substrate, the light emitting structure including an active layer between a first conductivity type semiconductor layer, a second conductivity type semiconductor layer, and the first and second conductivity type semiconductor layers.
  • the plurality of protrusions have an orientation to have a predetermined angle in relation to the side having a relatively long length of the light emitting device, thereby increasing the amount of light emitted to the side having a relatively long length of the light emitting device.
  • a light emitting device including the light emitting device may be provided, and a light emitting device having excellent light emission efficiency may be provided through an arrangement relationship between electrodes of the light emitting device and wiring.
  • 13 to 15 are a perspective view, a plan view, and a cross-sectional view for describing a light emitting device according to another embodiment of the present invention.
  • 16 and 17 are perspective views, plan views, and cross-sectional views for describing a light emitting device according to still another embodiment of the present invention.
  • the first electrode may include a first electrode pad and the second electrode may include a second electrode pad, and one of the first electrode pad and the second electrode pad is adjacent to the second side surface. Can be located.
  • the substrate including the protrusions may be a patterned sapphire substrate.
  • the ⁇ may be 30 °.
  • the light emitting device may further include a first electrode electrically connected to the first conductivity type semiconductor layer and a second electrode electrically connected to the second conductivity type semiconductor layer, wherein the first electrode is a first electrode pad.
  • the second electrode may include a second electrode pad, and one of the first electrode pad and the second electrode pad may be positioned adjacent to the second side surface.
  • the wire may extend from one of the first and second electrode pads to one of the first lead frame and the second lead frame, and the wire may extend through an upper space of the second side surface. .
  • the light emitting device may include a plurality of light emitting elements, and a first side of one of the plurality of light emitting elements and a first side of another of the plurality of light emitting elements are parallel to each other. Can be arranged.
  • the side wall portion may include a protrusion that protrudes toward the center of the body portion, and the protrusion may protrude toward a space between the plurality of light emitting devices.
  • the body portion may have an elongated cavity surrounded by the side wall portion.
  • the first side surface of the light emitting device may be disposed along the longitudinal direction of the cavity.
  • the light emitting device includes a first lead frame 221, a body portion 210 including a second lead frame 223, and at least one light emitting device 100. Furthermore, the light emitting device may include at least one wire 231 and 233.
  • the body portion 210 provides an area in which the light emitting device 100 is disposed.
  • the body portion 210 includes a first lead frame 221 and a second lead frame 223.
  • the base part 213 and the side wall part 211 may be included.
  • the body portion 210 may be surrounded by the side wall portion 211, and may include a cavity 215 opened upward.
  • the planar shape of the body portion 210 is not limited, but may have a generally square shape, for example.
  • the lengths of the first and third sidewalls 211a and 211c may be longer than the lengths of the second and fourth sidewalls 211b and 211d.
  • the number of inner surfaces of the sidewall part 211 may be determined according to the number of sides of the polygon.
  • the first to fourth sidewalls 211a, 211b, 211c, and 211d may have a slope as shown.
  • the inclination of the first to fourth sidewalls 211a, 211b, 211c, and 211d may be adjusted in various ways in consideration of a direction angle of the light emitting device.
  • the first to fourth sidewalls 211a, 211b, 211c, and 211d may include at least one of a flat surface, a concave surface, and a convex surface.
  • the first to fourth sidewalls 211a, 211b, 211c, and 211d may be formed in a form in which a tangential slope varies according to a direction from the bottom to the top of the vertical cross section.
  • the base portion 213 and the side wall portion 211 of the body portion 210 may be formed of an insulating material, and may include general plastics including polymers, acrylonitrile butadiene styrene (ABS), liquid crystalline polymer (LCP), and polyamide (PA). ), IPS (polyphenylene sulfide) or TPE (thermoplastic elastomer) or the like, or may be formed of a ceramic.
  • the base portion 213 and the side wall portion 211 may be formed of different materials, or may be formed of the same material. When the base portion 213 and the side wall portion 211 are formed of the same material, as shown, the base portion 213 and the side wall portion 211 may be integrally formed.
  • the present invention is not limited thereto, and the base portion 213 and the side wall portion 211 may be formed of a metal material, and in this case, an electrical short between the first and second lead frames 221 and 223 may be prevented.
  • An insulating material may be further interposed between the lead frames 221 and 223 and the base portion 213 (and / or the side wall portion 211).
  • the present invention is not limited thereto, and the structure of the body portion 210 is not limited as long as it can provide a region in which the light emitting device 100 is mounted.
  • the body portion 210 may not include a cavity.
  • the first lead frame 221 and the second lead frame 223 may be spaced apart from each other.
  • the first and second lead frames 221 and 223 may be fixed at least partially surrounded by the base 213 and / or the side wall 211. At least a portion of the first lead frame 221 and at least a portion of the second lead frame 223 may be exposed in the cavity 215.
  • the first and second lead frames 221 and 223 may be electrically connected to the light emitting device 100.
  • the light emitting device 100 and the lead frames 221 and 223 may be electrically connected through at least one wire 231 and 233. This will be described later in more detail.
  • FIG. 5 shows a cross section of a portion corresponding to the line B-B 'of FIG. 4
  • FIG. 6 shows a cross section of a portion corresponding to the line C-C' of FIG.
  • the substrate 110 may be an insulating or conductive substrate.
  • the substrate 110 may be a growth substrate for growing the light emitting structure 120, and may include a sapphire substrate, a silicon carbide substrate, a silicon substrate, a gallium nitride substrate, an aluminum nitride substrate, and the like.
  • the substrate 110 includes a plurality of protrusions 111 formed in at least a portion of an upper surface thereof.
  • the plurality of protrusions 111 of the substrate 110 may be formed in a regular pattern.
  • the plurality of protrusions 111 may be formed to form a honeycomb pattern in which regular hexagons are repeatedly arranged.
  • the plurality of protrusions 111 may be arranged to have a regular pattern in a shape disposed at the center of the regular hexagon and the vertices of the regular hexagon. Therefore, the distance from the center of one protrusion 111 of the plurality of protrusions 111 to the center of the other six protrusions 111 adjacent to the one protrusion 111 is substantially the same.
  • the protrusion 111 may have various shapes, for example, the protrusion 111 may be formed in a conical shape, a cone shape, a polygonal cone shape, a cylinder shape, a polygonal shape, and the like.
  • the plurality of protrusions 111 may be disposed to have a predetermined orientation.
  • the orientation of the protrusions 111 may be defined through a relationship with at least one side of the side surfaces of the light emitting device 100. For example, three straight lines extending from the center of one of the plurality of protrusions 111 to the center of three of the six protrusions adjacent to the one protrusion are defined. At this time, the three straight lines form an angle of 120 ° to each other. An angle formed by at least one straight line among the three straight lines and a relatively long side among the side surfaces of the light emitting device 100 may be 15 ° to 45 °. As such, the plurality of protrusions 111 may have a predetermined orientation defined by a relationship with one side of the light emitting device 100, so that light emission efficiency of the light emitting device may be improved. This will be described later in more detail.
  • the active layer 123 may include a multi-quantum well structure (MQW), and the composition ratio of the nitride semiconductor may be adjusted to emit a desired wavelength.
  • the second conductivity-type semiconductor layer 125 may be a p-type semiconductor layer.
  • the exposed region 120e may expose the first conductive semiconductor layer 121 to provide an area where the first electrode 150 and the first conductive semiconductor layer 121 can be electrically connected. Therefore, the exposure area 120e may be formed corresponding to the position where the first electrode 150 is disposed in consideration of current dispersion of the light emitting device 100. For example, as shown in FIG. 4, the exposed area 120e may be formed to extend in a direction toward the fourth side 104 from a portion adjacent to the second side surface 102.
  • the light emitting structure 120 may include a mesa including the second conductivity-type semiconductor layer 125 and the active layer 123, and the exposed area 120e may be formed around the mesa. .
  • the light emitting structure 120 may further include an uneven pattern (not shown) formed on at least a portion of the side surface thereof. Accordingly, the light extraction efficiency of the light emitting device can be improved.
  • the second electrode 160 may be located in the region where the current blocking layer 130 is formed.
  • the current blocking layer 130 may have an area larger than that of the second electrode 160, and may have a plane shape generally corresponding to the plane shape of the second electrode 160. Accordingly, the current blocking layer 130 is a current that is supplied to the second electrode 160 is directly transmitted to the first conductive semiconductor layer 121 through the transparent electrode 140 to block the concentration of current, Light emission efficiency may be reduced by absorbing or reflecting light to the current blocking layer 130.
  • the second electrode 160 is positioned on the second conductive semiconductor layer 125, and at least a part of the second electrode 160 is positioned on the region where the current blocking layer 130 is located.
  • the second electrode 160 includes a second electrode pad 161 and at least one second electrode extension 163, and the second electrode pad 161 and the second electrode extension 163 are each pad currents. It may be located on the blocking layer 131 and the extension current blocking layer 133. Therefore, a portion of the transparent electrode 140 may be interposed between the second electrode 160 and the current blocking layer 130.
  • the first electrode 150 may be positioned on the first conductive semiconductor layer 121 and electrically connected to the first conductive semiconductor layer 121.
  • the first electrode 150 may be positioned on the exposed region 120e and may be in ohmic contact with the first conductive semiconductor layer 121.
  • the first electrode 150 may have a side surface of the second conductive semiconductor layer 125 and an active layer 123. Can be spaced from the side.
  • the first electrode 150 may include a first electrode pad 151 and a first electrode extension 153.
  • the first electrode pad 151 may be positioned adjacent to the second side surface 102.
  • the first electrode extension 153 may extend from the first electrode pad 151 and may extend from the second side surface 102 toward the fourth side surface 104. At least a portion of the first electrode 150 may be disposed between the second electrode extensions 163.
  • a vector line extending in a direction from the center of the first protrusion P1 toward the center of the second protrusion P2 is defined as the first vector line V1 and the third protrusion (from the center of the first protrusion P1).
  • a vector line extending in the direction toward the center of P3) is defined as a third vector line V3.
  • the angle formed by the first vector line V1 and the third vector line V3 is 60 °.
  • the orientation of the protrusions arranged in the direction along the second vector line V2 varies according to the angle ⁇ formed by the second vector line V2.
  • ⁇ is 60 °
  • the orientation of the protrusions arranged in the direction along the second vector line V2 It is the same as the orientation of the protrusions arranged in the direction along the first vector line V1.
  • the linear density of the protrusion per unit length of the first vector line V1 is equal to the linear density of the protrusion per unit length of the second vector line V2.
  • the line density of the protrusion per unit length of the first vector line V1 is The line density of the protrusion per unit length of the second vector line V2 is about 1.
  • the linear density of the projections per unit length of the second vector line V2 varies depending on the angle ⁇ (0 ⁇ ⁇ 60 °).
  • the line density of the protrusions per unit length of the second vector line V2 is the first vector line V1. It is less than the linear density of the projections per unit length of.
  • a vector line extending in the direction from the center of the first protrusion P1 toward the center of the second protrusion P2 is defined as the first vector line L1 and the fourth protrusion (from the center of the first protrusion P1).
  • a vector line extending in the direction toward the center of P4 is defined as a second vector line L2, and a vector line extending in the direction toward the center of the sixth protrusion P6 from the center of the first protrusion P1. It is defined as the third vector line L3.
  • the angle formed by the first vector line L1 and the second vector line L2 is 120 °
  • the angle formed by the second vector line L2 and the third vector line L3 is 120 °.
  • the orientation of protrusions when the angle formed between at least one of the first to third vector lines L1, L2, and L3 and the relatively long side surface of the light emitting device 100 is ⁇ is , ⁇ is the same as the orientation of the projections in the case of adding 60 °.
  • the orientation of protrusions when ⁇ is 12 ° is the same as the orientation of protrusions when ⁇ is 72 °.
  • LED 1, LED 2, and LED 3 are diagrams similar to those of planes of light emitting devices having the same planar shape.
  • SS1, SS2, and SS3 are relatively long sides of LED 1, LED 2, and LED 3, respectively.
  • the protrusions under LED 1, LED 2, and LED 3 are arranged to have the same orientation for each of LED 1, LED 2, and LED 3.
  • the angle between the side SS1 of the LED 1 and the side SS2 of the LED 2 is 60 °
  • the angle between the side SS2 of the LED 2 and the side SS3 of the LED 3 is 60 °. That is, when the light emitting device is rotated by 60 ° about the first protrusion P1, the alignment of the protrusions under the light emitting device becomes the same.
  • an angle ⁇ formed between at least one vector line among the first to third vector lines L1, L2, and L3 and the relatively long side surface of the light emitting device 100 may be an angle within a range of 0 to 60 °.
  • the angle ⁇ may be an angle of about 15 ° or more and 45 ° or less, and particularly, the ⁇ may be about 30 °.
  • At least one of the first to third vector lines L1, L2, and L3 and a relatively long side surface of the light emitting device 100 may be ⁇ 1 (15 ° ⁇ 1 ⁇ 45 °).
  • an angle formed by the first vector line L1 and the third side surface 103 may be defined as ⁇ 1.
  • ⁇ 1 may be about 45 °.
  • the linear density of the projections per unit length of the first vector line L1 is greater than the linear density of the projections per unit length of any line 103a parallel to the third side face 103.
  • At least one of the first to third vector lines L1, L2, and L3 and a relatively long side surface of the light emitting device 100 (the first side 101 or the third side).
  • An angle formed by the side surface 103 may be ⁇ 2 (15 ° ⁇ 2 ⁇ 45 °).
  • an angle formed by the first vector line L1 and the third side surface 103 may be defined as ⁇ 2.
  • ⁇ 2 may be about 30 °.
  • the linear density of the projections per unit length of the first vector line L1 is greater than the linear density of the projections per unit length of any line 103a parallel to the third side face 103.
  • the orientation of the protrusions may be determined such that the angle ⁇ has an angle within a range of about 15 ° to 45 °, so that the luminous efficiency of the light emitting device 100 may be improved.
  • the angle ⁇ has an angle within this range, the linear density of the protrusions per unit length on the relatively long side of the light emitting device 100 can be reduced.
  • the line density of the protrusions per unit length in the side becomes smaller, light extraction efficiency through the side may be improved.
  • the amount of light emitted through the relatively long side is greater than the amount of light emitted through the side of the relatively short length. . Accordingly, by reducing the linear density of the projections per unit length at the relatively long side surfaces (eg, the first side surface 101 and the third side surface 103), the total amount of light emitted by the light emitting device can be increased.
  • the linear density of the projections per unit length in the relatively long side surfaces (eg, the first side surface 101 and the third side surface 103) can be minimized, so that the luminous efficiency is minimized. Can be greatly improved.
  • the line density of the protrusion per unit length of the second vector line V2 becomes minimum. . Therefore, in this case, the amount of light emitted from the relatively long side surfaces (eg, the first side surface 101 and the third side surface 103) can be further increased to improve the light emitting efficiency of the light emitting device.
  • the directivity angle of the light emitting device 100 may be increased.
  • the at least one wire 231 and 233 connects at least one of the first electrode 150 and the second electrode 160 and at least one of the first and second lead frames 221 and 223.
  • the at least one wires 231 and 233 may be located on the upper side of the relatively short length of the light emitting device 100.
  • the second wiring 233 connects the second electrode pad 161 and the second lead frame 223 of the light emitting device 100, and at this time, the second wiring 233 extends through the upper space of the second side surface 102 of the light emitting device 100. Accordingly, a part of the second wiring 233 is positioned above the second side surface 102 of the light emitting device 100.
  • the at least one wiring 231 and 233 extends through the upper space of the side of the light emitting device 100 having a relatively short length, and is formed in the upper space of the side of the light emitting device 100 having a relatively long length. It is not located.
  • the light emitting device 100 includes the protrusions 111 having a predetermined orientation, so that the amount of light passing through the relatively long side surfaces (the first side surface 101 and the third side surface 103). Can be increased or maximized.
  • the at least one wire 231 and 233 may be positioned only on the upper side of the relatively short side surfaces (the second side surface 102 and the fourth side surface 104), and the relatively long side surface (the first side surface).
  • the amount of light emitted from the side of the relatively short length is less than the amount of light emitted from the side of the relatively long length, thereby minimizing the amount of light absorbed and lost through the wirings 231 and 233.
  • the light emitted from the side of the relatively long length can minimize the light loss caused by the wiring (231, 233). Accordingly, the luminous efficiency of the light emitting device can be further improved.
  • FIG. 13 to 15 are a perspective view, a plan view, and a cross-sectional view for describing a light emitting device according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 15 shows a cross section of a portion corresponding to the line D-D 'in FIGS. 13 and 14.
  • the light emitting device of this embodiment has a difference in that it includes a plurality of light emitting elements 100 and that the body portion 210 further includes a protruding portion 217 as compared with the light emitting device of FIGS. 1 to 6. have.
  • the light emitting device of the present embodiment will be described based on the difference, and detailed description of the same configuration will be omitted.
  • the light emitting device includes a first lead frame 221, a body portion 210 including a second lead frame 223, and a plurality of light emitting devices 100. Furthermore, the light emitting device may include at least one wire 231 and 233.
  • the plurality of light emitting devices 100 may be disposed in the cavity 215 of the body portion 210.
  • the relatively long length of each of the plurality of light emitting devices 100 that is, the first side 101 and the third side 103 of the light emitting device 100 may be disposed to be substantially parallel.
  • the wirings 231 and 233 are relatively arranged by arranging the relatively long side surfaces (the first side 101 and the third side 103) of the plurality of light emitting devices 100 to be substantially parallel to each other. It can be prevented from passing through the upper part of the long side. Accordingly, the luminous efficiency of the light emitting device including the plurality of light emitting elements 100 can be further improved.
  • the body portion 210 may further include a protrusion 217 protruding from the inner wall of the cavity 215 toward the center portion.
  • the protruding portion 217 may protrude in a direction in which the plurality of light emitting devices 100 face the interspace.
  • the protrusion 217 may protrude from the fourth side wall 211d and protrude in a direction toward a space between the plurality of light emitting devices 100.
  • the surface of the protrusion 217 may include a curved surface and / or a plane.
  • the thickness t1 of the protruding portion 217 may be thicker than the thickness of the other portion t1 of the side wall portion 211. Therefore, the thickness of the protrusion 217 may be thicker than the average thickness of the side wall portion 211.
  • the body portion 210 includes such a protrusion 217, the light emitted from the second side 102 (or the fourth side 104) of the light emitting device 100 passes through the protrusion 217. It can be scattered and dispersed. Accordingly, the light emitted from the second side surface 102 (or the fourth side surface 104) of the light emitting device 100 is reflected on the fourth side wall 211d and is incident on the light emitting device 100 side again to be lost or wired. Losses by 231 and 233 can be prevented.
  • FIG. 16 and 17 are a plan view and a cross-sectional view for describing a light emitting device according to still another embodiment of the present invention.
  • FIG. 17 shows a cross section of a portion corresponding to the line E-E 'of FIG.
  • the light emitting device of this embodiment is different from the light emitting device of FIGS. 1 to 6 in that it is a side view light emitting device.
  • the light emitting device of the present embodiment will be described based on the difference, and detailed description of the same configuration will be omitted.
  • the light emitting device may include at least one wire 231 and 233, and may include a sealing material 240.
  • the body portion 210 has a cavity 215 surrounded by the first sidewall 211a, the second sidewall 211b, the third sidewall 211c and the fourth sidewall 211d.
  • the cavity 215 of the body portion 210 has a relatively long shape. That is, the first sidewall 211a and the third sidewall 211c are relatively longer than the second and fourth sidewalls 211b and 211d.
  • the first sidewall 211a and the third sidewall 211c are inclined more sharply than the second and fourth sidewalls 211b and 211d.
  • the light emitting device 100 is disposed in the relatively long cavity 215 of the body portion 210.
  • the light emitting device 100 is disposed in the cavity 215 such that the length direction of the light emitting device 100 and the length direction of the cavity 215 coincide with each other. That is, the relatively long side surface of the light emitting device 100, that is, the first side surface and the third side surface of the light emitting device 100 may have a relatively long first sidewall of the body portion 210 surrounding the cavity 215. And are substantially parallel to 211a and the third sidewall 211c.
  • the elongated light emitting device 100 is arranged to match the longitudinal direction of the cavity 215, and the linear density of the protrusions 111 positioned on the first and third side surfaces of the light emitting device 100 is provided.
  • the light efficiency of the light emitting device can be improved by controlling the light emitted to the first and third sidewalls 211a and 211c by reducing the.
  • the wirings 231 and 233 are disposed to pass over the upper side of the relatively short length (second side and fourth side) of the light emitting device 100, and thus includes the light emitting device 100 The luminous efficiency of the light emitting device can be further improved.
  • the encapsulant 240 may cover the light emitting device 100 and the wirings 231 and 233 and fill the cavity 215.
  • the sealant 240 may be formed of, for example, a transparent resin such as epoxy or silicone resin, and may contain a phosphor to convert wavelengths of light emitted from the light emitting device 100.
  • the light emitting device and the light emitting device were manufactured by only changing the orientation of the protrusions 111 of the substrate 110, and their light emission power and light flux were examined.
  • the side view light emitting device as described with reference to FIGS. 16 to 18 was used as the light emitting device.
  • the light emitting device of Comparative Example has an orientation in which an angle formed between at least one of the first to third vector lines L1, L2, and L3 and the relatively long side surface (first side surface 101) of the light emitting device is 60 °.
  • Each of the light emitting devices according to the embodiment includes at least one vector line among the first to third vector lines L1, L2, and L3 and a relatively long side surface of the light emitting device (first side 101). Includes protrusions 111 having an orientation of 30 °.
  • the flux of light was measured.
  • the light emission power of the light emitting device was measured at the central axis of the light emitting surface of the light emitting device, and the light flux of the side view light emitting device was measured for light emitted in all directions from the light emitting device using the integrating sphere.
  • the light emission wavelengths of the light emitting elements of the comparative examples and examples were almost similar, approximately 446 nm.
  • the luminous power of the light emitting element of Example was improved approximately 1.07% compared with the luminous power of the light emitting element of Comparative Example. This shows that the output of light traveling to the upper surface of the light emitting device is improved by changing the orientation of the protrusions 111.
  • the light flux of the light emitting device of Example was improved by 0.46% compared with the light flux of the light emitting element of Comparative Example.
  • the improvement of the light flux of the embodiment is evaluated to have a significant meaning.

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Abstract

발광 소자 및 발광 장치가 제공된다. 발광 소자는, 제1 측면 및 제1 측면보다 짧은 길이를 갖는 제2 측면을 포함하는 발광 소자에 있어서, 상면에 형성된 돌출부들을 포함하는 기판; 및 기판 상에 위치하는 발광 구조체를 포함하고, 돌출부들은 벌집패턴으로 배치되며, 제1 돌출부, 제1 돌출부에 인접하며, 제1 돌출부로부터 동일한 거리로 이격된 제2 내지 제7 돌출부를 포함하고, 제1 돌출부의 중심으로부터 제2 돌출부의 중심으로 향하는 방향으로 연장되는 제1 벡터선과 제1 돌출부의 중심으로부터 제4 돌출부의 중심으로 향하는 방향으로 연장되는 제2 벡터선이 이루는 각은 120°이고, 제2 벡터선과 제1 돌출부의 중심으로부터 제6 돌출부의 중심으로 향하는 방향으로 연장되는 제3 벡터선이 이루는 각은 120°이며, 제1 내지 제3 벡터선 중 적어도 하나의 벡터선과 제1 측면이 이루는 각θ는 15°이상 45°이하이다.

Description

발광 소자 및 이를 포함하는 발광 장치
본 발명은 발광 소자 및 이를 포함하는 발광 장치에 관한 것으로, 특히, 소정의 배향성을 갖도록 배치된 돌출부들을 포함하는 기판을 포함하는 발광 소자 및 이를 포함하는 발광 장치에 관한 것이다.
질화물계 반도체로 형성되는 발광 소자는 질화물계 반도체를 에피 성장시킬 수 있는 성장 기판 상에 성장되어 제공된다. 질화물계 반도체는 사파이어 기판, SiC 기판, 실리콘 기판, ZnO 기판 등과 같은 이종(heterogeous) 기판 또는 GaN 기판과 같은 동종(homogeneous) 기판 상에 성장될 수 있다. 특히, 사파이어는 녹는점이 매우 높고, 습식 식각에 대한 내성이 강하며, 가격이 저렴하여 질화물계 반도체의 성장 기판으로 폭넓게 이용된다.
최근 이러한 사파이어 기판의 표면을 패터닝하여 소정의 패턴들을 형성한 패터닝된 사파이어 기판(patterned sapphire substrate; PSS)이 발광 소자 제조용 성장 기판으로 이용되고 있다. PSS의 패턴들은 발광 소자의 광 추출 효율을 향상시키고, 질화물계 반도체의 에피택셜 성장 공정 개선시켜 결정성을 향상시킨다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 기판(예컨대, PSS)의 복수의 돌출부들이 소정의 배향성을 가져 발광 효율이 향상된 발광 소자를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는, 복수의 돌출부들의 배향되는 방향과 발광 소자가 배치되는 방향이 특정 관계를 갖도록 함으로써, 발광 효율이 향상된 발광 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 발광 소자는, 제1 측면 및 상기 제1 측면보다 짧은 길이를 갖는 제2 측면을 포함하고, 상면에 형성된 복수의 돌출부들을 포함하는 기판; 및 상기 기판 상에 위치하며, 제1 도전형 반도체층, 제2 도전형 반도체층 및 상기 제1 및 제2 도전형 반도체층의 사이에 위치하는 활성층을 포함하는 발광 구조체를 포함하고, 상기 복수의 돌출부들은 벌집패턴으로 배치되며, 상기 복수의 돌출부들은 제1 돌출부, 상기 제1 돌출부에 인접하며, 제1 돌출부로부터 동일한 거리로 이격된 제2 내지 제7 돌출부를 포함하고, 상기 제1 돌출부의 중심으로부터 제2 돌출부의 중심으로 향하는 방향으로 연장되는 벡터선은 제1 벡터선으로 정의되고, 상기 제1 돌출부의 중심으로부터 제4 돌출부의 중심으로 향하는 방향으로 연장되는 벡터선은 제2 벡터선으로 정의되며, 상기 제1 돌출부의 중심으로부터 제6 돌출부의 중심으로 향하는 방향으로 연장되는 벡터선은 제3 벡터선으로 정의되며, 상기 제1 벡터선과 제2 벡터선이 이루는 각은 120°이고, 상기 제2 벡터선과 제3 벡터선이 이루는 각은 120°이며, 상기 제1 내지 제3 벡터선 중 적어도 하나의 벡터선과 상기 제1 측면이 이루는 각θ는 15°이상 45°이하이다.
본 발명의 다른 측면에 따른 발광 장치는, 기저부 및 측벽부를 포함하는 몸체부; 상기 몸체부에 고정되는 제1 및 제2 리드 프레임; 및 상기 기저부 상에 위치하며, 제1 측면 및 상기 제1 측면보다 짧은 길이를 갖는 제2 측면을 포함하는 발광 소자를 포함하고, 상기 발광 소자는, 상면에 형성된 복수의 돌출부들을 포함하는 기판; 및 상기 기판 상에 위치하며, 제1 도전형 반도체층, 제2 도전형 반도체층 및 상기 제1 및 제2 도전형 반도체층의 사이에 위치하는 활성층을 포함하는 발광 구조체를 포함하고, 상기 복수의 돌출부들은 벌집패턴으로 배치되며, 상기 복수의 돌출부들은 제1 돌출부, 상기 제1 돌출부에 인접하며, 제1 돌출부로부터 동일한 거리로 이격된 제2 내지 제7 돌출부를 포함하고, 상기 제1 돌출부의 중심으로부터 제2 돌출부의 중심으로 향하는 방향으로 연장되는 벡터선은 제1 벡터선으로 정의되고, 상기 제1 돌출부의 중심으로부터 제4 돌출부의 중심으로 향하는 방향으로 연장되는 벡터선은 제2 벡터선으로 정의되며, 상기 제1 돌출부의 중심으로부터 제6 돌출부의 중심으로 향하는 방향으로 연장되는 벡터선은 제3 벡터선으로 정의되며, 상기 제1 벡터선과 제2 벡터선이 이루는 각은 120°이고, 상기 제2 벡터선과 제3 벡터선이 이루는 각은 120°이며, 상기 제1 내지 제3 벡터선 중 적어도 하나의 벡터선과 상기 제1 측면이 이루는 각θ는 15°이상 45°이하이다.
실시예들에 따르면, 복수의 돌출부들이 발광 소자의 상대적으로 긴 길이는 갖는 측면과의 관계에서 소정의 각도를 갖도록 배향성을 가짐으로써, 발광 소자의 상대적으로 긴 길이를 갖는 측면으로 방출되는 광량을 증가시킬 수 있다. 또한, 상기 발광 소자를 포함하는 발광 장치를 제공하며, 발광 소자의 전극들과 배선의 배치관계를 통해 발광 효율이 우수한 발광 장치를 제공할 수 있다.
도 1 내지 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 장치를 설명하기 위한 사시도, 평면도 및 단면도이다.
도 4 내지 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자 및 발광 장치를 설명하기 위한 평면도 및 단면도들이다.
도 7 내지 도 12는 본 발명의 실시예들에 따른 기판의 돌출부들의 방향성 및 배치를 설명하기 위한 모식도들이다.
도 13 내지 도 15는 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광 장치를 설명하기 위한 사시도, 평면도 및 단면도이다.
도 16 및 도 17은 본 발명의 또 다른 실시예에 발광 장치를 설명하기 위한 사시도, 평면도 및 단면도들이다.
본 발명의 실시예들에 따른 발광 소자 및 발광 장치는 다양한 양태로 구현될 수 있다.
본 발명의 다양한 측면들에 따른 발광 소자는, 제1 측면 및 상기 제1 측면보다 짧은 길이를 갖는 제2 측면을 포함하고, 상면에 형성된 복수의 돌출부들을 포함하는 기판; 및 상기 기판 상에 위치하며, 제1 도전형 반도체층, 제2 도전형 반도체층 및 상기 제1 및 제2 도전형 반도체층의 사이에 위치하는 활성층을 포함하는 발광 구조체를 포함하고, 상기 복수의 돌출부들은 벌집패턴으로 배치되며, 상기 복수의 돌출부들은 제1 돌출부, 상기 제1 돌출부에 인접하며, 제1 돌출부로부터 동일한 거리로 이격된 제2 내지 제7 돌출부를 포함하고, 상기 제1 돌출부의 중심으로부터 제2 돌출부의 중심으로 향하는 방향으로 연장되는 벡터선은 제1 벡터선으로 정의되고, 상기 제1 돌출부의 중심으로부터 제4 돌출부의 중심으로 향하는 방향으로 연장되는 벡터선은 제2 벡터선으로 정의되며, 상기 제1 돌출부의 중심으로부터 제6 돌출부의 중심으로 향하는 방향으로 연장되는 벡터선은 제3 벡터선으로 정의되며, 상기 제1 벡터선과 제2 벡터선이 이루는 각은 120°이고, 상기 제2 벡터선과 제3 벡터선이 이루는 각은 120°이며, 상기 제1 내지 제3 벡터선 중 적어도 하나의 벡터선과 상기 제1 측면이 이루는 각θ는 15°이상 45°이하이다.
상기 θ는 30°일 수 있다.
상기 돌출부들은 하면이 원형인 콘형 또는 원뿔형의 형태를 가질 수 있다.
상기 제1 내지 제3 벡터선의 단위 길이당 돌출부들의 선밀도는 상기 제1 측면에 평행한 임의의 선의 단위 길이당 돌출부들의 선밀도보다 클 수 있다.
상기 발광 소자는, 상기 제1 도전형 반도체층에 전기적으로 연결된 제1 전극 및 상기 제2 도전형 반도체층에 전기적으로 연결된 제2 전극을 더 포함할 수 있다.
상기 제1 전극은 제1 전극 패드를 포함할 수 있고 상기 제2 전극은 제2 전극 패드를 포함할 수 있고, 상기 제1 전극 패드 및 상기 제2 전극 패드 중 하나는 상기 제2 측면에 인접하여 위치할 수 있다.
상기 발광 소자는 직사각형의 평면 형상을 가질 수 있다.
상기 돌출부들을 포함하는 기판은 패터닝된 사파이어 기판일 수 있다.
본 발명의 다른 다양한 측면들에 따른 발광 장치는, 기저부 및 측벽부를 포함하는 몸체부; 상기 몸체부에 고정되는 제1 및 제2 리드 프레임; 및 상기 기저부 상에 위치하며, 제1 측면 및 상기 제1 측면보다 짧은 길이를 갖는 제2 측면을 포함하는 발광 소자를 포함하고, 상기 발광 소자는, 상면에 형성된 복수의 돌출부들을 포함하는 기판; 및 상기 기판 상에 위치하며, 제1 도전형 반도체층, 제2 도전형 반도체층 및 상기 제1 및 제2 도전형 반도체층의 사이에 위치하는 활성층을 포함하는 발광 구조체를 포함하고, 상기 복수의 돌출부들은 벌집패턴으로 배치되며, 상기 복수의 돌출부들은 제1 돌출부, 상기 제1 돌출부에 인접하며, 제1 돌출부로부터 동일한 거리로 이격된 제2 내지 제7 돌출부를 포함하고, 상기 제1 돌출부의 중심으로부터 제2 돌출부의 중심으로 향하는 방향으로 연장되는 벡터선은 제1 벡터선으로 정의되고, 상기 제1 돌출부의 중심으로부터 제4 돌출부의 중심으로 향하는 방향으로 연장되는 벡터선은 제2 벡터선으로 정의되며, 상기 제1 돌출부의 중심으로부터 제6 돌출부의 중심으로 향하는 방향으로 연장되는 벡터선은 제3 벡터선으로 정의되며, 상기 제1 벡터선과 제2 벡터선이 이루는 각은 120°이고, 상기 제2 벡터선과 제3 벡터선이 이루는 각은 120°이며, 상기 제1 내지 제3 벡터선 중 적어도 하나의 벡터선과 상기 제1 측면이 이루는 각θ는 15°이상 45°이하이다.
상기 θ는 30°일 수 있다.
상기 제1 내지 제3 벡터선의 단위 길이당 돌출부들의 선밀도는 상기 제1 측면에 평행한 임의의 선의 단위 길이당 돌출부들의 선밀도보다 클 수 있다.
상기 발광 소자는, 상기 제1 도전형 반도체층에 전기적으로 연결된 제1 전극 및 상기 제2 도전형 반도체층에 전기적으로 연결된 제2 전극을 더 포함할 수 있으며, 상기 제1 전극은 제1 전극 패드를 포함하고, 상기 제2 전극은 제2 전극 패드를 포함할 수 있으며, 상기 제1 전극 패드 및 상기 제2 전극 패드 중 하나는 상기 제2 측면에 인접하여 위치할 수 있다.
상기 발광 장치는, 상기 제1 전극 패드 및 상기 제2 전극 패드 중 적어도 하나와 상기 제1 리드 프레임 및 제2 리드 프레임 중 적어도 하나를 전기적으로 연결하는 배선을 더 포함할 수 있다.
상기 배선은 상기 제1 및 제2 전극 패드 중 하나로부터 상기 제1 리드 프레임 및 제2 리드 프레임 중 하나로 연장되어 형성될 수 있고, 상기 배선은 상기 제2 측면의 상부 공간을 통과하여 연장될 수 있다.
상기 발광 장치는 복수의 발광 소자를 포함할 수 있고, 상기 복수의 발광 소자들 중 하나의 발광 소자의 제1 측면과, 상기 복수의 발광 소자들 중 또 다른 하나의 발광 소자의 제1 측면은 평행하게 배치될 수 있다.
상기 측벽부는 상기 몸체부의 중심부를 향하여 돌출되는 돌출부분을 포함할 수 있고, 상기 돌출부분은 상기 복수의 발광 소자들의 사이 공간을 향하여 돌출될 수 있다.
몇몇 실시예들에 있어서, 상기 몸체부는 상기 측벽부로 둘러싸인 기다란 형상의 캐비티를 가질 수 있다. 상기 발광 소자의 제1 측면은 상기 캐비티의 길이 방향을 따라 배치될 수 있다.
또한, 상기 몸체부의 측벽부는 상대적으로 기다란 제1 및 제3 측벽부들과 상대적으로 짧은 제2 및 제4 측벽부들을 포함할 수 있으며, 상기 제1 및 제3 측벽부들의 경사면이 상기 제2 및 제4 측벽부들의 경사면보다 급격할 수 있다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 실시예들은 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고, 도면들에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다. 또한, 하나의 구성요소가 다른 구성요소의 "상부에" 또는 "상에" 있다고 기재된 경우 각 부분이 다른 부분의 "바로 상부" 또는 "바로 상에" 있는 경우뿐만 아니라 각 구성요소와 다른 구성요소 사이에 또 다른 구성요소가 개재된 경우도 포함한다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 1 내지 도 3은 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 장치를 설명하기 위한 사시도, 평면도 및 단면도이고, 도 4 내지 도 6은 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자 및 발광 장치를 설명하기 위한 평면도 및 단면도들이다. 도 3은 도 1 및 도 2의 A-A'선에 대응하는 부분의 단면을 도시한다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 상기 발광 장치는 제1 리드 프레임(221), 제2 리드 프레임(223)를 포함하는 몸체부(210) 및 적어도 하나의 발광 소자(100)를 포함한다. 나아가, 상기 발광 장치는 적어도 하나의 배선(231, 233)을 포함할 수 있다.
몸체부(210)는 발광 소자(100)가 배치되는 영역을 제공하며, 본 실시예에 있어서, 몸체부(210)는 제1 리드 프레임(221) 및 제2 리드 프레임(223)를 포함하며, 나아가, 기저부(213) 및 측벽부(211)를 포함할 수 있다. 이때, 몸체부(210)는 측벽부(211)에 둘러싸이며, 상부로 개구된 캐비티(215)를 포함할 수 있다. 몸체부(210)의 평면적 형태는 제한되지 않으나, 예컨대, 대체로 정방형의 형태를 가질 수 있다.
측벽부(211)는 기저부(213) 상에 위치하며, 기저부(213) 상부에 일부 공간을 둘러싸는 형태로 형성되어, 발광 소자(100)가 실장되는 공간을 제공할 수 있다. 상기 공간은 캐비티(215)에 대응할 수 있다. 측벽부(211)는 내측면들을 포함할 수 있고, 상기 측벽부(211)의 내측면들은 제1 측벽(211a), 제2 측벽(211b), 제3 측벽(211c) 및 제4 측벽(211d)을 포함할 수 있다. 제1 내지 제4 측벽(211a, 211b, 211c, 211d)들은 실질적으로 동일한 길이를 가질 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 다양한 실시예들에서, 제1 및 제3 측벽(211a, 211c)의 길이는 제2 및 제4 측벽(211b, 211d)의 길이보다 길 수 있다. 또한, 다양한 실시예들에서, 발광 장치의 캐비티(215)의 평면이 다각형으로 형성되는 경우, 상기 다각형의 변의 수에 따라 측벽부(211)의 내측면의 개수가 결정될 수 있다.
제1 내지 제4 측벽(211a, 211b, 211c, 211d)들은 도시된 바와 같이 경사를 가질 수 있다. 제1 내지 제4 측벽(211a, 211b, 211c, 211d)들의 경사는 발광 장치의 지향각 등을 고려하여 다양하게 조절될 수 있다. 나아가, 제1 내지 제4 측벽(211a, 211b, 211c, 211d)들은 평평한 면, 오목한 면 및 볼록한 면 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또한, 제1 내지 제4 측벽(211a, 211b, 211c, 211d)들은, 수직 단면을 기준으로 하부에서 상부로 향하는 방향에 따라 접선 기울기가 달라지는 형태로 형성될 수도 있다.
몸체부(210)의 기저부(213) 및 측벽부(211)는 절연성 물질로 형성될 수 있으며, 폴리머 등을 포함하는 일반적인 플라스틱, ABS(acrylonitrile butadiene styrene), LCP(liquid crystalline polymer), PA(polyamide), IPS(polyphenylene sulfide) 또는 TPE(thermoplastic elastomer) 등으로 형성되거나, 또는 세라믹으로 형성될 수도 있다. 기저부(213)와 측벽부(211)는 서로 다른 물질로 형성될 수도 있고, 동일한 물질로 형성될 수 있다. 기저부(213)와 측벽부(211)가 동일한 물질로 형성된 경우, 도시된 바와 같이, 기저부(213)와 측벽부(211)는 일체로 형성될 수 있다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 기저부(213) 및 측벽부(211)는 금속 물질로 형성될 수도 있고, 이 경우, 제1 및 제2 리드 프레임(221, 223) 간의 전기적 쇼트를 방지하기 위하여 리드 프레임(221, 223)들과 기저부(213)(및/또는 측벽부(211))의 사이에 절연 물질이 더 개재될 수 있다.
다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 몸체부(210)의 구조는 발광 소자(100)가 실장되는 영역을 제공할 수 있는 것이면 제한되지 않는다. 예를 들어, 몸체부(210)는 캐비티를 포함하지 않을 수도 있다.
제1 리드 프레임(221) 및 제2 리드 프레임(223)은 서로 이격되어 배치될 수 있다. 제1 및 제2 리드 프레임(221, 223)은 기저부(213) 및/또는 측벽부(211)에 적어도 부분적으로 둘러싸여 고정될 수 있다. 제1 리드 프레임(221)의 적어도 일부 및 제2 리드 프레임(223)의 적어도 일부는 캐비티(215) 내에 노출될 수 있다. 제1 및 제2 리드 프레임(221, 223)은 발광 소자(100)와 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 적어도 하나의 배선(231, 233)을 통해 발광 소자(100)와 리드 프레임(221, 223)들이 전기적으로 연결될 수 있다. 이와 관련하여 후술하여 더욱 상세하게 설명한다.
또한, 몇몇 실시예들에서, 제1 및 제2 리드 프레임(221, 223) 중 적어도 하나는 발광 소자(100)가 실장되는 영역을 제공할 수 있다. 예컨대, 도시된 바와 같이, 발광 소자(100)는 제1 리드 프레임(221) 상에 실장될 수 있으며, 이에 따라, 발광 소자(100)는 캐비티(215) 내에 배치될 수 있다. 리드 프레임(221, 223)은 전기적 도전성을 갖는 물질로 형성될 수 있고, 단일층 또는 다중층으로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 리드 프레임(221, 223)은 Cu, Ni, Au, Pt, Pd, Rh, W, Ti, Al, Mg, Ag 등을 포함할 수 있다.
본 실시예에서, 상기 발광 장치는 두 개의 리드 프레임(221, 223)을 포함하는 것으로 설명하고 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 다른 실시예들에서, 발광 장치는 세 개 이상의 리드 프레임들을 포함할 수도 있으며, 리드 프레임들간의 전기적 연결 형태(예를 들어, 직렬 연결, 병렬 연결, 직병렬 연결 등)를 제어하여 발광 장치의 발광 다이오들의 전기적 연결 형태를 제어할 수 있다.
발광 소자(100)는 몸체부(210) 상에 위치할 수 있다. 발광 소자(100)는 몸체부(210)의 캐비티(215) 내에 배치될 수 있고, 또한, 제1 리드 프레임(221) 상에 실장될 수 있다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 발광 소자(100)는 복수의 측면들을 포함할 수 있으며, 상기 복수의 측면들은 상대적으로 긴 길이를 갖는 일 측면 및 상기 일 측면보다 짧은 길이를 갖는 타 측면을 포함할 수 있다.
이하, 도 4 내지 도 6을 참조하여, 일 실시예에 따른 발광 소자(100)에 관하여 설명한다. 또한, 도 7 내지 도 12를 참조하여 기판(110)의 복수의 돌출부(111)들의 배향성을 갖는 배치에 관하여 설명한다. 도 4 내지 도 6에서, 도 5는 도 4의 B-B'선에 대응하는 부분의 단면을 도시하고, 도 6은 도 4의 C-C'선에 대응하는 부분의 단면을 도시한다.
도 4 내지 도 6을 참조하면, 발광 소자(100)는 기판(110), 발광 구조체(120), 제1 전극(150) 및 제2 전극(160)을 포함한다. 나아가, 상기 발광 소자는, 전류 차단층(130), 및 투명 전극(140)을 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 발광 소자(100)는, 대체로 직사각형의 평면 형상을 가질 수 있다. 따라서, 발광 소자(100)는 상대적으로 긴 길이를 갖는 제1 측면(101)과 제3 측면(103), 및 상대적으로 짧은 길이를 갖는 제2 측면(102)과 제4 측면(104)을 포함할 수 있다.
기판(110)은 절연성 또는 도전성 기판일 수 있다. 기판(110)은 발광 구조체(120)를 성장시키기 위한 성장 기판일 수 있으며, 사파이어 기판, 실리콘 카바이드 기판, 실리콘 기판, 질화갈륨 기판, 질화알루미늄 기판 등을 포함할 수 있다. 또한, 기판(110)은 그 상면의 적어도 일부 영역에 형성된 복수의 돌출부(111)들을 포함한다.
기판(110)의 복수의 돌출부(111)들은 규칙적인 패턴으로 형성될 수 있다. 예컨대, 복수의 돌출부(111)들은 정육각형들이 반복적으로 배치된 벌집패턴(honeycomb pattern)을 이루도록 형성될 수 있다. 구체적으로, 복수의 돌출부(111)들은 정육각형의 중심부 및 정육각형의 꼭지점들에 배치된 형태의 규칙적인 패턴을 갖도록 배치될 수 있다. 따라서, 복수의 돌출부(111)들 중 일 돌출부(111)의 중심부로부터, 상기 일 돌출부(111)에 인접하는 다른 6개의 돌출부(111)들의 중심부까지의 거리는 실질적으로 동일하다. 또한, 돌출부(111)는 다양한 형상을 가질 수 있고, 예를 들어, 돌출부(111)는 원뿔형, 콘형, 다각뿔형, 원기둥형, 다각기둥형 등으로 형성될 수 있다.
일 실시예에서, 기판(110)은 사파이어 기판일 수 있으며, 특히, 상면이 패터닝된 패턴된 사파이어 기판(patterned sapphire substrate; PSS)일 수 있다. 상기 PSS는 그 상면에 형성된 복수의 돌출부(111)들을 포함할 수 있고, 복수의 돌출부(111)들은 벌집패턴을 이루도록 배치될 수 있으며, 각각의 돌출부(111)는 콘형 또는 원뿔형의 형태를 가질 수 있다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 기판(110)은 그 상면에 형성된 복수의 돌출부(111)를 포함하는 질화물계 기판일 수도 있다.
상기 복수의 돌출부(111)들은 소정의 배향성을 갖도록 배치될 수 있다. 이러한 돌출부(111)들의 배향성은 발광 소자(100)의 측면들 중 적어도 하나의 측면과의 관계를 통해 정의될 수 있다. 예컨대, 복수의 돌출부(111)들 중 일 돌출부의 중심으로부터 상기 일 돌출부에 인접하는 6개의 돌출부들 중 3개의 돌출부의 중심까지 연장되는 세 개의 직선을 정의한다. 이때, 상기 세 개의 직선들은 서로 120°의 각도를 이룬다. 상기 세 개의 직선들 중 적어도 하나의 직선과, 발광 소자(100)의 측면들 중 상대적으로 긴 측면이 이루는 각은 15° 내지 45°일 수 있다. 이와 같이 복수의 돌출부(111)들이 발광 소자(100)의 일 측면과의 관계로 정의되는 소정의 배향성을 가짐으로써, 발광 소자의 발광 효율이 향상될 수 있다. 이와 관련하여 후술하여 더욱 상세하게 설명한다.
다시 도 4 내지 도 6을 참조하면, 발광 구조체(120)는 기판(110) 상에 위치한다. 따라서, 복수의 돌출부(111)들은 발광 구조체(120)와 기판(110)의 사이에 위치할 수 있다. 발광 구조체(120)는 제1 도전형 반도체층(121), 제1 도전형 반도체층(121) 상에 위치하는 제2 도전형 반도체층(125), 및 제1 도전형 반도체층(121)과 제2 도전형 반도체층(125)의 사이에 위치하는 활성층(123)을 포함할 수 있다. 또한, 발광 구조체(120)는 활성층(123) 및 제2 도전형 반도체층(125)을 적어도 부분적으로 관통하여 제1 도전형 반도체층(121)이 노출되는 노출 영역(120e)을 포함할 수 있다.
제1 도전형 반도체층(121), 활성층(123) 및 제2 도전형 반도체층(125)은 MOCVD와 같은 공지의 방법을 이용하여 챔버 내에서 성장되어 형성될 수 있다. 또한, 제1 도전형 반도체층(121), 활성층(123) 및 제2 도전형 반도체층(125)은 Ⅲ-Ⅴ 계열 질화물계 반도체를 포함할 수 있고, 예를 들어, (Al, Ga, In)N과 같은 질화물계 반도체를 포함할 수 있다. 제1 도전형 반도체층(121)은 n형 불순물 (예를 들어, Si, Ge. Sn)을 포함할 수 있고, 제2 도전형 반도체층(125)은 p형 불순물 (예를 들어, Mg, Sr, Ba)을 포함할 수 있다. 또한, 그 반대일 수도 있다. 활성층(123)은 다중양자우물 구조(MQW)를 포함할 수 있고, 원하는 파장을 방출하도록 질화물계 반도체의 조성비가 조절될 수 있다. 특히, 본 실시예에 있어서, 제2 도전형 반도체층(125)은 p형 반도체층일 수 있다.
노출 영역(120e)은 제1 도전형 반도체층(121)을 노출시켜, 제1 전극(150)과 제1 도전형 반도체층(121)이 전기적으로 연결될 수 있는 영역을 제공할 수 있다. 따라서, 노출 영역(120e)은 발광 소자(100)의 전류 분산 등을 고려하여 제1 전극(150)이 배치될 위치에 대응하여 형성될 수 있다. 예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같이, 노출 영역(120e)은 제2 측면(102)에 인접하는 부분으로부터 제4 측면(104)을 향하는 방향으로 연장되는 형태로 형성될 수 있다. 다양한 실시예들에서, 발광 구조체(120)는 제2 도전형 반도체층(125)과 활성층(123)을 포함하는 메사를 포함할 수 있으며, 노출 영역(120e)은 상기 메사 주변에 형성될 수도 있다.
또한, 발광 구조체(120)는 그 측면의 적어도 일부에 형성된 요철 패턴(미도시)을 더 포함할 수 있다. 이에 따라, 발광 소자의 광 추출 효율이 향상될 수 있다.
전류 차단층(130)은 제2 도전형 반도체층(125) 상에 적어도 부분적으로 위치한다. 전류 차단층(130)은 제2 도전형 반도체층(125) 상에 제2 전극(160)이 위치하는 부분에 대응하여 위치할 수 있다. 전류 차단층(130)은 패드 전류 차단층(131) 및 연장부 전류 차단층(133)을 포함할 수 있다. 패드 전류 차단층(131)과 연장부 전류 차단층(133)은 각각 제2 전극 패드(161) 및 제2 전극 연장부(163)의 위치에 대응하여 위치할 수 있다. 따라서, 도시된 바와 같이, 패드 전류 차단층(131)은 발광 소자의 제4 측면(104)에 인접하여 배치되고, 복수의 연장부 전류 차단층(133)은 제4 측면(104)으로부터 제2 측면(102)으로 향하는 방향으로 연장되도록 배치될 수 있다.
전류 차단층(130)은 제2 전극(160)으로 공급된 전류가 반도체층에 직접적으로 전달되어, 전류가 집중되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 전류 차단층(130)은 절연성을 가질 수 있고, 절연성 물질을 포함할 수 있으며, 단일층 또는 다중층으로 형성될 수도 있다. 예를 들어, 전류 차단층(130)은 SiOx 또는 SiNx을 포함할 수 있고, 또는 굴절률이 다른 절연성 물질층들이 적층된 분포 브래그 반사기를 포함할 수도 있다. 즉, 전류 차단층(130)은 광 투과성을 가질 수도 있고, 광 반사성을 가질 수도 있으며, 또한 선택적 광 반사성을 가질 수도 있다. 또한, 전류 차단층(130)은 전류 차단층(130) 상에 형성되는 제2 전극(160)보다 큰 면적을 가질 수 있다. 이에 따라, 제2 전극(160)은 전류 차단층(130)이 형성되는 영역 내 상에 위치할 수 있다. 나아가, 전류 차단층(130)은 제2 전극(160)보다 큰 면적을 갖되, 제2 전극(160)의 평면 형상에 대체로 대응하는 평면 형상을 가질 수 있다. 이에 따라, 전류 차단층(130)은 제2 전극(160)으로 공급되는 전류가 투명 전극(140)을 통해 제1 도전형 반도체층(121)으로 직접적으로 전달되어 전류가 집중되는 것은 차단하되, 전류 차단층(130)에 광이 흡수되거나 반사되어 발광 효율이 감소되는 것은 최소화시킬 수 있다.
투명 전극(140)은 제2 도전형 반도체층(125) 상에 위치할 수 있고, 또한, 제2 도전형 반도체층(125) 상면의 적어도 일부, 및 전류 차단층(130)의 적어도 일부를 덮는다. 투명 전극(140)은 광 투과성 및 전기적 도전성을 갖는 물질을 포함할 수 있고, 예를 들어, ITO, ZnO, IZO, GZO등과 같은 도전성 산화물 및 Ni/Au와 같은 광 투과성 금속층 중 적어도 하나를 포함할 수도 있다. 또한, 투명 전극(140)은 제2 도전형 반도체층(125)과 오믹 컨택을 형성할 수 있다. 제2 전극(160)이 제2 도전형 반도체층(125)과 직접적으로 접촉하지 않으므로, 투명 전극(140)을 통해 더욱 효과적으로 전류가 분산될 수 있다. 또한, 투명 전극(140)은 단일층 또는 다중층으로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 투명 전극(140)은 다층 구조의 ZnO을 포함할 수 있다.
제2 전극(160)은 제2 도전형 반도체층(125) 상에 위치하되, 제2 전극(160)의 적어도 일부는 전류 차단층(130)이 위치하는 영역 상에 위치한다. 제2 전극(160)은 제2 전극 패드(161) 및 적어도 하나의 제2 전극 연장부(163)를 포함하고, 제2 전극 패드(161)와 제2 전극 연장부(163)는 각각 패드 전류 차단층(131) 및 연장부 전류 차단층(133) 상에 위치할 수 있다. 따라서, 제2 전극(160)과 전류 차단층(130) 사이에는 투명 전극(140)의 일부가 개재될 수 있다.
제2 전극 패드(161)와 제2 전극 연장부(163)는 전류 분산을 고려하여 다양하게 변형될 수 있다. 본 실시예에서, 제2 전극 패드(161)는 제4 측면(104)에 인접하여 배치되고, 두 개의 제2 전극 연장부(163)는 제4 측면(104)으로부터 제2 측면(102)으로 연장될 수 있다. 이때, 제2 전극 연장부(163)들은 곡률을 갖는 부분을 포함하며, 특히, 제2 전극 연장부(163)는, 제2 전극 연장부(163)가 제4 측면(104)으로부터 제2 측면(102)으로 연장함에 따라 제2 전극 연장부(163)로부터 제1 측면(101)(또는 제3 측면(130))까지의 거리가 감소하는 부분 및 증가하는 부분을 포함할 수 있다. 한편, 제2 전극(160)의 배치는 이에 한정되는 것은 아니며, 발광 소자의 형태에 따라 다양하게 변형 및 변경될 수 있다.
제1 전극(150)은 제1 도전형 반도체층(121) 상에 위치할 수 있으며, 제1 도전형 반도체층(121)과 전기적으로 연결된다. 제1 전극(150)은 노출 영역(120e) 상에 위치하여, 제1 도전형 반도체층(121)과 오믹컨택할 수 있으며, 제2 도전형 반도체층(125)의 측면 및 활성층(123)의 측면으로부터 이격될 수 있다. 제1 전극(150)은 제1 전극 패드(151) 및 제1 전극 연장부(153)를 포함할 수 있다. 제1 전극 패드(151)는 제2 측면(102)에 인접하여 위치할 수 있다. 제1 전극 연장부(153)는 제1 전극 패드(151)로부터 연장될 수 있으며, 제2 측면(102)으로부터 제4 측면(104)을 향하는 방향으로 연장될 수 있다. 제1 전극(150)의 적어도 일부는 제2 전극 연장부(163)들의 사이에 배치될 수 있다.
제1 전극(150) 및 제2 전극(160)은 도전성 물질을 포함할 수 있고, 예컨대, Ti, Pt, Au, Cr, Ni, Al, Mg 등과 같은 금속성 물질을 포함할 수 있으며, 단일층 또는 다중층 구조로 형성될 수 있다. 제1 전극(150) 및 제2 전극(160)이 다중층으로 형성되는 경우, Ti층/Au층, Ti층/Pt층/Au층, Cr층/Au층, Cr층/Pt층/Au층, Ni층/Au층, Ni층/Pt층/Au층, 및 Cr층/Al층/Cr층/Ni층/Au층의 금속 적층 구조 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 다만 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 몇몇 실시예들에 따른 발광 소자는, 발광 소자의 표면을 적어도 부분적으로 덮는 패시베이션층(미도시)을 더 포함할 수 있다. 패시베이션층은 외부의 습기 또는 유해 가스로부터 발광 소자를 보호할 수 있다. 패시베이션층은 절연성 물질로 형성될 수 있고, 단일층 또는 다중층으로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 패시베이션층(180)은 SiO2, MgF2, SiN 등을 포함할 수 있고, 또는 TiO2 및 SiO2와 같은 서로 다른 물질층이 반복 적층된 분포 브래그 반사기를 포함할 수도 있다. 또한, 패시베이션층이 다중층으로 이루어진 경우, 최상층은 SiN으로 형성될 수 있고, 이 경우 SiN은 내습성이 높아 상기 발광 소자를 외부 습기로부터 효과적으로 보호할 수 있다.
이하, 도 7 내지 도 12를 참조하여 기판(110)의 복수의 돌출부(111)들의 배향성을 갖는 배치에 관하여 더욱 구체적으로 설명한다.
먼저, 도 7을 참조하여, 본 발명의 실시예들에 따른 복수의 돌출부(111)의 배향성을 정의하는 방법론(methodology)에 관하여 설명한다.
도 7을 참조하면, 복수의 돌출부(111)들이 벌집패턴으로 배치된 경우, 복수의 돌출부(111)들은 제1 내지 제7 돌출부(P1 내지 P7)를 포함한다. 제1 돌출부(P1)를 기준으로, 제1 돌출부(P1)의 주변에는 제2 내지 제7 돌출부(P2 내지 P7)들이 배된다. 제1 돌출부(P1)의 중심부는 임의의 정육각형(H1)의 중심부에 위치하고, 제2 내지 제7 돌출부(P2 내지 P7)들의 중심부들은 상기 임의의 정육각형(H1)의 꼭지점들에 각각 위치한다.
제1 돌출부(P1)의 중심으로부터 제2 돌출부(P2)의 중심을 향하는 방향으로 연장되는 벡터선을 제1 벡터선(V1)으로 정의하고, 제1 돌출부(P1)의 중심으로부터 제3 돌출부(P3)의 중심을 향하는 방향으로 연장되는 벡터선을 제3 벡터선(V3)으로 정의한다. 이때, 제1 벡터선(V1)과 제3 벡터선(V3)이 이루는 각은 60°이다. 복수의 돌출부(111)들이 도시된 바와 같은 벌집패턴으로 배치된 경우, 제1 벡터선(V1)과 제3 벡터선(V3)은 둘다 인접하는 돌출부들의 중심을 관통하게 되므로, 제1 벡터선(V1)을 따르는 방향으로 배치된 돌출부들의 배향성은 제3 벡터선(V3)을 따르는 방향으로 배치된 돌출부들의 배향성과 실질적으로 동일하다.
따라서, 이러한 벌집패턴으로 배치된 돌출부들에 있어서, 제1 벡터선(V1)과 α의 각도차이를 갖는 벡터선을 제2 벡터선(V2)으로 정의할 때, 제1 벡터선(V1)과 제2 벡터선(V2)이 이루는 각도 α에 따라 제2 벡터선(V2)을 따르는 방향으로 배치된 돌출부들의 배향성이 달라지게된다. 상기 α가 60°가 되는 경우, 제2 벡터선(V2)은 제3 벡터선(V3)과 동일한 방향을 가지므로, 이 경우 제2 벡터선(V2)을 따르는 방향으로 배치된 돌출부들의 배향성은 제1 벡터선(V1)을 따르는 방향으로 배치된 돌출부들의 배향성과 동일하다. 그러므로 제1 벡터선(V1)과 제2 벡터선(V2)이 이루는 각도 α가 0초과 60°미만의 값을 가질 때, 제2 벡터선(V2)을 따르는 방향으로 배치된 돌출부들의 배향성은 제1 벡터선(V1)을 따르는 방향으로 배치된 돌출부들의 배향성과 다른 배향성을 가질 수 있다.
또한, 각도 α가 0초과 60°미만의 값을 가질 때, 제1 벡터선(V1)의 단위 길이당 돌출부의 선밀도(linear density)는 제2 벡터선(V2)의 단위 길이당 돌출부의 선밀도와 다르다. 예를 들어, 도 7을 참조하면, 제1 벡터선(V1) 및 제2 벡터선(V2)의 길이를 각각 1로 정의할 때, 제1 벡터선(V1)의 단위 길이당 돌출부의 선밀도는 약 2이고, 제2 벡터선(V2)의 단위 길이당 돌출부의 선밀도는 약 1이다. 이와 같은 접근법으로 볼 때, 제2 벡터선(V2)의 단위 길이당 돌출부의 선밀도는 각도 α(0＜α＜60°)에 따라 달라지게 된다. 또한, 제1 벡터선(V1)을 따르는 방향으로 돌출부들이 배치된 경우에 돌출부들이 가장 조밀하게 배치되어 있으므로, 제2 벡터선(V2)의 단위 길이당 돌출부의 선밀도는 제1 벡터선(V1)의 단위 길이당 돌출부의 선밀도보다 작다.
이러한 방법론을 이용하여, 도 8 및 도 9를 참조하여, 발광 소자(100)에서의 돌출부(111)들의 배향성에 관하여 더욱 상세하게 설명한다.
먼저, 도 8을 참조하면, 기판(110)의 돌출부(111)들은 벌집패턴을 따라 형성된다. 복수의 돌출부(111)들은 제1 내지 제7 돌출부(P1 내지 P7)를 포함한다. 복수의 돌출부(111)들 중 어느 하나의 돌출부인 제1 돌출부(P1)를 기준으로, 제1 돌출부(P1)의 주변에는 제2 내지 제7 돌출부(P2 내지 P7)들이 배치된다. 제1 돌출부(P1)의 중심부는 임의의 정육각형(H1)의 중심부에 위치하고, 제2 내지 제7 돌출부(P2 내지 P7)들의 중심부들은 상기 임의의 정육각형(H1)의 꼭지점들에 각각 위치한다.
제1 돌출부(P1)의 중심으로부터 제2 돌출부(P2)의 중심을 향하는 방향으로 연장되는 벡터선을 제1 벡터선(L1)으로 정의하고, 제1 돌출부(P1)의 중심으로부터 제4 돌출부(P4)의 중심을 향하는 방향으로 연장되는 벡터선을 제2 벡터선(L2)으로 정의하며, 제1 돌출부(P1)의 중심으로부터 제6 돌출부(P6)의 중심을 향하는 방향으로 연장되는 벡터선을 제3 벡터선(L3)으로 정의한다. 이때, 제1 벡터선(L1)과 제2 벡터선(L2)이 이루는 각도는 120°이고, 제2 벡터선(L2)과 제3 벡터선(L3)이 이루는 각도 역시 120°이다.
이와 같이, 제1 내지 제3 벡터선(L1, L2, L3)에 따른 방향을 정의할 때, 제1 내지 제3 벡터선(L1, L2, L3) 중 적어도 하나의 벡터선과 발광 소자(100)의 상대적으로 긴 측면이 이루는 각은 θ로 정의될 수 있다. 구체적으로, 도 8을 참조하면, 도 8에서 100a는 발광 소자(100)의 평면과 닮은꼴의 도형이며, 101a, 102a, 103a, 및 104a는 각각 발광 소자(100)의 제1 측면(101), 제2 측면(102), 제3 측면(103) 및 제4 측면(104)에 평행한 선이다. 여기서, 제1 벡터선(V1)과 상대적으로 긴 측면인 제1 측면(101)에 평행한 선(101a)이 이루는 각도는 θ로 정의된다.
상기 θ는 0 내지 60°의 범위 내의 각도일 수 있다. 상기 도 7에서 설명한 바와 같이, 벌집패턴으로 배치된 돌출부들에 있어서, 제1 벡터선(V1)과 제2 벡터선(V2)이 이루는 각도 α가 0, 60°, 120°, 180°, 240°, 300° 또는 360°가 되는 경우, 제1 벡터선(V1)을 따르는 방향으로 배치된 돌출부들의 배향성은 제2 벡터선(V2)을 따르는 방향으로 배치된 돌출부들의 배향성과 동일하다. 이와 유사하게, 도 8에서, 제1 내지 제3 벡터선(L1, L2, L3) 중 적어도 하나의 벡터선과 발광 소자(100)의 상대적으로 긴 측면이 이루는 각이 θ일 때의 돌출부들의 배향성은, θ에 60°를 더한 경우의 돌출부들의 배향성과 동일하다. 예컨대, θ가 12°일 때의 돌출부들의 배향성은 θ가 72°일 때의 돌출부들의 배향성과 동일하다.
도 9를 참조하여 이를 모식적으로 더 설명하면, LED 1, LED 2, 및 LED 3는 각각 동일한 평면 형상을 갖는 발광 소자들의 평면과 닮은꼴의 도형이다. SS1, SS2, 및 SS3는 각각 LED 1, LED 2, 및 LED 3의 상대적으로 긴 측면이다. 도시된 바와 같이, LED 1, LED 2, 및 LED 3 하부의 돌출부들은, LED 1, LED 2, 및 LED 3 각각에 대해 동일한 배향성을 갖도록 배치되어 있다. 이때, LED 1의 측면 SS1과 LED 2의 측면 SS2가 이루는 각도는 60°이며, LED 2의 측면 SS2와 LED 3의 측면 SS3이 이루는 각도는 60°이다. 즉, 제1 돌출부(P1)을 중심으로 발광 소자를 60°만큼 회전시키면, 발광 소자 하부의 돌출부들의 배향성은 동일해진다.
이에 따라, 제1 내지 제3 벡터선(L1, L2, L3) 중 적어도 하나의 벡터선과 발광 소자(100)의 상대적으로 긴 측면이 이루는 각 θ는 0 내지 60°의 범위 내의 각도일 수 있다. 본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 각 θ는 약 15°이상 45°이하의 각도 일 수 있으며, 특히, 상기 θ는 약 30°일 수 있다. 각 상기 각 θ가 약 15°이상 45°이하의 각도를 갖도록, 돌출부들의 배향성이 제어됨으로써, 발광 소자의 발광 효율이 향상될 수 있다. 또한, 제1 내지 제3 벡터선(L1, L2, L3) 중 적어도 하나의 단위 길이당 돌출부의 선밀도는 발광 소자(100)의 상대적으로 긴 측면(제1 측면(101) 또는 제3 측면(103))에 평행한 선의 단위 길이당 돌출부의 선밀도보다 크다.
도 10 및 도 11은 실시예들에 따른 돌출부(111)들의 배향성을 설명하기 위한 모식도이다. 도 10 및 도 11에서, 발광 소자(100)의 평면을 기준으로 돌출부(111)들의 배치 및 배향성을 나타낸다. 다만, 돌출부(111)들의 개수, 크기 및 밀도는 이에 한정되지 않으며, 설명의 편의를 위하여 돌출부(111)들의 크기를 과장하여 표현한다.
먼저, 도 10을 참조하면, 제1 내지 제3 벡터선(L1, L2, L3) 중 적어도 하나의 벡터선과 발광 소자(100)의 상대적으로 긴 측면(제1 측면(101) 또는 제3 측면(103))이 이루는 각은 θ1(15°＜θ1＜45°)일 수 있다. 본 실시예의 경우, 도시된 바와 같이, 제1 벡터선(L1)과 제3 측면(103)이 이루는 각은 θ1으로 정의될 수 있다. 이때, θ1은 약 45°일 수 있다. 또한, 이 경우, 제1 벡터선(L1)의 단위 길이당 돌출부의 선밀도는 제3 측면(103)과 평행한 임의의 선(103a)의 단위 길이당 돌출부의 선밀도보다 크다.
이와 유사하게, 도 11을 참조하면, 제1 내지 제3 벡터선(L1, L2, L3) 중 적어도 하나의 벡터선과 발광 소자(100)의 상대적으로 긴 측면(제1 측면(101) 또는 제3 측면(103))이 이루는 각은 θ2(15°＜θ2＜45°)일 수 있다. 본 실시예의 경우, 도시된 바와 같이, 제1 벡터선(L1)과 제3 측면(103)이 이루는 각은 θ2로 정의될 수 있다. 이때, θ2는 약 30°일 수 있다. 또한, 이 경우, 제1 벡터선(L1)의 단위 길이당 돌출부의 선밀도는 제3 측면(103)과 평행한 임의의 선(103a)의 단위 길이당 돌출부의 선밀도보다 크다.
이와 같이, 상기 각 θ가 약 15° 내지 45°의 범위 내의 각도를 갖도록 돌출부들의 배향성이 결정됨으로써, 발광 소자(100)의 발광 효율이 향상될 수 있다. 각 θ가 이러한 범위 내의 각도를 갖는 경우, 발광 소자(100)의 상대적으로 긴 측면에서의 단위 길이당 돌출부들의 선밀도가 작아질 수 있다. 측면에서의 단위 길이당 돌출부들의 선밀도가 작아질수록, 측면을 통한 광 추출 효율이 향상될 수 있다. 본 실시예와 같이, 상대적으로 긴 길이의 측면과 상대적으로 짧은 길이의 측면을 갖는 발광 소자(100)의 경우, 상대적으로 긴 길이의 측면을 통한 발광량이 상대적으로 짧은 길이의 측면을 통한 발광량보다 많다. 이에 따라, 상대적으로 긴 길이의 측면(예컨대, 제1 측면(101) 및 제3 측면(103))에서의 단위 길이당 돌출부들의 선밀도를 감소시킴으로써, 전체적인 발광 소자의 발광량을 증가시킬 수 있다.
특히, 상기 각 θ가 30°일 때, 상대적으로 긴 길이의 측면(예컨대, 제1 측면(101) 및 제3 측면(103))에서의 단위 길이당 돌출부들의 선밀도가 최소화될 수 있어, 발광 효율을 매우 향상시킬 수 있다. 도 12에 도시된 바와 같이, 제2 벡터선(V2)과 제1 벡터선(V1)이 이루는 각도가 30°인 경우, 제2 벡터선(V2)의 단위 길이당 돌출부의 선밀도가 최소가 된다. 따라서, 이러한 경우, 상대적으로 긴 길이의 측면(예컨대, 제1 측면(101) 및 제3 측면(103))에서의 발광량을 더욱 증가시켜, 발광 소자의 발광 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 상대적으로 긴 길이의 측면(예컨대, 제1 측면(101) 및 제3 측면(103))에서의 발광량을 증가시킴으로써, 발광 소자(100)의 지향각을 증가시킬 수 있다.
다시 도 1 내지 도 3을 참조하면, 발광 소자(100)는 적어도 하나의 배선(231, 233)을 통해 제1 및 제2 리드 프레임(221, 223)과 전기적으로 연결될 수 있다.
적어도 하나의 배선(231, 233)은 제1 전극(150) 및 제2 전극(160) 중 적어도 하나와 제1 및 제2 리드 프레임(221, 223) 중 적어도 하나를 연결한다. 이때, 적어도 하나의 배선(231, 233)은 발광 소자(100)의 상대적으로 짧은 길이의 측면의 상부에 위치할 수 있다. 예컨대, 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 제2 배선(233)은 발광 소자(100)의 제2 전극 패드(161)와 제2 리드 프레임(223)을 연결하며, 이때, 제2 배선(233)은 발광 소자(100)의 제2 측면(102)의 상부 공간을 통과하며 연장된다. 이에 따라, 제2 배선(233)의 일부는 발광 소자(100)의 제2 측면(102)의 상부에 위치한다. 나아가, 이와 유사하게, 제1 배선(231)은 발광 소자(100)의 제1 전극 패드(151)와 제1 리드 프레임(221)을 연결하며, 이때, 제1 배선(231)은 발광 소자(100)의 제4 측면(104)의 상부 공간을 통과하며 연장된다. 이에 따라, 제1 배선(231)의 일부는 발광 소자(100)의 제4 측면(104)의 상부에 위치한다.
이와 같이, 적어도 하나의 배선(231, 233)은 발광 소자(100)의 상대적으로 짧은 길이의 측면의 상부 공간을 통과하며 연장하되, 발광 소자(100)의 상대적으로 긴 길이의 측면의 상부 공간에는 위치하지 않는다. 상술한 바와 같이, 발광 소자(100)는, 소정의 배향성을 갖는 돌출부(111)들을 포함함으로써, 상대적으로 긴 길이의 측면(제1 측면(101) 및 제3 측면(103))을 통과하는 광량을 증가시키거나 최대화할 수 있다. 이때, 적어도 하나의 배선(231, 233)을 상대적으로 짧은 길이의 측면(제2 측면(102) 및 제4 측면(104))의 상부에만 위치하도록 하고, 상대적으로 긴 길이의 측면(제1 측면(101) 및 제3 측면(103))의 상부에는 위치하지 않도록 할 수 있다. 이에 따라, 상대적으로 짧은 길이의 측면으로부터 방출되는 광량은 상대적으로 긴 길이의 측면으로부터 방출되는 광량에 비해 적어, 배선(231, 233)을 통해 흡수되어 손실되는 광량을 최소화할 수 있다. 아울러, 상대적으로 긴 길이의 측면으로부터 방출되는 광은 배선(231, 233)에 의한 광 손실을 최소화할 수 있다. 이에 따라, 발광 장치의 발광 효율을 더욱 향상시킬 수 있다.
도 13 내지 도 15는 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광 장치를 설명하기 위한 사시도, 평면도 및 단면도이다. 도 15는 도 13 및 도 14의 D-D'선에 대응하는 부분의 단면을 도시한다. 본 실시예의 발광 장치는, 도 1 내지 도 6의 발광 장치와 비교하여 복수의 발광 소자(100)를 포함하는 점과, 몸체부(210)가 돌출부분(217)을 더 포함하는 점에서 차이가 있다. 이하, 차이점을 중심으로 본 실시예의 발광 장치에 관하여 설명하며, 동일한 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
상기 발광 장치는 제1 리드 프레임(221), 제2 리드 프레임(223)를 포함하는 몸체부(210) 및 복수의 발광 소자(100)를 포함한다. 나아가, 상기 발광 장치는 적어도 하나의 배선(231, 233)을 포함할 수 있다.
복수의 발광 소자(100)는 몸체부(210)의 캐비티(215) 내에 배치될 수 있다. 또한, 복수의 발광 소자(100)들의 각각의 상대적으로 긴 길이의 측면, 즉 발광 소자(100)의 제1 측면(101) 및 제3 측면(103)은 대체로 평행하도록 배치될 수 있다. 이와 같이, 복수의 발광 소자(100)들의 상대적으로 긴 길이의 측면들(제1 측면(101) 및 제3 측면(103))이 대체로 평행하도록 배치함으로써, 배선들(231, 233)이 상대적으로 긴 길이의 측면의 상부를 통과하지 않도록 할 수 있다. 이에 따라, 복수의 발광 소자(100)를 포함하는 발광 장치의 발광 효율을 더욱 향상시킬 수 있다.
또한, 복수의 발광 소자(100)들은 다양한 전기적 연결 형태를 가질 수 있고, 예를 들어, 도시된 바와 같이, 직렬 연결된 형태로 배치될 수 있다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 복수의 발광 소자(100)들은 병렬 또는 직별렬의 전기적 연결 형태로 서로 연결될 수도 있다.
또한, 몸체부(210)는 캐비티(215)의 내측벽으로부터 중심부 방향으로 돌출된 돌출부분(217)을 더 포함할 수 있다. 상기 돌출부분(217)은 복수의 발광 소자(100)들이 사이 공간을 향하는 방향으로 돌출될 수 있다. 예컨대, 도시된 바와 같이, 돌출부분(217)은 제4 측벽(211d)으로부터 돌출될 수 있으며, 복수의 발광 소자(100)들의 사이 공간을 향하는 방향으로 돌출된다. 또한, 돌출부분(217)의 표면은 곡면 및/또는 평면을 포함할 수 있다. 나아가, 돌출부분(217)의 두께(t1)는 측벽부(211)의 다른 부분(t1)의 두께보다 두꺼울 수 있다. 따라서, 돌출부분(217)의 두께는 측벽부(211)의 평균 두께보다 두꺼울 수 있다.
몸체부(210)가 이와 같은 돌출부분(217)을 포함함으로써, 발광 소자(100)의 제2 측면(102)(또는 제4 측면(104))으로부터 방출된 광이 돌출부분(217)을 통해 산란 및 분산될 수 있다. 이에 따라, 발광 소자(100)의 제2 측면(102)(또는 제4 측면(104))으로부터 방출된 광이 제4 측벽(211d)에 반사되어 다시 발광 소자(100) 측으로 입사하여 손실되거나 배선(231, 233)에 의해 손실되는 것을 방지할 수 있다.
도 16 및 도 17은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 장치를 설명하기 위한 평면도 및 단면도이다. 여기서, 도 17은 도 16의 E-E'선에 대응하는 부분의 단면을 도시한다. 본 실시예의 발광 장치는, 도 1 내지 도 6의 발광 장치와 비교하여 사이드뷰 발광 장치라는 점에서 차이가 있다. 이하, 차이점을 중심으로 본 실시예의 발광 장치에 관하여 설명하며, 동일한 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 16 및 도 17을 참조하면, 제1 리드 프레임(221), 제2 리드 프레임(223)을 포함하는 몸체부(210) 및 발광 소자(100)를 포함한다. 나아가, 상기 발광 장치는 적어도 하나의 배선(231, 233)을 포함할 수 있으며, 밀봉재(240)를 포함할 수 있다.
본 실시예에서, 몸체부(210)는 제1 측벽(211a), 제2 측벽(211b), 제3 측벽(211c) 및 제4 측벽(211d)으로 둘러싸인 캐비티(215)를 가진다. 몸체부(210)의 캐비티(215)는 상대적으로 기다란 형상을 가진다. 즉, 제1 측벽(211a) 및 제3 측벽(211c)은 제2 및 제4 측벽들(211b, 211d)보다 상대적으로 더 길다. 또한, 제1 측벽(211a) 및 제3 측벽(211c)은 제2 및 제4 측벽들(211b, 211d)보다 더 급격하게 경사진다.
발광 소자(100)는 몸체부(210)의 상대적으로 기다란 형상의 캐비티(215) 내에 배치된다. 특히, 발광 소자(100)의 길이 방향과 캐비티(215)의 길이 방향이 서로 일치하도록 발광 소자(100)가 캐비티(215) 내에 배치된다. 즉, 발광 소자(100)의 상대적으로 긴 길이의 측면, 즉 발광 소자(100)의 제1 측면 및 제3 측면은 캐비티(215)를 둘러싸는 몸체부(210)의 상대적으로 긴 제1 측벽(211a) 및 제3 측벽(211c)에 대체로 평행하도록 배치된다.
상기 제1 측벽(211a) 및 제3 측벽(211c)은 제2 측벽(211b) 및 제4 측벽(211d)에 비해 상대적으로 급격하게 경사진다. 캐비티(215)를 둘러싸는 측벽 중 제1 및 제3 측벽(211a, 211c)이 측벽의 대부분을 차지하기 때문에, 제1 및 제3 측벽(211a, 211c)을 향해 방출되는 광의 제어가 특히 중요하다. 제1 및 제3 측벽(211a, 211c)의 경사가 심하기 때문에, 이들 측벽(211a, 211c)으로 광을 많이 내보내는 것은 발광 장치의 광 효율 개선에 불리할 것이다. 본 실시예에서는, 기다란 형상의 발광 소자(100)를 캐비티(215)의 길이 방향에 일치하도록 배치함과 아울러, 발광 소자(100)의 제1 및 제3 측면에 위치하는 돌출부(111)의 선밀도를 감소시킴으로써 제1 및 제3 측벽(211a, 211c)으로 방출되는 광을 제어하여 발광 장치의 광 효율을 개선할 수 있다.
한편, 배선들(231, 233)은 발광 소자(100)의 상대적으로 짧은 길이의 측면들(제2 측면 및 제4 측면)의 상부를 지나도록 배치되며, 이에 따라, 발광 소자(100)를 포함하는 발광 장치의 발광 효율을 더욱 향상시킬 수 있다.
밀봉재(240)는 발광 소자(100) 및 배선들(231, 233)을 덮으며, 캐비티(215)를 채울 수 있다. 밀봉재(240)는 예컨대 에폭시나 실리콘 수지와 같은 투명 수지로 형성될 수 있으며, 발광 소자(100)에서 방출된 광의 파장을 변환하기 위해 형광체를 함유할 수 있다.
(실험예)
기판(110)의 돌출부(111)들의 배향성만을 달리하여 발광 소자 및 발광 장치를 제작하고, 이들의 발광 파워 및 광 선속을 검토하였다. 여기서, 발광 장치로는 도 16 내지 도 18을 참조하여 설명한 바와 같은 사이드뷰 발광 장치를 이용하였다. 또한, 비교예의 발광 소자는 제1 내지 제3 벡터선(L1, L2, L3) 중 적어도 하나의 벡터선과 발광 소자의 상대적으로 긴 측면(제1 측면(101))이 이루는 각이 60°인 배향성을 갖는 돌출부(111)들을 포함하고, 실시예의 발광 소자는 각각 제1 내지 제3 벡터선(L1, L2, L3) 중 적어도 하나의 벡터선과 발광 소자의 상대적으로 긴 측면(제1 측면(101))이 이루는 각이 30°인 배향성을 갖는 돌출부(111)들을 포함한다.
비교예 및 실시예의 각 웨이퍼에서 중앙 근처에 형성된 800개의 발광 소자에 대해 발광 파장 및 발광 파워를 측정하였으며, 이들 중 각각 20개의 발광 소자를 이용하여 제작된 백색 사이드뷰 발광 장치(Cx=0.2997)의 광 선속(flux)을 측정하였다. 발광 소자의 발광 파워는 발광 소자의 발광면의 중심축에서 측정하였으며, 사이드뷰 발광 장치의 광 선속은 적분구를 이용하여 발광 장치로부터 모든 방향으로 방출되는 광에 대해 측정하였다.
비교예 및 실시예의 발광 소자의 발광 파장은 대략 446㎚로 거의 유사하였다. 한편, 실시예의 발광 소자의 발광 파워는 비교예의 발광 소자의 발광 파워에 비해 대략 1.07% 향상되었다. 이는, 돌출부(111)들의 배향성을 달리함으로써 발광 소자의 상면으로 진행하는 광의 출력이 향상되는 것을 보여준다.
한편, 실시예의 발광 장치의 광 선속은 비교예의 발광 소자의 광 선속에 비해 0.46% 향상되었다. 형광체를 함유하는 밀봉재 등의 영향을 고려할 경우, 실시예의 광 선속 향상은 상당한 의미가 있는 것으로 평가된다.
이상에서 본 발명의 다양한 실시예들에 대해 설명하였으나, 본 발명은 이들 실시예에 한정되는 것은 아니며 다양하게 변형될 수 있다. 또한, 각 실시예에서 설명된 구성요소는 본 발명의 기술적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 실시예에도 적용될 수 있다.

Claims (18)

  1. 제1 측면 및 상기 제1 측면보다 짧은 길이를 갖는 제2 측면을 포함하는 발광 소자에 있어서,
    상면에 형성된 복수의 돌출부들을 포함하는 기판; 및
    상기 기판 상에 위치하며, 제1 도전형 반도체층, 제2 도전형 반도체층 및 상기 제1 및 제2 도전형 반도체층의 사이에 위치하는 활성층을 포함하는 발광 구조체를 포함하고,
    상기 복수의 돌출부들은 벌집패턴으로 배치되며, 상기 복수의 돌출부들은 제1 돌출부, 상기 제1 돌출부에 인접하며, 제1 돌출부로부터 동일한 거리로 이격된 제2 내지 제7 돌출부를 포함하고,
    상기 제1 돌출부의 중심으로부터 제2 돌출부의 중심으로 향하는 방향으로 연장되는 벡터선은 제1 벡터선으로 정의되고, 상기 제1 돌출부의 중심으로부터 제4 돌출부의 중심으로 향하는 방향으로 연장되는 벡터선은 제2 벡터선으로 정의되며, 상기 제1 돌출부의 중심으로부터 제6 돌출부의 중심으로 향하는 방향으로 연장되는 벡터선은 제3 벡터선으로 정의되며,
    상기 제1 벡터선과 제2 벡터선이 이루는 각은 120°이고, 상기 제2 벡터선과 제3 벡터선이 이루는 각은 120°이며,
    상기 제1 내지 제3 벡터선 중 적어도 하나의 벡터선과 상기 제1 측면이 이루는 각θ는 15°이상 45°이하인 발광 소자.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 θ는 30°인 발광 소자.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 돌출부들은 하면이 원형인 콘형 또는 원뿔형의 형태를 갖는 발광 소자.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 내지 제3 벡터선의 단위 길이당 돌출부들의 선밀도는 상기 제1 측면에 평행한 임의의 선의 단위 길이당 돌출부들의 선밀도보다 큰 발광 소자.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 도전형 반도체층에 전기적으로 연결된 제1 전극 및 상기 제2 도전형 반도체층에 전기적으로 연결된 제2 전극을 더 포함하는 발광 소자.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 제1 전극은 제1 전극 패드를 포함하고, 상기 제2 전극은 제2 전극 패드를 포함하며,
    상기 제1 전극 패드 및 상기 제2 전극 패드 중 하나는 상기 제2 측면에 인접하여 위치하는 발광 소자.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 발광 소자는 직사각형의 평면 형상을 갖는 발광 소자.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 돌출부들을 포함하는 기판은 패터닝된 사파이어 기판인 발광 소자.
  9. 기저부 및 측벽부를 포함하는 몸체부;
    상기 몸체부에 고정되는 제1 및 제2 리드 프레임; 및
    상기 기저부 상에 위치하며, 제1 측면 및 상기 제1 측면보다 짧은 길이를 갖는 제2 측면을 포함하는 발광 소자를 포함하고,
    상기 발광 소자는,
    상면에 형성된 복수의 돌출부들을 포함하는 기판; 및
    상기 기판 상에 위치하며, 제1 도전형 반도체층, 제2 도전형 반도체층 및 상기 제1 및 제2 도전형 반도체층의 사이에 위치하는 활성층을 포함하는 발광 구조체를 포함하고,
    상기 복수의 돌출부들은 벌집패턴으로 배치되며, 상기 복수의 돌출부들은 제1 돌출부, 상기 제1 돌출부에 인접하며, 제1 돌출부로부터 동일한 거리로 이격된 제2 내지 제7 돌출부를 포함하고,
    상기 제1 돌출부의 중심으로부터 제2 돌출부의 중심으로 향하는 방향으로 연장되는 벡터선은 제1 벡터선으로 정의되고, 상기 제1 돌출부의 중심으로부터 제4 돌출부의 중심으로 향하는 방향으로 연장되는 벡터선은 제2 벡터선으로 정의되며, 상기 제1 돌출부의 중심으로부터 제6 돌출부의 중심으로 향하는 방향으로 연장되는 벡터선은 제3 벡터선으로 정의되며,
    상기 제1 벡터선과 제2 벡터선이 이루는 각은 120°이고, 상기 제2 벡터선과 제3 벡터선이 이루는 각은 120°이며,
    상기 제1 내지 제3 벡터선 중 적어도 하나의 벡터선과 상기 제1 측면이 이루는 각θ는 15°이상 45°이하인 발광 장치.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 θ는 30°인 발광 장치.
  11. 청구항 9에 있어서,
    상기 제1 내지 제3 벡터선의 단위 길이당 돌출부들의 선밀도는 상기 제1 측면에 평행한 임의의 선의 단위 길이당 돌출부들의 선밀도보다 큰 발광 장치.
  12. 청구항 9에 있어서,
    상기 발광 소자는, 상기 제1 도전형 반도체층에 전기적으로 연결된 제1 전극 및 상기 제2 도전형 반도체층에 전기적으로 연결된 제2 전극을 더 포함하며,
    상기 제1 전극은 제1 전극 패드를 포함하고, 상기 제2 전극은 제2 전극 패드를 포함하며,
    상기 제1 전극 패드 및 상기 제2 전극 패드 중 하나는 상기 제2 측면에 인접하여 위치하는 발광 장치.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 제1 전극 패드 및 상기 제2 전극 패드 중 적어도 하나와 상기 제1 리드 프레임 및 제2 리드 프레임 중 적어도 하나를 전기적으로 연결하는 배선을 더 포함하는 발광 장치.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 배선은 상기 제1 및 제2 전극 패드 중 하나로부터 상기 제1 리드 프레임 및 제2 리드 프레임 중 하나로 연장되어 형성되고,
    상기 배선은 상기 제2 측면의 상부 공간을 통과하여 연장되는 발광 장치.
  15. 청구항 9에 있어서,
    상기 발광 장치는 복수의 발광 소자를 포함하고,
    상기 복수의 발광 소자들 중 하나의 발광 소자의 제1 측면과, 상기 복수의 발광 소자들 중 또 다른 하나의 발광 소자의 제1 측면은 평행하게 배치된 발광 장치.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 측벽부는 상기 몸체부의 중심부를 향하여 돌출되는 돌출부분을 포함하고,
    상기 돌출부분은 상기 복수의 발광 소자들의 사이 공간을 향하여 돌출되는 발광 장치.
  17. 청구항 9에 있어서,
    상기 몸체부는 상기 측벽부로 둘러싸인 기다란 형상의 캐비티를 가지며,
    상기 발광 소자의 제1 측면은 상기 캐비티의 길이 방향을 따라 배치된 발광 장치.
  18. 청구항 17에 있어서,
    상기 몸체부의 측벽부는 상대적으로 기다란 제1 및 제3 측벽부들과 상대적으로 짧은 제2 및 제4 측벽부들을 포함하되,
    상기 제1 및 제3 측벽부들의 경사면이 상기 제2 및 제4 측벽부들의 경사면보다 급격한 발광 장치.
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