WO2023090958A1 - 다색 소자 - Google Patents

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WO2023090958A1
WO2023090958A1 PCT/KR2022/018372 KR2022018372W WO2023090958A1 WO 2023090958 A1 WO2023090958 A1 WO 2023090958A1 KR 2022018372 W KR2022018372 W KR 2022018372W WO 2023090958 A1 WO2023090958 A1 WO 2023090958A1
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colored
layer
sub
light
type semiconductor
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PCT/KR2022/018372
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유홍재
조성룡
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서울바이오시스주식회사
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    • H01L33/305—Materials of the light emitting region containing only elements of Group III and Group V of the Periodic Table characterised by the doping materials

Definitions

  • the present disclosure relates to multi-color devices.
  • a light emitting diode since a light emitting diode emits light having a single narrow half width, it emits light of a single color in the visible ray region. In order to implement various colors, a plurality of light emitting diodes having different peak wavelengths are used, or wavelength conversion materials such as phosphors are used together with the light emitting diodes.
  • Embodiments according to the present disclosure may provide a module capable of stable driving and a multi-color device capable of implementing various colors.
  • Embodiments according to the present disclosure provide a multi-color device capable of implementing various colors without a phosphor.
  • Embodiments according to the present disclosure provide a phosphor less di-chromatic device having optimal efficiency at current densities used in actual applications.
  • a multicolor device includes a base, a first conductivity type semiconductor region disposed on the base, a control unit disposed on the first conductivity type semiconductor region, a colored region formed on the control unit, a second conductivity-type semiconductor region disposed on the colored region, wherein the control unit is configured to relieve strain in the colored region, wherein the colored region includes a first colored portion and a second colored portion;
  • the colored portion includes a colored material of a different composition than the second colored portion.
  • the first colored part may generate blue light
  • the second colored part may generate green or yellow light.
  • the multi-color device may implement white light by a combination of blue light from the first colored part and green or yellow light from the second colored part.
  • the first colored part and the second colored part may each include a plurality of sub colored parts, and the number of sub colored parts in the first colored part is the number of sub colored parts in the second colored part. may be greater than the number of
  • the number of sub colored parts in the first colored part may be 2 to 7 times the number of sub colored parts in the second colored part.
  • the multicolor device may emit white light at a current density within a range of about 1.75 A/cm 2 or greater and less than about 35 A/cm 2 .
  • first colored part and the second colored part may each include a plurality of sub colored parts, and the number of sub colored parts in the second colored part is the number of sub colored parts in the first colored part. It can be equal to or more than the number.
  • the number of sub colored parts in the second colored part may be 1 to 4 times the number of sub colored parts in the first colored part.
  • the multicolor device may emit white light at a current density within a range of about 35 A/cm 2 or more and about 140 A/cm 2 or less.
  • the multi-color device may further include pad electrodes electrically connected to the first conductivity type semiconductor region and the second conductivity type semiconductor region, respectively.
  • the colored region may be formed of a nitride semiconductor and may emit light having peak wavelengths equal to or greater than the number of the pad electrodes.
  • the multicolor device may further include bump electrodes electrically connected to the pad electrodes.
  • the multi-color device may further include a tunnel barrier layer between the first colored portion and the second colored portion.
  • the tunnel barrier layer may include an AlGaN layer or DBR.
  • Each of the first colored portion and the second colored portion may include a plurality of barrier layers and a plurality of well layers disposed between the barrier layers, and the well layers of the first colored portion are well layers of the second colored portion. may have a wider bandgap than the bandgap, and the first colored portion may be closer to the first conductivity type semiconductor region than the second colored portion.
  • a first barrier layer closest to the first conductivity type semiconductor region may include a GaN layer doped with Si, and the remaining barrier layers may not include intentionally doped layers.
  • the remaining barrier layers may be formed of an AlGaN layer.
  • barrier layers other than the last barrier layer may include a GaN layer doped with Si, and the last barrier layer may include an AlGaN layer without intentional doping.
  • the first barrier layer of the second colored portion may be formed of a GaN layer, and the barrier layers disposed between the well layers of the second colored portion are an AlGaN capping layer and an Al (GaN GaN) capping layer having a wider band gap than the AlGaN capping layer. ) N layer, and a GaN layer.
  • the control unit may include a holding unit generating a spot. Furthermore, the colored area may include an extension extending toward the spot in a V shape.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view illustrating a colored element according to an exemplary embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of a portion of FIG. 1 .
  • FIG 3 is a schematic cross-sectional view illustrating a colored element according to an exemplary embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 4 is a schematic cross-sectional view illustrating a colored element according to an exemplary embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 5 is a schematic cross-sectional view illustrating a colored element according to an exemplary embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 6 is a schematic cross-sectional view illustrating a colored element according to an exemplary embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 7 is a schematic cross-sectional view illustrating a colored element according to an exemplary embodiment of the present disclosure.
  • 8A is a schematic band diagram for explaining a colored element according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 8B is a band diagram showing enlarged colored regions of FIG. 8A.
  • 9A is a schematic band diagram for explaining a colored element according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 9B is a band diagram showing enlarged colored regions of FIG. 9A.
  • 10A is a schematic band diagram for explaining a colored element according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 10B is a band diagram showing enlarged colored regions of FIG. 10A.
  • 11A is a schematic band diagram for explaining a colored element according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 12 is a schematic cross-sectional view illustrating a multicolor device according to an exemplary embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 13 is a schematic cross-sectional view for explaining a module according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 14 is a schematic cross-sectional view for explaining a multi-color device according to another exemplary embodiment of the present disclosure.
  • 15 is a schematic cross-sectional view for explaining a multi-color device according to another exemplary embodiment of the present disclosure.
  • 16 is a graph showing a spectrum of a multicolor device according to an embodiment of the present disclosure.
  • 17 is a graph showing a spectrum of a multicolor device according to an embodiment of the present disclosure.
  • 18A is a perspective view for explaining a light emitting diode package to which a light emitting diode according to an embodiment of the present disclosure is applied.
  • Fig. 18B is a plan view of Fig. 18A.
  • Fig. 18C is a cross-sectional view taken along the line II' of Fig. 18B.
  • FIG. 19 is a cross-sectional view illustrating a display device to which a color element according to an exemplary embodiment of the present disclosure is applied.
  • 20 is a cross-sectional view illustrating a display device to which a color element according to another embodiment of the present disclosure is applied.
  • 21 is a cross-sectional view for explaining an example in which a colored element according to another embodiment of the present disclosure is applied to a lighting device.
  • 22A, 22B, and 22C are schematic cross-sectional views, plan views, and circuit diagrams for explaining a display device to which a color element according to another embodiment of the present disclosure is applied.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view illustrating a colored element according to an exemplary embodiment of the present disclosure.
  • the colored element includes a base 10, a buffer layer 20, a first conductivity type semiconductor layer 40, a control unit 50, a colored region 60, and a resistor unit 70. ), and a second conductivity type semiconductor layer 80.
  • the base 10 may be a printed circuit board, a sapphire substrate, a silicon substrate, a GaN substrate, polyimide, an epoxy molding compound (EMC), or the like.
  • the base 10 may be disposed on a path through which light emitted from the colored region 60 passes or passes. Light may pass through the base 10 and be emitted to the outside of the colored device.
  • the base 10 may have a concave-convex shape on its surface, and light may be scattered using the concavo-convex shape.
  • the colored region 60 emits light having a plurality of peak wavelengths
  • light having different peak wavelengths may be mixed in the base 10 . That is, the base 10 may serve as a mixing zone of light.
  • the buffer layer 20 is a low-temperature buffer layer for growing a gallium nitride-based semiconductor layer on a heterogeneous substrate, such as a nuclear layer, and may be formed of, for example, an undoped AlGaN layer.
  • a high-temperature buffer layer, for example, an undoped GaN layer, may be additionally formed on the buffer layer 20 .
  • the first conductivity-type semiconductor layer 40 may serve as a contact layer for supplying electricity to color elements.
  • the buffer layer 20 and the first conductivity type semiconductor layer 40 may constitute the first conductivity type semiconductor region 45 .
  • the colored region 60 may be formed on the first conductivity type semiconductor layer 40 .
  • the colored area 60 may have a structure in which a plurality of colored parts emitting light of different colors are vertically stacked with each other.
  • the plurality of colored parts may include a first colored part and a second colored part.
  • Each of the colored portions may have different types of colored materials that determine the peak wavelength of emitted light, CIE, or CRI, or may have different amounts of colored materials.
  • the first colored portion and the second colored portion may have different peak wavelengths, and the colored material of the first colored portion may emit light of a shorter wavelength than the colored material of the second colored portion.
  • the first colored part may emit blue light and the second colored part may emit green or yellow light.
  • the first colored portion emitting light of a relatively shorter peak wavelength may be disposed closer to the first conductivity type semiconductor layer 40 than the second colored portion, and may emit light having a relatively longer peak wavelength.
  • the second colored portion emitting a ? may be disposed closer to the second conductive semiconductor layer 80 than the first colored portion.
  • the present disclosure is not limited thereto, and positions of the first colored part and the second colored part may be changed according to the device structure.
  • the resistance unit 70 may be formed on the colored region 60 .
  • the resistor unit 70 serves as a resistor in the flow of current and functions as a barrier to prevent electrons injected from the first conductivity type semiconductor layer 40 from flowing into the second conductivity type semiconductor layer 80. can be performed.
  • the energy band gap of at least one layer of the resistor unit 70 may be wider than the energy band gap of at least one layer of the first and second conductivity type semiconductor layers 40 and 80 by 0.9 eV or more.
  • the resistance unit 70 may be formed of a single layer or a plurality of layers. When formed of a plurality of layers, a plurality of layers having different Al content or bandgap energy may be included. In this case, a layer having a relatively high Al content or a layer having a relatively wide bandgap energy is in the colored region 60. can be placed close together. A difference in Al content between a layer with a relatively high Al content and a layer with a relatively low Al content may be within 10%, or a difference in band gap energy may be within 0.6 eV.
  • the profile of the Al content of the resistor portion 70 may be substantially similar to the profile of the In content of the resistor portion 70 . That is, the In content may be relatively high where the Al content is relatively high, and the In content may be relatively low where the Al content is relatively low. However, it is not necessarily limited thereto, and the profile of the Al content and the profile of the In content may be different.
  • the control unit 50 may be formed between the first conductivity type semiconductor layer 40 and the colored region 60 .
  • the control unit 50 may include a holding unit 50h generating a spot 50s.
  • the control part 50 may include a material such as InGaN, GaN, InGaAs or GaAs, and a part of the colored region 60 extends toward the spot 50s by the spot 50s formed on the holding part 50h. Thus, an extension portion 60e may be formed.
  • the holding portion 50h may be formed by forming a holding layer using a TMGa material.
  • the height of the holding portion 50h may be about 1000 ⁇ to about 2500 ⁇ .
  • a plurality of holding parts 40h may be formed in the control unit 50, and the plurality of holding parts 50h may be spaced apart in a horizontal direction.
  • the control unit 50 may include an expansion unit at a boundary portion with the colored area 60 .
  • the extension part helps to make the extension part 60e of the colored area 60 that extends in the direction of the spot 50s of the holding part 50h larger.
  • the extension portion 60e may be formed in a V shape and may include a colored portion.
  • the extension may be formed of a single layer or multiple layers, and may include, for example, a superlattice structure.
  • the doping concentration may be in a concentration range of 1E17 to 5E18/cm 3 .
  • the extension may be formed within a thickness range of 1000 ⁇ to 2500 ⁇ .
  • the extension portion may have a bandgap corresponding to light having a wavelength of 405 nm or less.
  • the superlattice structure for the expansion part may have, for example, a structure in which InGaN/GaN are repeatedly stacked. However, it is not limited thereto, and may include at least two or more layers having different doping concentrations, or at least two or more layers having different bandgap energies.
  • the control unit 50 may further include an intermediate layer between the holding unit 50h and the extension unit.
  • the second conductivity type semiconductor layer 80 may be formed on the resistance part 70 .
  • the second conductivity-type semiconductor layer 80 may have a polarity opposite to that of the first conductivity-type semiconductor layer 40 and may include, for example, materials such as Mg and B.
  • the resistor unit 70 and the second conductivity type semiconductor layer 80 may constitute a first conductivity type semiconductor region 85 .
  • a material such as Mg or B of the second conductivity type semiconductor layer 80 may have an inclined profile, and may have a left-right asymmetrical profile based on a peak point having the highest content of the material.
  • the slope of the profile in a direction closer to the colored region 60 relative to the peak point may be relatively gentler than the slope of the profile disposed opposite to the peak point.
  • a bridge region having the same polarity as that of the first conductivity type semiconductor layer 40 may be additionally formed on the second conductivity type semiconductor layer 80 .
  • a colored region emitting light of a different color may be additionally formed on the colored element of the embodiment via the bridge region.
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view illustrating a colored element according to an exemplary embodiment of the present disclosure.
  • the colored element according to the present embodiment includes a base 10, a first conductivity type semiconductor region 45, a control unit 50, a colored region 60, as described with reference to FIG. and a second conductivity type semiconductor region 85 .
  • the first conductivity type semiconductor region 45 may include a buffer layer 20 , an undoped GaN layer 30 , and a first conductivity type semiconductor layer 40 .
  • the first conductivity type semiconductor region 45 of this embodiment is the same as the first conductivity type semiconductor region 45 described with reference to FIG. 1 except that the undoped GaN layer 30 is clearly shown in the drawing. , detailed descriptions are omitted.
  • the first VGL 51 is disposed closest to the first conductivity type semiconductor layer 40, and the second VGL 53 is the second conductivity type. It may be closest to the semiconductor layer 80 .
  • the first intermediate layer 55 and the second intermediate layer 57 may be disposed between the first VGL 51 and the second VGL 53 . Additional layers may be further included between these layers, but are not necessarily limited thereto.
  • the first VGL 51 may be grown at a temperature lower than the growth temperature of the first conductivity-type semiconductor layer 40, eg, 900° C. or lower, and may include a GaN layer.
  • the first VGL 51 may be formed using a TMGa source to increase the growth rate, and the size and density of the holding part, for example, the V-pit, may be adjusted.
  • the first VGL 51 may have a thickness within a range of about 1000 ⁇ to about 2500 ⁇ .
  • the first VGL 51 may have a thicker thickness than the second VGL 53, and the thickness difference may be within 30%.
  • the sum of the thicknesses of the first VGL 51 and the second VGL 53 may be greater than the sum of the thicknesses of the colored region 60 .
  • the sum of the thicknesses of the first VGL 51 and the second VGL 53 may be greater than the sum of the resistance portion 70 and the second conductive semiconductor layer 80 .
  • the sum of the thicknesses of the first VGL 51 and the second VGL 53 is the conductivity of the second conductivity type semiconductor layer 80 from the interface between the second VGL 51 and the adjacent layer in the direction of the colored region 60. It may be greater than the thickness up to the interface electrically connected to the electrode. In this case, the difference in thickness may be 1.5 times or more.
  • the doping concentration of the first conductivity-type semiconductor layer 40 may be 7 times greater than the doping concentration of at least one of the first VGL 51 and the second VGL 53 .
  • the first intermediate layer 55 or the second intermediate layer 57 are layers added to substantially control strain, and may be formed of AlN, AlxGa(1-x)N, or GaN. Each of the first and second intermediate layers 55 and 57 may have a thickness of about 10 ⁇ to about 150 ⁇ .
  • the first intermediate layer 55 or the second intermediate layer 57 may include an n-type dopant. The doping concentration of the first intermediate layer 55 or the second intermediate layer 57 may be lower than that of the first conductive semiconductor layer 40 and higher than that of the second VGL 53 .
  • the second VGL 53 may be a single layer or a multi-layer structure, and may have a superlattice structure, but is not necessarily limited thereto.
  • the second VGL 53 may be formed of InGaN/GaN or GaN or InGaN. For example, it may be InGaN/GaN containing In to have an energy bandgap corresponding to a wavelength of 405 nm or less.
  • the second VGL 53 may grow relatively slowly along the V-pit structure formed in the first VGL 51 by using the TEGa source as the Ga source.
  • the second VGL 53 may be grown at a temperature lower than the growth temperature of the first conductivity-type semiconductor layer 40, for example, 900° C. or less.
  • the second VGL 53 may be formed to a thickness of about 1000 ⁇ to about 2500 ⁇ and may be doped with impurities.
  • the doping concentration of silicon doped into the second VGL 53 may be 1E17 to 5E18/cm 3 .
  • the second VGL 53 is a material having the largest relative atomic mass or strandard atomic weight or atomic number among group 3 elements included in the light emitting element. The largest material can be detected.
  • a detection amount of a material having the highest standard atomic weight or atomic number may gradually decrease toward the direction of the first conductivity type semiconductor layer 40 .
  • the thickness of the gradually decreasing region of the material having the highest standard atomic weight or atomic number can be detected as a larger thickness than the thickness of the colored region 60 .
  • the colored area 60 may include a plurality of colored parts 60b and 60g.
  • the first colored portion 60b may emit blue light
  • the second colored portion 60g may emit green or yellow light.
  • the first and second colored parts 60b and 60g may have a single or multiple quantum well structure and may include an InGaN, InAlGaN, GaInP, or GaInAlP well layer.
  • a V-shaped extension (60e in FIG. 3) is formed by the control unit 50, and thus strain relief of the colored region 60 occurs. Accordingly, a greater amount of In may flow into the colored region 60, thereby improving light efficiency of a plurality of colored portions in a single LED structure, and implementing white light without a phosphor.
  • FIG. 4 is a schematic cross-sectional view illustrating a colored element according to another exemplary embodiment of the present disclosure.
  • the colored element according to the present embodiment is substantially similar to the colored element described with reference to FIG. 3 , but is different in that the colored parts in the colored area 60 include sub-colored parts. That is, the first colored portion 60b may include first and second sub colored portions 60b1 and 60b2, and the second colored portion 60g may include the first and second sub colored portions 60g1 and 60g2. can include The first and second sub-colored portions 60b1 and 60b2 may each have a single quantum well structure emitting light in a blue region, and the first and second sub-colored portions 60g1 and 60g2 respectively emit light in a green or yellow region. may have a single quantum well structure that emits light of
  • the second sub-colored portion 60b2 may emit light having a longer wavelength than the first sub-colored portion 60b1.
  • the first sub-colored portion 60b1 may emit light having a peak wavelength within a range of 410 nm to 455 nm
  • the second sub-colored portion 60b2 may emit light having a peak wavelength within a range of 455 nm to 495 nm.
  • the second sub-colored portion 60g2 may emit light having a longer wavelength than the first sub-colored portion 60g1 .
  • the first sub-colored portion 60g1 may emit light having a peak wavelength within a range of 505 nm to 550 nm
  • the second sub-colored portion 60g2 may emit light having a peak wavelength within a range of 550 nm to 605 nm.
  • a gap between a peak wavelength of light emitted from the first sub-colored portion 60b1 and a peak wavelength of light emitted from the second sub-colored portion 60b2 may be 100 nm or less
  • the first sub-colored portion ( A gap between the peak wavelength of light emitted from 60g1) and the peak wavelength of light emitted from the second sub-colored portion 60g2 may be 100 nm or less.
  • a minimum gap between a peak wavelength of light emitted from the first colored portion 60b and a peak wavelength of light emitted from the second colored portion 60g may be 200 nm or less.
  • the gap between the peak wavelength of light emitted from the second sub-colored portion 60b2 and the peak wavelength of light emitted from the first sub-colored portion 60g1 may be 200 nm or less.
  • Visibility of the light emitted from the colored element may be improved by controlling the peak wavelength of light emitted from the first and second sub-colored parts 60b1 and 60b2 and the first and second sub-colored parts 60g1 and 60g2.
  • FIG. 5 is a schematic cross-sectional view illustrating a colored element according to another exemplary embodiment of the present disclosure.
  • the color element according to the present embodiment is substantially similar to the color element described with reference to FIG. 4 , but the number of sub-colored parts 60b1 to 60b4 emitting blue light is less than the number of sub-colored elements emitting green or yellow light. There is a difference in more than the number of colored parts 60g1 and 60g2.
  • the sub-colored portions 60b1 to 60b4 may emit light having substantially similar peak wavelengths, but may emit light having different peak wavelengths within a blue region.
  • the sub-colored portions 60g1 and 60g2 may also emit light having substantially similar peak wavelengths, but may also emit light having different peak wavelengths within a green to yellow region.
  • two blue sub-colored parts per one green or yellow sub-colored part (B / G ratio: 2/1), three blue sub-colored parts per one green or yellow sub-colored part (B / G ratio: 3/ 1), 4 blue sub-colored parts per one green or yellow sub-colored part (B/G ratio: 4/1), 5 blue sub-colored parts per one green or yellow sub-colored part (B/G ratio: 5/ 1), 6 blue sub-colored parts per one green or yellow sub-colored part (B/G ratio: 6/1), or 7 blue sub-colored parts per one green or yellow sub-colored part (B/G ratio: 7 /1) can be.
  • the number of blue sub-colored parts per one green or yellow sub-colored part may be 4 to 7, and within this range, white light having good light efficiency may be implemented.
  • the total number of blue sub-colored parts and green or yellow sub-colored parts may be 3 or more and 16 or less.
  • the first colored portion 60b emitting blue light is disposed close to the first conductive semiconductor layer 40
  • the second colored portion 60g emitting green or yellow light is disposed close to the second conductive semiconductor layer 40. disposed close to the semiconductor layer 80.
  • FIG. 6 is a schematic cross-sectional view illustrating a colored element according to another exemplary embodiment of the present disclosure.
  • the color element according to the present embodiment is substantially similar to the color element described with reference to FIG. There is a difference in a smaller number than the number of colored parts 60g1 to 60g4. That is, the number of sub colored parts 60g1 to 60g4 is greater than the number of sub colored parts 60b1 and 60b2.
  • one green or yellow sub-colored part per one blue sub-colored part (B / G ratio: 1/1), two green or yellow sub-colored parts per one blue sub-colored part (B / G ratio: 1/ 2), 3 green or yellow sub-colored parts per blue sub-colored part (B/G ratio: 1/3), 4 green or yellow sub-colored parts per blue sub-colored part (B/G ratio: 1/3) 4), 5 green or yellow sub-colored parts per blue sub-colored part (B/G ratio: 1/5), 6 green or yellow sub-colored parts per blue sub-colored part (B/G ratio: 1/5) 6), or 7 green or yellow sub-colored parts per one blue sub-colored part (B/G ratio: 1/7).
  • the number of green or yellow sub-colored parts per one blue sub-colored part may be 1 to 4, and within this range, white light having good light efficiency may be implemented.
  • the total number of blue sub-colored parts and green or yellow sub-colored parts may be 2 or more and 15 or less.
  • the first colored portion 60b emitting blue light is disposed close to the first conductive semiconductor layer 40
  • the second colored portion 60g emitting green or yellow light is disposed close to the second conductive semiconductor layer 40. disposed close to the semiconductor layer 80.
  • FIG. 7 is a schematic cross-sectional view illustrating a colored element according to another exemplary embodiment of the present disclosure.
  • the colored element according to the present embodiment is substantially similar to the colored element described with reference to FIG. 3 , but a tunnel barrier layer 60t is provided between the first colored part 60b and the second colored part 60g. There is a difference in this placement.
  • the tunnel barrier layer 60t is disposed between the colored portions 60b and 60g having different band gaps and emitting light of different peak wavelengths to alleviate light interference between the colored portions.
  • the tunnel barrier layer 60t may be applied to both the colored element suitable for a low current density described with reference to FIG. 5 and the colored element suitable for a high current density described with reference to FIG. 6 .
  • the tunnel barrier layer 60t By disposing the tunnel barrier layer 60t, white light with high efficiency can be realized by combining the luminous intensity of blue light and the luminous intensity of green light or yellow light optimized at a low current density of less than 35 A/cm2 and a high current density of 35 A/cm2 or more,
  • the electroluminescence intensities of the colored portions 60b and 60g may be respectively adjusted, and accordingly, the visibility of the colored elements may be improved.
  • a tunnel barrier layer 60t may be disposed between the first colored portion 60b and the second colored portion 60g.
  • the first colored portion 60b is disposed close to the first conductive semiconductor layer 40
  • the second colored portion 60g is disposed close to the second conductive semiconductor layer 80 .
  • the tunnel barrier layer 60t may include an AlGaN layer or a material layer capable of serving as a color filter, such as DBR.
  • the light efficiency of the colored element may be increased by preventing short-wavelength light emitted from the first colored part 60b from affecting the second colored part 60g.
  • FIG. 8A is a schematic band diagram for explaining a colored element according to an embodiment of the present disclosure
  • FIG. 8B is a band diagram showing enlarged portions of the first colored portion 60b and the second colored portion 60g.
  • FIGS. 8A and 8B only the conduction band is shown, and in FIG. 8B, the position of the conduction band of each layer is shown based on the conduction band of GaN.
  • the colored device according to the present embodiment has high efficiency through a combination of optimized blue light intensity and green light intensity under a low current density, for example, a current density in the range of 1.75 A/cm2 to 35 A/cm2.
  • Branches embody white light.
  • light emitted from the first colored portion 60b and the second colored portion 60g is high. It is configured so that it can be combined efficiently.
  • the first color portion 60b emitting blue light includes a plurality of sub-colored portions 60b1, 60b2, 60b3, and 60b4, and the second color portion 60g emitting green or yellow light includes a plurality of sub-colored portions 60b1, 60b2, 60b3, and 60b4. It includes colored parts 60g1 and 60g2.
  • a well layer is disposed between the barrier layers, and the well layers correspond to the sub colored portions 60b1, 60b2, 60b3, and 60b4, respectively.
  • the well layers correspond to the sub colored portions 60b1, 60b2, 60b3, and 60b4, respectively.
  • four well layers may be disposed between the first barrier layer and the last barrier layer, and intermediate barrier layers may be disposed between the well layers.
  • the number of well layers of the first colored portion is illustrated as four, the present disclosure is not limited thereto.
  • the number of well layers of the first colored portion 60b is greater than that of the well layers of the second colored portion 60g. Holes move from the second conductivity type semiconductor layer 80 to the second colored portion 60g and the first colored portion 60b.
  • the first barrier layer of the first colored portion 60b may include a GaN layer, and other barrier layers may include an AlGaN layer.
  • the GaN layer of the first barrier layer of the first colored portion 60b may be doped with an n-type impurity, for example, Si, and the doping concentration may be within a range of, for example, 5E18/cm3 to 8E18/cm3. No intentional doping is performed on the other barrier layers.
  • the first barrier layer may also include a hole blocking layer, which may be formed of an AlGaN layer. The hole blocking layer may be disposed at a boundary between the control part 50 and the first color part 60b. Meanwhile, the barrier layers disposed between the well layers of the first colored portion 60b may be formed of an AlGaN layer.
  • each of the barrier layers may include an AlGaN capping layer and a high-temperature AlGaN barrier layer, and the AlGaN capping layer may have a wider band gap than the high-temperature AlGaN barrier layer.
  • the AlGaN capping layer can be made thinner than the high-temperature AlGaN barrier layer.
  • an AlGaN capping layer may be formed to a thickness of about 1 nm and a high-temperature AlGaN barrier layer to a thickness of about 35 ⁇ .
  • the AlGaN capping layer is grown at a lower temperature than the high-temperature AlGaN barrier layer, for example, it can be grown at the same temperature as the growth temperature of the well layer.
  • the well layers 60b1, 60b2, 60b3, and 60b4 may be formed of InGaN or InAlGaN, and may have a composition that emits light in a blue region.
  • the well layers may have the same composition, but the present disclosure is not limited thereto, and the well layers may have different band gaps.
  • the second colored part 60g is illustrated as having two sub colored parts 60g1 and 60g2 disposed between the first and last barrier layers, but the number of the sub colored parts 60g1 and 60g2 is not limited thereto. .
  • the first barrier layer of the second colored portion 60g may be a GaN layer, and the last barrier layer may be an AlGaN layer. Also, the barrier layer disposed between the well layers may include an AlGaN capping layer, an Al(Ga)N layer, and a GaN layer.
  • the GaN layer of the remaining barrier layers except for the last barrier layer may be doped with an n-type impurity, for example, Si.
  • the doping concentration of Si doped in each barrier layer of the second colored portion 60g may be lower than the doping concentration of Si doped in the first barrier layer of the first colored portion 60b, for example, 5E17/cm3 to It can be within the range of 1E18/cm3.
  • each well layer of the second colored portion 60g may be substantially similar to the thickness of each well layer of the first colored portion 60b, but the thickness of each barrier layer of the second colored portion 60g is It may be greater than the thickness of each barrier layer of the first colored portion 60b.
  • the resistor unit 70 may be disposed to prevent electrons from flowing into the second conductivity type semiconductor layer 80 without recombination.
  • the resistance unit 70 may be formed of an AlGaN layer, and as shown in FIG. 8B, it may be a grading layer in which the composition of Al gradually increases.
  • the second colored portion 60g emitting green or yellow light is disposed adjacent to the second conductive semiconductor layer, and the first colored portion 60g emitting blue light is disposed adjacent to the first conductive semiconductor layer. placed adjacent to Through this, it is possible to provide a colored element having improved visibility.
  • FIG. 9A is a schematic band diagram for explaining a colored element according to another embodiment of the present disclosure
  • FIG. 9B is a band diagram showing enlarged portions of a first colored portion 60b and a second colored portion 60g.
  • FIGS. 8A and 8B only the conduction band is shown, and in FIG. 8B, the position of the conduction band of each layer is shown based on the conduction band of GaN.
  • the colored device according to the present embodiment is substantially similar to the colored device described with reference to FIGS. 8A and 8B , but further includes an intermediate barrier layer 60t, that is, a tunnel barrier layer. There is a difference in what you do.
  • the intermediate barrier layer 60t may be formed of an AlGaN layer or DBR.
  • a band gap of the intermediate barrier layer 60t may be narrower than band gaps of the barrier layers of the first and second colored portions 60b and 60g, but is not limited thereto.
  • FIG. 10A is a schematic band diagram for explaining a colored element according to another embodiment of the present disclosure
  • FIG. 10B is a band diagram showing enlarged portions of a first colored portion 60b and a second colored portion 60g. .
  • FIGS. 10A and 10B only the conduction band is shown, and in FIG. 10B, the location of the conduction band of each layer is shown based on the conduction band of GaN.
  • the colored device according to the present embodiment is white light having high efficiency through a combination of optimized blue light intensity and green light intensity under a high current density, for example, a current density in the range of 35 A/cm2 to 140 A/cm2.
  • a high current density for example, a current density in the range of 35 A/cm2 to 140 A/cm2.
  • the first color portion 60b emitting blue light includes a plurality of sub-colored portions 60b1 and 60b2, and the second color portion 60g emitting green or yellow light includes a plurality of sub-colored portions ( 60g1, 60g2, 60g3, 60g4).
  • a well layer is disposed between the barrier layers, and the well layers correspond to the sub colored portions 60b1 and 60b2, respectively.
  • the well layers correspond to the sub colored portions 60b1 and 60b2, respectively.
  • two well layers may be disposed between the first barrier layer and the last barrier layer, and an intermediate barrier layer may be disposed between the well layers.
  • an intermediate barrier layer may be disposed between the well layers.
  • the number of well layers of the first colored portion is illustrated as two, the present disclosure is not limited thereto.
  • the number of well layers of the first colored portion 60b is smaller than that of the well layers of the second colored portion 60g. Holes move from the second conductivity type semiconductor layer 80 to the second colored portion 60g and the first colored portion 60b.
  • the first barrier layer of the first colored portion 60b may include a GaN layer, and other barrier layers may include an AlGaN layer.
  • the GaN layer of the first barrier layer of the first colored portion 60b may be doped with an n-type impurity, for example, Si, and the doping concentration may be within a range of, for example, 5E18/cm3 to 8E18/cm3. No intentional doping is performed on the other barrier layers.
  • the first barrier layer may also include a hole blocking layer, which may be formed of an AlGaN layer. The hole blocking layer may be disposed at a boundary between the control part 50 and the first color part 60b. Meanwhile, the barrier layers disposed between the well layers of the first colored portion 60b may be formed of an AlGaN layer.
  • each of the barrier layers may include an AlGaN capping layer and a high-temperature AlGaN barrier layer, and the AlGaN capping layer may have a wider band gap than the high-temperature AlGaN barrier layer.
  • the AlGaN capping layer can be made thinner than the high-temperature AlGaN barrier layer.
  • an AlGaN capping layer may be formed to a thickness of about 1 nm and a high-temperature AlGaN barrier layer to a thickness of about 35 ⁇ .
  • the AlGaN capping layer is grown at a lower temperature than the high-temperature AlGaN barrier layer, for example, it can be grown at the same temperature as the growth temperature of the well layer.
  • the well layers 60b1 and 60b2 may be formed of InGaN or InAlGaN and may have a composition that emits light in a blue region.
  • the well layers may have the same composition, but the present disclosure is not limited thereto, and the well layers may have different band gaps.
  • the second colored portion 60g is shown as having four sub colored portions 60g1, 60g2, 60g3, and 60g4 disposed between the first and last barrier layers, but the sub colored portions 60g1, 60g2, 60g3, and 60g4 The number of is not limited thereto.
  • the first barrier layer of the second colored portion 60g may be a GaN layer, and the last barrier layer may be an AlGaN layer. Also, the barrier layer disposed between the well layers may include an AlGaN capping layer, an Al(Ga)N layer, and a GaN layer.
  • the GaN layer of the remaining barrier layers except for the last barrier layer may be doped with an n-type impurity, for example, Si.
  • the doping concentration of Si doped in each barrier layer of the second colored portion 60g may be lower than the doping concentration of Si doped in the first barrier layer of the first colored portion 60b, for example, 5E17/cm3 to It can be within the range of 1E18/cm3.
  • each well layer of the second colored portion 60g may be substantially similar to the thickness of each well layer of the first colored portion 60b, but the thickness of each barrier layer of the second colored portion 60g is It may be greater than the thickness of each barrier layer of the first colored portion 60b.
  • the resistor unit 70 may be disposed to prevent electrons from flowing into the second conductivity type semiconductor layer 80 without recombination.
  • the resistance unit 70 may be formed of an AlGaN layer, and as shown in FIG. 8B, it may be a grading layer in which the composition of Al gradually increases.
  • the second colored portion 60g emitting green or yellow light is disposed adjacent to the second conductive semiconductor layer, and the first colored portion 60g emitting blue light is disposed adjacent to the first conductive semiconductor layer. placed adjacent to Through this, it is possible to provide a colored element having improved visibility.
  • FIG. 11A is a schematic band diagram for explaining a colored element according to another embodiment of the present disclosure
  • FIG. 11B is a band diagram showing enlarged portions of a first colored portion 60b and a second colored portion 60g. .
  • FIGS. 11A and 11B only the conduction band is shown, and in FIG. 11B, the position of the conduction band of each layer is shown based on the conduction band of GaN.
  • the colored device according to the present embodiment is substantially similar to the colored device described with reference to FIGS. 10A and 10B , but further includes an intermediate barrier layer 60t, that is, a tunnel barrier layer. There is a difference in what you do.
  • the intermediate barrier layer 60t may be formed of an AlGaN layer or DBR.
  • a band gap of the intermediate barrier layer 60t may be wider than band gaps of the barrier layers of the first and second colored portions 60b and 60g, but is not limited thereto.
  • FIG. 12 is a schematic cross-sectional view illustrating a multicolor device 1000 according to an exemplary embodiment of the present disclosure.
  • the multi-color device 1000 is obtained by adding an electrode structure to the colored device described in the previous embodiments.
  • the multi-color element 1000 includes a base 100, a colored element 120, an ohmic electrode 130, a first insulating layer 140, a pair of pad electrodes 150 (151, 153), a second It may include an insulating layer 160 , bump electrodes 171 and 173 , and a filling layer 180 .
  • the color element 120 includes a first conductivity type semiconductor region 121, a color region 123, and a second conductivity type semiconductor region 125 like the color elements of the above-described embodiments, and is not shown. , but includes a control unit.
  • a portion of the first conductivity type semiconductor region 125 is exposed by etching the second conductivity type semiconductor region 125 and the colored region 123 .
  • the exposed surface of the first conductivity type semiconductor region 121 becomes the first conductivity type contact region 120a.
  • an upper surface of the second conductivity type semiconductor region 125 may serve as a second conductivity type semiconductor contact region.
  • An ohmic electrode 130 may be disposed on the second conductivity type semiconductor region 125 to provide an ohmic contact.
  • the ohmic electrode 130 may be formed of a metal material (Al, Ti, Ni, Ag, Au, W, Sn, etc.) or a transparent conductive oxide (ITO, ZnO, AZO, IZO, etc.).
  • the first insulating layer 140 may cover the ohmic electrode 130 .
  • the first insulating layer 140 covers a portion of the ohmic electrode 130 and may cover a side surface of the mesa and a portion of the first conductivity type contact region 120a by a distance D.
  • the first insulating layer 140 may include SiO2, SiNx, TiO2, Al2O3, and the like, and may include a distributed bragg reflector.
  • the first insulating layer 140 may also cover the side surface of the first conductivity type semiconductor region 121 and the top surface of the base 100 .
  • a part of the ohmic electrode 130 and a part of the first conductivity type contact region 120a may be exposed without being covered by the first insulating layer 140, and pad electrodes formed on the first insulating layer 140. (150; 151, 153) may be electrically connected to the exposed ohmic electrode 130 and the second conductivity type contact region 120a.
  • the bump electrodes 171 and 173 are formed on the pad electrodes 150 (151 and 153) and may include metal materials such as Al, Ti, Ni, Ag, Au, W, and Sn.
  • the bump electrodes 171 and 173 are electrically connected to the pad electrodes 150 (151 and 153) to transfer electricity supplied from the circuit board to the colored element 120.
  • a second insulating layer 160 may be additionally formed between the bump electrodes 171 and 173 and the pad electrodes 150 (151 and 153).
  • the second insulating layer 160 may include SiO2, SiNx, TiO2, Al2O3, and a distributed bragg reflector.
  • the bump electrodes 171 and 173 are shown in FIG. 12 as being disposed thereon, the multi-color device 1000 may be flip-mounted and electrically connected to the circuit board 1001 as shown in FIG. Silver may be emitted to the outside through the first conductivity type semiconductor region 121 and the base 100 .
  • the colored region may be formed of a nitride semiconductor and may emit light having peak wavelengths equal to or greater than the number of the pad electrodes 151 and 153 .
  • FIG. 14 is a schematic cross-sectional view for explaining a multi-color device 2000 according to another embodiment of the present disclosure.
  • the multi-color element 2000 according to the present embodiment is substantially similar to the multi-color element 1000 described with reference to FIG. 12 , but differs in that the ohmic electrode 130 is omitted.
  • the electrode pad 153 formed on the insulating layer 140 makes ohmic contact with the second conductivity type semiconductor region 125 without a separate ohmic electrode, and serves as an ohmic electrode.
  • the multi-color device 2000 may also be flip-mounted on the circuit board 1001 as shown in FIG. 13 .
  • 15 is a schematic cross-sectional view for explaining a multi-color device 3000 according to another embodiment of the present disclosure.
  • the multi-color element 3000 is substantially similar to the multi-color element 2000 described with reference to FIG. 14, but differs in that the second insulating layer 160 is omitted.
  • the bump electrode ( 171 and 173) and the colored element 120, the insulating layer 140 and the pad electrodes 150; 151 and 153 may be disposed, and the bump electrodes 171 and 173 are the pad electrodes 150;
  • the multi-color element 3000 may be flip-mounted on the circuit board 1001, and the light may be directly formed on the first conductivity type semiconductor region 121 and the base. It can be released to the outside through (100).
  • the intensity of the peak in the blue region may be greater than the intensity of the peak in the long wavelength region such as green, orange, or red, and desired visibility may be realized by adjusting the intensity by adjusting the number or thickness of the colored portion.
  • the intensity of blue light may be 1.1 to 1.6 times that of green or yellow light. Meanwhile, under a high current density condition of 35 mA/cm 2 or more, the intensity of green or yellow light may be 0.25 to 0.8 times, and specifically, 0.5 to 0.7 times the intensity of blue light.
  • the first peak may be in the range of 410 to 435 nm, and the second peak may be in the range of 535 to 555 nm.
  • the emission intensity of the second peak may be 0.45 to 0.75 times the emission intensity of the first peak.
  • the integrated area of the emission intensity of the first peak may be 0.3 to 0.75 times the integrated area of the emission intensity of the second peak. Due to the difference in light emission intensity, it is possible to implement white light in the semiconductor itself.
  • a spectral profile near the first peak may have an asymmetric shape based on the peak point.
  • the spectral profile near the second peak may have an asymmetrical shape based on the peak point.
  • FIG. 18A is a perspective view illustrating a package to which a colored element is applied according to an exemplary embodiment
  • FIG. 18B is a plan view of FIG. 18A
  • FIG. 18C is a cross-sectional view taken along the line II′ of FIG. 18B.
  • the package 10000 includes a housing 1100, a colored element 1200, a lead frame 1300, and a zener diode 1400.
  • the housing 1100 in this embodiment, includes a body portion 111, a cover portion 113, and a coating portion 115.
  • the body portion 111 may have a substantially rectangular shape on a planar surface and surround the lead frame 1300 to support the lead frame 1300 .
  • the housing 1100 may have a cavity V having one surface open therein, and the colored element 1200 may be disposed in the cavity V.
  • the depth of the cavity V may be greater than the height of the colored element 1200 .
  • the body portion 111 may be divided into area A and area B. Area A may be an area where the color element 120 is mounted, and area B may be an area where the Zener diode 140 is mounted.
  • the inclined surface of the cavity V surrounding the colored element 120 may have the same inclined surface based on the colored element 120 .
  • the first body inclined surface 111a formed in region A may be formed as a curved surface, as shown in FIG. 18C, and may be formed such that the slope of the curved surface becomes steeper toward the top.
  • the first body inclined surface 111a formed in region A is formed in the cavity V on three surfaces of the colored element 1200 except for one surface.
  • the inside of the first body inclined surface 111a may be disposed adjacent to a position where the light emitting diode chip 120 is mounted. Accordingly, the light emitted from the color element 1200 may be reflected from the inclined surface 111a of the first body and emitted upward of the package 10000.
  • the second body inclined surface 111b formed in region B may have a straight cross section.
  • the cross-sectional shape is not limited to being a straight line, and may be formed as a curved line.
  • the width of region B in the vertical direction may be greater than that of region A in the vertical direction.
  • the cover part 113 is disposed to cover the second body inclined surface 111b formed in area B.
  • the cover portion 113 is formed to a thickness capable of covering the Zener diode 140 disposed in region B, and is formed to a degree not to exceed the stepped portion 112 .
  • the cover part 113 may have a cover inclined surface 113b formed as a gentle inclined surface.
  • the cover inclined surface 113b may be formed as a curved surface, and may be formed such that the slope becomes gentle from top to bottom.
  • the cover part 113 is described as being formed so as not to exceed the stepped part 112, but is not limited thereto, and a part of the cover part 113 goes over the stepped part 112 as necessary and the light emitting diode chip ( 120) may be partially formed up to the mounted position. That is, the cover part 113 may be formed to cover the inclined surface 111b of the second body and the Zener diode 1400 by using a viscous material including a reflective material. In this case, the reflective material may be TiO2 and Al2O3.
  • the cover inclined surface 113b formed in the cavity V of the package 10000 may be formed in a shape similar to that of the first body inclined surface 111a. Accordingly, all surfaces of the reflective surfaces formed in the cavity V may be formed substantially the same with respect to the colored element 1200 .
  • the coating part 115 is formed to cover the first body inclined surface 111a and the cover inclined surface 113b by using a coating material including a reflective material.
  • the reflective material may be TiO2 and Al2O3. That is, the coating unit 115 may be formed to cover the entirety of the cavity V of the package 10000 except for the colored element 120 .
  • the upper part of the colored element 120 is masked, and spraying, dispensing, jetting, film attaching, and thin film deposition ( It may be formed on the first body inclined surface 111a and the cover inclined surface 113b using methods such as sputtering and e-beam deposition. Accordingly, the first coating inclined surface 115a may be formed in region A of the cavity V of the package 10000, and the second coating inclined surface 115b may be formed in region B.
  • FIG. 19 is a cross-sectional view illustrating a display device to which a color element according to an exemplary embodiment of the present disclosure is applied.
  • the display device of this embodiment includes a display panel 2110, a backlight unit providing light to the display panel 2110, and a panel guide supporting a lower edge of the display panel 2110.
  • the display panel 2110 is not particularly limited, and may be, for example, a liquid crystal display panel including a liquid crystal layer.
  • a gate driving PCB for supplying a driving signal to the gate line may be further positioned at an edge of the display panel 2110 .
  • the gate driving PCB may not be formed on a separate PCB, but may be formed on a thin film transistor substrate.
  • the backlight unit includes a light source module including at least one substrate and a plurality of light emitting elements 2160 . Furthermore, the backlight unit may further include a base substrate 2180 , a reflection unit 2170 , a diffusion plate 2131 , and optical sheets 2130 .
  • the base substrate 2180 is open upward and may accommodate the substrate, the light emitting device 2160 , the reflective sheet 2170 , the diffusion plate 2131 , and the optical sheets 2130 .
  • the base substrate 2180 may be combined with the panel guide.
  • the base substrate 2180 may be positioned below the reflective unit 2170, and the light emitting device 2160 may be disposed surrounded by the reflective unit 2170.
  • the present invention is not limited thereto, and when a reflective material is coated on the surface of the base substrate 2180, the light emitting element 2160 may be positioned on the reflective unit 2170.
  • a plurality of substrates may be formed, and a plurality of substrates may be arranged side by side, but the substrate is not limited thereto and may be formed as a single substrate.
  • the light emitting element 2160 may include a colored element according to the above-described embodiments of the present disclosure.
  • the light emitting elements 2160 may be regularly arranged in a predetermined pattern on the substrate.
  • the light emitting elements 2160 may be arranged in a square shape, or in another form, may be staggered so as not to overlap adjacent light emitting elements 2160 .
  • a light guide 2210 is disposed on each light emitting element 2160 to improve uniformity of light emitted from the plurality of light emitting elements 2160 .
  • the light guide 2210 may be one of materials such as Si, a lens, and a resin including a phosphor.
  • the light guide 2210 may have a top surface parallel to the base substrate 2180, or may have a convex curved surface.
  • a diffusion plate 2131 and optical sheets 2130 are positioned on the light emitting element 2160 .
  • Light emitted from the light emitting element 2160 may be supplied to the display panel 2110 in the form of a surface light source via the diffusion plate 2131 and the optical sheets 2130 .
  • the light emitting device according to the embodiments of the present invention can be applied to a direct type display device like the present embodiment.
  • 20 is a cross-sectional view illustrating a display device to which a color element according to another embodiment of the present disclosure is applied.
  • a display device with a backlight unit includes a display panel 3210 on which an image is displayed, and a backlight unit disposed on the rear surface of the display panel 3210 to emit light. Furthermore, the display device includes a frame 240 supporting the display panel 3210 and accommodating the backlight unit, and covers 3240 and 3280 surrounding the display panel 3210 .
  • the display panel 3210 is not particularly limited and may be, for example, a liquid crystal display panel including a liquid crystal layer.
  • a gate driving PCB for supplying a driving signal to the gate line may be further positioned at an edge of the display panel 3210 .
  • the gate driving PCB may not be formed on a separate PCB, but may be formed on a thin film transistor substrate.
  • the display panel 3210 is fixed by covers 3240 and 3280 located on the top and bottom of the display panel 3210, and the cover 3280 located on the bottom may be bound to the backlight unit.
  • the backlight unit providing light to the display panel 3210 includes a lower cover 3270 having a partially opened upper surface, a light source module disposed on one inner side of the lower cover 3270, and a light source module positioned in parallel with the light source module to emit point light. It includes a light guide plate 3250 that converts into surface light.
  • the backlight unit of the present embodiment includes optical sheets 3230 disposed on the light guide plate 3250 to diffuse and condense light, and disposed below the light guide plate 3250 to transmit light traveling downward of the light guide plate 3250.
  • a reflective sheet 3260 for reflecting in the direction of the display panel 3210 may be further included.
  • the light source module includes a substrate 3220 and a plurality of light emitting devices 3110 spaced apart from each other at regular intervals on one surface of the substrate 3220 .
  • the substrate 3220 is not limited as long as it supports the light emitting element 3110 and is electrically connected to the light emitting element 3110, and may be, for example, a printed circuit board.
  • the light emitting element 3110 may include at least one colored element according to the above-described embodiments of the present disclosure.
  • Light emitted from the light source module is incident on the light guide plate 3250 and supplied to the display panel 3210 through the optical sheets 3230 . Through the light guide plate 3250 and the optical sheets 3230 , point light sources emitted from the light emitting devices 3110 may be transformed into planar light sources.
  • the color element according to the embodiments of the present disclosure may be applied to an edge type display device like the present embodiment.
  • 21 is a cross-sectional view for explaining an example in which a colored element according to another embodiment of the present disclosure is applied to a lighting device.
  • the lighting device includes a lamp body 4070, a substrate 4020, a light emitting element 4010, and a cover lens 4050. Furthermore, the lighting device may further include a heat dissipation unit 4030 , a support rack 4060 and a connection member 4040 .
  • the substrate 4020 is fixed by the support rack 4060 and spaced apart from each other on the lamp body 4070 .
  • the substrate 4020 is not limited as long as it can support the light emitting element 4010, and may be, for example, a substrate having a conductive pattern such as a printed circuit board.
  • the light emitting element 4010 may be positioned on the substrate 4020 and supported and fixed by the substrate 4020 .
  • the light emitting element 4010 may be electrically connected to an external power source through the conductive pattern of the substrate 4020 .
  • the light emitting element 4010 may include at least one colored element according to the above-described embodiments of the present disclosure.
  • the cover lens 4050 is positioned on a path along which light emitted from the light emitting element 4010 moves.
  • the cover lens 4050 may be spaced apart from the light emitting element 4010 by the connecting member 4040 and disposed in a direction in which light emitted from the light emitting element 4010 is to be provided.
  • a beam angle and/or color of light emitted from the lighting device to the outside may be adjusted by the cover lens 4050 .
  • the connecting member 4040 fixes the cover lens 4050 to the substrate 4020 and may serve as a light guide by being disposed to surround the light emitting device 4010 and providing a light emitting path 4045 .
  • connection member 4040 may be formed of a light reflective material or coated with a light reflective material.
  • the heat dissipation unit 4030 may include a heat dissipation fin 4031 and/or a heat dissipation fan 4033, and may emit heat generated when the light emitting element 4010 is driven to the outside, but is not limited thereto, and heat dissipation and It may not include related configurations.
  • the colored element according to the embodiments of the present disclosure may be applied to a lighting device or a headlamp for a vehicle as in the present embodiment.
  • FIG. 22A, 22B, and 22C are schematic cross-sectional views, plan views, and circuit diagrams for explaining a display device using a color element according to another embodiment of the present disclosure.
  • Fig. 22A is a partial cross-sectional view of the display device
  • Fig. 22B is a plan view of the backlight unit
  • Fig. 22C is a circuit diagram of the backlight unit.
  • the display device of this embodiment includes a display panel 5270 and a backlight unit providing light to the display panel 5270.
  • the display panel 5270 is not particularly limited and may be, for example, a liquid crystal display panel including a liquid crystal layer.
  • a gate driving PCB for supplying a driving signal to the gate line may be further positioned at an edge of the display panel 5270 .
  • the gate driving PCB may not be formed on a separate PCB, but may be formed on a thin film transistor substrate.
  • the backlight unit includes a circuit board 5100, a reflective unit 5110, a light emitting element 5130, a dam part 5150, a molding part 5170, a diffusion film 5190, a blue light transmittance (BLT) film, A quantum dot (QD) film 5230 and a brightness enhancement film 5250 may be included.
  • the backlight unit includes a circuit board 5100 and a light source module including a plurality of light emitting devices 5130 disposed on the circuit board 5100 .
  • One light source module may be used as the backlight unit, or a plurality of light source modules may be aligned on a plane and used as the backlight unit.
  • the reflective unit 5110 may be disposed on the surface of the circuit board 5100, as shown in FIG. 22A.
  • the reflective unit 5110 may be provided as a reflective sheet or coated on the circuit board 5100 .
  • the reflective unit 5110 may surround the light emitting elements 5130 by being formed around a region where the light emitting elements 5130 are mounted. However, it is not limited thereto, and the light emitting elements 5130 may be disposed on the reflective unit 5110 .
  • the circuit board 5100 has circuits for supplying power to the light emitting elements 5130 .
  • the light emitting elements 5130 may be connected in series, parallel, or series-parallel through circuits formed on the circuit board 5100 .
  • the electrical connection structure of the light emitting elements 5130 will be described later with reference to FIG. 22C.
  • the light emitting element 5130 includes at least one color element of the present disclosure described above, and a detailed description thereof is omitted.
  • the dam part 5150 is formed on the circuit board 5100 .
  • the dam portion 5150 divides the area on the circuit board 5100 into a plurality of blocks, as shown in FIG. 23B.
  • a plurality of light emitting devices 5130 may be disposed in each block.
  • four light emitting elements 5130 are disposed in each block.
  • the present invention is not limited thereto, and more or fewer light emitting devices 5130 than four may be disposed in each block.
  • the dam portion 5150 may include a reflective material that reflects light generated by the light emitting elements 5130 and may be formed of, for example, white silicon.
  • the molding part 5170 fills blocks partitioned by the dam part 5150 .
  • the molding part 5170 may be formed of transparent silicon.
  • the dam portion 5150 and the molding portion 5170 may include silicon of the same series, and may be formed of, for example, phenyl or methyl. Since the dam part 5150 and the molding part 5170 contain the same type of silicon, bonding force between the molding part 5170 and the dam part 5150 may be improved.
  • a diffusion film 5190 is disposed on the molding portion 5170 .
  • the diffusion film 5190 diffuses the light generated by the light emitting elements 5130 to evenly diffuse the light.
  • the diffusion film 5190 may adhere to the molding portion 5170, but is not limited thereto and may be spaced apart from the molding portion 5170.
  • the diffusion film 5190 may be composed of one sheet or may be composed of a plurality of sheets as shown in FIG. 22A.
  • the BLT film 5210 and QD film 5230 may be disposed on diffuser film 5190 .
  • the QD film 5230 includes quantum dots that convert light emitted from the light emitting elements 5130, for example, blue light, into green light and red light.
  • the BLT film 5210 transmits light emitted from the light emitting elements 5130, for example, blue light, and reflects green light and red light generated from the QD film 5230. Accordingly, it is possible to prevent green light and red light generated from the QD film 5230 from being lost while advancing toward the circuit board 5100 .
  • a brightness enhancement film 5250 is disposed on the QD film 5230 to improve the brightness of light traveling to the display panel 5270 .
  • the brightness enhancement film 5250 may include lower and upper brightness enhancement films, and may further include a dual brightness enhancement film (DBEF).
  • DBEF dual brightness enhancement film
  • light emitting elements 5130 are arranged in blocks partitioned by dam parts 5150.
  • the light emitting elements 5130 in the same block may be spaced apart from each other at equal intervals.
  • light emitting elements 5130 in adjacent blocks may also be spaced apart at similar intervals.
  • the light emitting elements in one block may be arranged in a tilted shape with respect to a rectangular block.
  • light emitting elements 5130 arranged in each block B1 to Bn may be serially connected to each other.
  • anodes of the light emitting devices in the first to nth blocks may be connected to each other, and cathodes may be spaced apart from each other.
  • the anodes of the light emitting elements in the first block (B1) and the anodes of the light emitting elements in the second block (B2) are connected to each other, and the cathodes of the light emitting elements in the first block (B1) and the second block (B2)
  • the cathodes of the light emitting elements within are electrically spaced apart from each other. Accordingly, the light emitting elements 5130 may be independently driven in units of blocks.
  • a black area can be implemented by turning off the light emitting elements 5130 . Therefore, contrast can be implemented more clearly and power consumption can be reduced compared to the conventional LCD display in which the backlight light source is always turned on. Furthermore, by using a QD film, vivid colors can be implemented.
  • the colored element according to the embodiments of the present disclosure may be applied to a mini LED display device like the present embodiment.

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Abstract

본 개시의 일 실시예에 따른 다색 소자는, 베이스, 상기 베이스 상에 배치된 제1 도전형 반도체 영역, 상기 제1 도전형 반도체 영역 상에 배치된 컨트롤부, 상기 컨트롤부 상에 형성된 유색 영역, 상기 유색 영역 상에 배치된 제2 도전형 반도체 영역을 포함하며, 상기 컨트롤부는 상기 유색 영역 내의 스트레인을 완화하도록 구성되고, 상기 유색 영역은 제1 유색부 및 제2 유색부를 포함하고, 상기 제1 유색부는 상기 제2 유색부와 다른 조성의 유색 재료를 포함한다.

Description

다색 소자
본 개시는 다색 소자에 관한 것이다.
다양한 색의 구현은 일상 생활 속에서 다양한 분야에서 활용되며, 그 예로 조명이나 자동차, 광테라피, 디스플레이 등의 여러 분야에서 다양한 색이 구현되고 있다.
일반적으로, 발광 다이오드는 단일의 좁은 반치폭을 갖는 광을 방출하므로, 가시광선 영역에서 단일 색의 광을 방출한다. 다양한 색을 구현하기 위해 피크 파장이 다른 복수의 발광 다이오드가 사용되거나, 발광 다이오드와 함께 형광체 등의 파장변환물질이 사용되고 있다.
그러나 복수의 발광 다이오드를 이용하여 다양한 색을 구현하기 위해서는, 서로 다른 재료를 이용하여 피크 파장이 다른 발광 다이오드들을 제조하고, 이들을 서로 인접하게 배치할 필요가 있다. 이에 따라, 다양한 색을 구현하기 위한 모듈을 제조하는 것이 복잡하다.
한편, 발광 다이오드와 함께 형광체를 사용할 경우, 발광 다이오드 상에 적합한 형광체를 배치하는 것이 쉽지 않고, 더욱이, 형광체의 열화나 형광체를 담지하는 몰딩부재의 열화 등의 문제를 해결할 필요가 있다. 더욱이, 형광체를 사용함에 따른 효율 감소를 피할 수 없다. 더욱이, 발광 다이오드 상에 형광체를 배치하기 때문에, 크기 증가가 필연적이다.
본 개시 사항에 따른 실시예들은 안정적인 구동이 가능한 모듈을 제공할 수 있으며, 다양한 색 구현이 가능한 다색 소자를 제공한다.
본 개시 사항에 따른 실시예들은 형광체 없이 다양한 색 구현이 가능한 다색 소자를 제공한다.
본 개시 사항에 따른 실시예들은 실제 어플리케이션에서 사용되는 전류밀도에서 최적의 효율을 갖는 무형광체 다색 소자(phosphor less di-chromatic device)를 제공한다.
본 개시의 일 실시예에 따른 다색 소자는, 베이스, 상기 베이스 상에 배치된 제1 도전형 반도체 영역, 상기 제1 도전형 반도체 영역 상에 배치된 컨트롤부, 상기 컨트롤부 상에 형성된 유색 영역, 상기 유색 영역 상에 배치된 제2 도전형 반도체 영역을 포함하며, 상기 컨트롤부는 상기 유색 영역 내의 스트레인을 완화하도록 구성되고, 상기 유색 영역은 제1 유색부 및 제2 유색부를 포함하고, 상기 제1 유색부는 상기 제2 유색부와 다른 조성의 유색 재료를 포함한다.
상기 제1 유색부는 청색광을 생성할 수 있으며, 상기 제2 유색부는 녹색 또는 황색광을 생성할 수 있다. 나아가, 상기 다색 소자는 상기 제1 유색부의 청색광과 상기 제2 유색부의 녹색 또는 황색광의 조합에 의해 백색광을 구현할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제1 유색부 및 제2 유색부는 각각 복수의 서브 유색부들을 포함할 수 있으며, 상기 제1 유색부 내의 서브 유색부들의 개수는 상기 제2 유색부 내의 서브 유색부들의 개수보다 많을 수 있다.
상기 제1 유색부 내의 서브 유색부들의 개수는 상기 제2 유색부 내의 서브 유색부들의 개수의 2 내지 7배일 수 있다.
나아가, 상기 다색 소자는 약 1.75A/cm2 이상 약 35A/cm2 미만의 범위 내의 전류 밀도 하에서 백색광을 방출할 수 있다.
다른 실시예에 있어서, 상기 제1 유색부 및 제2 유색부는 각각 복수의 서브 유색부들을 포함할 수 있으며, 상기 제2 유색부 내의 서브 유색부들의 개수는 상기 제1 유색부 내의 서브 유색부들의 개수와 같거나 그보다 많을 수 있다.
상기 제2 유색부 내의 서브 유색부들의 개수는 상기 제1 유색부 내의 서브 유색부들의 개수의 1 내지 4배일 수 있다.
나아가, 상기 다색 소자는 약 35A/cm2 이상 약 140A/cm2 이하의 범위 내의 전류 밀도 하에서 백색광을 방출할 수 있다.
상기 다색 소자는 상기 제1 도전형 반도체 영역 및 제2 도전형 반도체 영역에 각각 전기적으로 접속된 패드 전극들을 더 포함할 수 있다.
상기 유색 영역은 질화물 반도체로 형성될 수 있으며, 상기 패드 전극들의 개수와 동일하거나 그보다 많은 수의 피크 파장들의 광을 방출할 수 있다.
상기 다색 소자는 상기 패드 전극들에 각각 전기적으로 접속된 범프 전극들을 더 포함할 수 있다.
상기 다색 소자는 상기 제1 유색부와 상기 제2 유색부 사이에 터널 장벽층을 더 포함할 수 있다.
상기 터널 장벽층은 AlGaN층 또는 DBR을 포함할 수 있다.
상기 제1 유색부 및 제2 유색부 각각은 복수의 배리어층들 및 배리어층들 사이에 배치된 복수의 우물층들을 포함할 수 있으며, 상기 제1 유색부의 우물층들은 상기 제2 유색부의 우물층들에 비해 넓은 밴드갭을 가질 수 있고, 상기 제1 유색부는 상기 제2 유색부보다 상기 제1 도전형 반도체 영역에 더 가까울 수 있다.
상기 제1 유색부의 배리어층들 중 상기 제1 도전형 반도체 영역에 가장 가까운 첫번째 배리어층은 Si이 도핑된 GaN층을 포함할 수 있으며, 나머지 배리어층들은 의도적으로 도핑된 층을 포함하지 않을 수 있다.
나아가, 상기 제1 유색부의 배리어층들 중 상기 나머지 배리어층들은 AlGaN층으로 형성될 수 있다.
상기 제2 유색부의 배리어층들 중 마지막 배리어층을 제외한 배리어층들은 Si이 도핑된 GaN층을 포함할 수 있고, 상기 마지막 배리어층은 의도적인 도핑이 없는 AlGaN층을 포함할 수 있다.
상기 제2 유색부의 첫번째 배리어층은 GaN층으로 형성될 수 있고, 상기 제2 유색부의 우물층들 사이에 배치된 배리어층들은 각각 AlGaN 캐핑층, 상기 AlGaN 캐핑층보다 넓은 밴드갭을 갖는 Al(Ga)N층, 및 GaN층을 포함할 수 있다.
상기 컨트롤부는 스팟을 생성하는 홀딩부를 포함할 수 있다. 나아가, 상기 유색 영역은 V 형태로 상기 스팟을 향해 연장하는 연장부를 포함할 수 있다.
도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 유색 소자를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도2는 도 1의 일부분을 확대 도시한 단면도이다.
도3은 본 개시의 일 실시예에 따른 유색 소자를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도4는 본 개시의 일 실시예에 따른 유색 소자를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도5는 본 개시의 일 실시예에 따른 유색 소자를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도6은 본 개시의 일 실시예에 따른 유색 소자를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도7는 본 개시의 일 실시예에 따른 유색 소자를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 8A는 본 개시의 일 실시 예에 따른 유색 소자를 설명하기 위한 개략적인 밴드다이어그램이다.
도 8B는 도 8A의 유색 영역을 확대 도시한 밴드 다이어그램이다.
도 9A는 본 개시의 일 실시 예에 따른 유색 소자를 설명하기 위한 개략적인 밴드다이어그램이다.
도 9B는 도 9A의 유색 영역을 확대 도시한 밴드 다이어그램이다.
도 10A는 본 개시의 일 실시 예에 따른 유색 소자를 설명하기 위한 개략적인 밴드다이어그램이다.
도 10B는 도 10A의 유색 영역을 확대 도시한 밴드 다이어그램이다.
도 11A는 본 개시의 일 실시 예에 따른 유색 소자를 설명하기 위한 개략적인 밴드다이어그램이다.
도 12는 본 개시의 일 실시예에 따는 다색 소자를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도13은 본 개시의 일 실시예에 따른 모듈을 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 14는 본 개시의 또 다른 실시예에 따른 다색 소자를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 15는 본 개시의 또 다른 실시예에 따른 다색 소자를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도16은 본 개시의 일 실시 예에 따른 다색 소자의 스펙트럼을 나타내는 그래프이다.
도17은 본 개시의 일 실시 예에 따른 다색 소자의 스펙트럼을 나타내는 그래프이다.
도 18A는 본 개시의 일 실시예에 따른 발광 다이오드를 적용한 발광다이오드 패키지를 설명하기 위한 사시도이다.
도 18B는 도 18A의 평면도이다.
도 18C는 도 18B의 절취선 I-I'를 따라 취해진 단면도이다.
도 19는 본 개시의 일 실시예에 따른 유색 소자를 적용한 디스플레이 장치를 설명하기 위한 단면도이다.
도 20은 본 개시의 또 다른 실시예에 따른 유색 소자를 적용한 디스플레이 장치를 설명하기 위한 단면도이다.
도 21은 본 개시의 또 다른 실시예에 따른 유색 소자를 조명 장치에 적용한 예를 설명하기 위한 단면도이다.
도 22A, 도 22B, 및 도 22C는 본 개시의 또 다른 실시예에 따른 유색 소자를 적용한 디스플레이 장치를 설명하기 위한 개략적인 단면도, 평면도, 및 회로도이다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 개시 사항의 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 다음에 소개되는 실시예들은 본 개시 사항이 속하는 기술분야의 통상의 기술자에게 본 개시 사항의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 개시 사항은 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 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 유색 소자를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 유색 소자는 베이스(10), 버퍼층(20), 제1 도전형 반도체층(40), 컨트롤부(50), 유색 영역(60), 저항부(70), 및 제2 도전형 반도체층(80)을 포함할 수 있다.
베이스(10)는 인쇄회로보드, 사파이어 기판, 실리콘 기판, GaN 기판, 폴리이미드, 에폭시 몰딩 컴파운드(EMC) 등일 수 있다. 베이스(10)는 유색 영역(60)에서 방출된 광이 통과 또는 투과하는 경로 상에 배치될 수 있다. 광은 베이스(10)를 통과하여 유색 소자의 외부로 방출될 수 있다.
베이스(10)는 표면에 요철 형상을 가질 수 있으며, 요철을 이용하여 광을 산란시킬 수 있다. 유색 영역(60)이 복수의 피크 파장을 갖는 광을 방출하는 경우, 베이스(10)에서 서로 다른 피크 파장을 갖는 광이 혼합될 수 있다. 즉, 베이스(10)는 광의 혼합 지대(mixing zone)의 역할을 할 수 있다.
버퍼층(20)은 이종 기판 상에 질화 갈륨계 반도체층을 성장시키기 위한 저온 버퍼층, 예컨대 핵층으로 예컨대 언도프트 AlGaN층으로 형성될 수 있다. 버퍼층(20) 상에 고온 버퍼층, 예컨대 언도프트 GaN층이 추가로 형성될 수 있다.
제1 도전형 반도체층(40)은 유색 소자에 전기를 공급하기 위한 콘택층의 역할을 할 수 있다. 제1 도전형 반도체층(40)은 AlxIn(y)Ga(1-x-y)N (x, y>=0) 또는 GaAs, GaInP 와 같은III-V 물질을 포함할 수 있으며, Si 과 같은 dopant로 도핑 될 수 있다. 버퍼층(20) 및 제1 도전형 반도체층(40)은 제1 도전형 반도체 영역(45)을 구성할 수 있다.
유색 영역(60)은 제1 도전형 반도체층(40) 상에 형성될 수 있다. 유색 영역(60)는 AlxIn(y)Ga(1-x-y)N (x, y>=0) 또는 GaAs, GaInP 와 같은III-V 물질을 포함할 수 있다. 유색 영역(60)은 서로 다른 색의 광을 방출하는 복수의 유색부들이 서로 수직으로 적층된 구조를 가질 수 있다. 복수의 유색부들은 제1 유색부와 제2 유색부를 포함할 수 있다. 각각의 유색부는 방출되는 광의 피크 파장 또는 CIE, CRI를 결정하는 유색 재료의 종류가 서로 다르거나, 또는 유색 재료의 함량이 다를 수 있다. 예를 들어, 제1 유색부와 제2 유색부는 서로 다른 피크 파장을 가질 수 있으며, 제1 유색부의 유색 재료는 제2 유색부의 유색 재료보다 더 단파장의 광을 방출할 수 있다. 예를 들어, 제1 유색부는 청색광을 방출하고, 제2 유색부는 녹색 또는 황색 광을 방출할 수 있다.
일 실시예에서, 상대적으로 더 짧은 피크 파장의 광을 방출하는 제1 유색부가 제2 유색부보다 제1 도전형 반도체층(40)에 더 가깝게 배치될 수 있으며, 상대적으로 더 긴 피크 파장의 광을 방출하는 제2 유색부가 제1 유색부보다 제2 도전형 반도체층(80)에 더 가깝게 배치될 수 있다. 그러나 본 개시는 이에 한정되는 것은 아니며, 소자 구조에 따라 제1 유색부 및 제2 유색부의 위치는 변경 가능한다.
저항부(70)는 유색 영역(60) 상에 형성될 수 있다. 저항부(70)는 전류의 흐름에 있어서 저항의 역할을 하며, 제1 도전형 반도체층(40)에서 주입된 전자가 제2 도전형 반도체층(80)으로 흘러가지 못하도록 장벽(barrier)의 기능을 수행할 수 있다. 저항부(70)는 AlxIn(y)Ga(1-x-y)N (x>=0) 또는 GaAs, GaInP 와 같은III-V 물질을 포함할 수 있으며, 제1 및 제2 도전형 반도체층들(40, 80)보다 넓은 에너지 밴드갭을 가질 수 있다. 예를 들어, 저항부(70)의 적어도 하나의 층의 에너지 밴드갭은 제1 및 제2 도전형 반도체층들(40, 80) 의 적어도 하나의 층의 에너지 밴드갭 보다 0.9eV 이상 넓을 수 있다. 저항부(70)는 단일층으로 형성되거나 또는 복수의 층으로 형성될 수도 있다. 복수의 층으로 형성되는 경우에는 Al 함량 또는 밴드갭 에너지가 다른 복수의 층을 포함할 수 있으며, 이때 Al함량이 상대적으로 높은 층 또는 밴드갭 에너지가 상대적으로 더 넓은 층이 유색 영역(60)에 가깝게 배치될 수 있다. Al함량이 상대적으로 높은 층과 상대적으로 낮은 층의 Al 함량 차이는 10% 이내이거나, 또는 밴드갭 에너지 차이가 0.6eV 이내일 수 있다. 다른 실시 형태로, 저항부(70)의 Al 함량의 프로파일은 저항부(70)의 In 함량의 프로파일과 거의 유사할 수 있다. 즉, Al함량이 상대적으로 높은 곳에서 In의 함량도 상대적으로 높고, Al 함량이 상대적으로 낮은 곳에서 In의 함량도 상대적으로 낮을 수 있다. 하지만 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, Al함량의 프로파일과 In 함량의 프로파일이 다를 수도 있다.
컨트롤부(50)는 제1 도전형 반도체층(40)과 유색 영역(60) 사이에 형성될 수 있다. 도 2에 도시한 바와 같이, 컨트롤부(50)는 스팟(spot, 50s)을 생성하는 홀딩부(50h)를 포함할 수 있다. 컨트롤부(50)는 InGaN, GaN, InGaAs or GaAs 등의 물질을 포함할 수 있으며, 홀딩부(50h) 상에 형성된 스팟(50s)에 의해 유색 영역(60)의 일부가 스팟(50s) 쪽으로 연장되어 연장부(60e)가 형성될 수 있다. 홀딩부(50h)는 TMGa 물질을 사용하여 홀딩층을 형성함으로써 형성될 수 있다. 홀딩부(50h)의 높이는 약 1000Å~2500Å일 수 있다. 컨트롤부(50) 내에 복수개의 홀딩부들(40h)이 형성될 수 있으며, 복수개의 홀딩부들(50h)은 수평 방향으로 이격될 수 있다.
컨트롤부(50)는 유색 영역(60)과의 경계 부분에 확장부를 포함할 수 있다. 확장부는 홀딩부(50h)의 스팟(50s) 방향으로 연장하는 유색 영역(60)의 연장부(60e)가 더 크게 형성될 수 있도록 도와준다. 연장부(60e)는 V형태로 형성될 수 있고, 유색부를 포함할 수 있다. 확장부는 단일층 또는 다중층으로 형성될 수 있으며, 예를 들어, 초격자 구조를 포함할 수 있다. 확장부 물질로는 AlxIn(1-x)GaN (x, y >=0) 또는 GaAs, GaInP 와 같은III-V 물질을 포함할 수 있으며, Si과 같은 도펀트를 포함할 수도 있다. 도펀트를 포함하는 경우 도핑농도는 1E17~5E18/cm3의 농도 범위일 수 있다. 확장부는 1000Å~2500Å의 두께 범위 내에서 형성될 수 있다. 확장부는 405nm 이하의 파장의 광에 해당되는 밴드갭을 가질 수 있다. 확장부를 위한 초격자 구조는, 예를 들어, InGaN/GaN을 반복 적층한 구조를 가질 수 있다. 하지만 이에 한정되는 것은 아니며, 서로 다른 도핑 농도를 가지는 적어도 2개 이상의 층일 수도 있고, 또는 서로 다른 밴드갭 에너지를 가지는 적어도 2개 이상의 층일 수도 있다.
컨트롤부(50)는 홀딩부(50h)와 확장부 사이에 중간층을 추가로 포함할 수 있다. 중간층은 복수의 층으로 형성될 수 있으며, AlxIn(y)Ga(1-x-y)N (x, y >=0) 또는 GaAs, GaInP 와 같은III-V 물질을 포함할 수 있고, 두께는 각각 약 10Å~150Å이 될 수 있다.
제2 도전형 반도체층(80)은 저항부(70) 상에 형성될 수 있다. 제2 도전형 반도체층(80)은 제1 도전형 반도체층(40)과 반대 극성을 가질 수 있으며, 예를 들어 Mg, B 등의 물질을 포함할 수 있다. 저항부(70)와 제2 도전형 반도체층(80)은 제1 도전형 반도체 영역(85)을 구성할 수 있다. 제 2 도전형 반도체층(80)의 Mg 또는 B 등의 물질은 경사진 프로파일을 가질 수 있으며, 물질의 가장 높은 함량을 가지는 피크 지점을 기준으로 좌 우 비대칭의 프로파일을 가질 수 있다. 바람직하게는 피크 지점을 기준으로 유색 영역(60)에 더 가까운 방향의 프로파일 경사가 피크 지점을 기준으로 맞은 편에 배치된 프로파일의 경사보다 상대적으로 완만할 수 있다.
미도시 하였지만, 제2 도전형 반도체층(80) 상에 제1 도전형 반도체층(40)과 동일한 극성을 갖는 브릿지 영역이 추가로 형성될 수 있다. 브릿지 영역을 매개로 하여 실시예의 유색 소자 상에 다른 색의 광을 방출하는 유색 영역이 추가로 형성될 수도 있다.
이하에서, 유색 소자의 구체적인 예에 대해 도 3을 참조하여 더 상세하게 설명한다. 도 3은 본 개시의 일 실시예에 따른 유색 소자를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 3을 참조하면, 본 실시예에 따른 유색 소자는 도 1을 참조하여 설명한 바와 같이, 베이스(10), 제1 도전형 반도체 영역(45), 컨트롤부(50), 유색 영역(60), 및 제2 도전형 반도체 영역(85)을 포함할 수 있다.
베이스(10)는 도 1을 참조하여 설명한 바와 같으므로 중복을 피하기 위해 상세한 설명은 생략한다. 제1 도전형 반도체 영역(45)은 버퍼층(20), 언도프트 GaN층(30), 및 제1 도전형 반도체층(40)을 포함할 수 있다. 본 실시예의 제1 도전형 반도체 영역(45)은, 언도프트 GaN층(30)을 도면에 명확하게 도시한 것을 제외하면, 도 1을 참조하여 설명한 제1 도전형 반도체 영역(45)과 동일하며, 상세한 설명은 생략한다.
컨트롤부(50)는 복수의 층으로 형성될 수 있다. 컨트롤부(50)는 도 3에 도시한 바와 같이, 제1 VGL(V-pit generation layer, 51), 제1 중간층(55), 제2 중간층(57), 및 제2 VGL(53)을 포함할 수 있다. 컨트롤부(50)의 각층은 AlxInyGa(1-x-y)N (x, y>=0) 또는 GaAs, GaInP로 형성될 수 있으며, 제1 및 제2 중간층들은 각각 밴드갭 에너지가 다른 층들을 포함할 수 있다.
도 3에 도시한 바와 같이, 컨트롤부(50)의 각 층들 중 제1 VGL(51)은 제1 도전형 반도체층(40)에 가장 가깝게 배치되고, 제2 VGL(53)은 제2 도전형 반도체층(80)에 가장 가까울 수 있다. 제1 중간층(55) 및 제2 중간층(57)은 제1 VGL(51)과 제2 VGL(53) 사이에 배치될 수 있다. 이들 층들 사이에 추가적으로 다른 층이 더 포함될 수도 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
제1 VGL(51)은 제1 도전형 반도체층(40)의 성장온도보다 낮은 온도, 예를 들어, 900℃ 이하의 온도에서 성장될 수 있으며, GaN층을 포함할 수 있다. 제1 VGL(51)은 성장속도를 빠르게 하기 위해 TMGa 소스를 사용하여 형성될 수 있으며, 홀딩부, 예를 들어, V-pit의 크기 및 밀도를 조절할 수 있다. 제1 VGL(51)은 약 1000Å ~2500Å 범위 내의 두께로 형성될 수 있다. 제1 VGL(51)은 제2 VGL(53) 보다 두께가 두꺼울 수 있고, 바람직하게는 두께차이가 30% 이내일 수 있다. 제1 VGL(51)과 제2 VGL(53)의 두께의 합은 유색 영역(60)의 두께의 합보다 클 수 있다. 또는 제1 VGL(51)과 제2 VGL(53)의 두께의 합은 저항부(70)와 제2 도전형 반도체층(80)의 합보다 클 수 있다. 또는 제1 VGL(51)과 제2 VGL(53)의 두께의 합은 제2 VGL(51)이 유색 영역(60) 방향으로 인접한 층과의 계면으로부터 제2 도전형 반도체층(80)이 전도성 전극과 전기적으로 연결되는 계면까지의 두께보다 클 수 있다. 이때 두께의 차이는 1.5배 이상일 수 있다. 제1 도전형 반도체층(40)의 도핑 농도는 제1 VGL(51) 또는 제2 VGL(53) 중 적어도 하나의 층의 도핑 농도보다 7배 이상 클 수 있다.
제1 중간층(55) 또는 제2 중간층(57)은 실질적으로 스트레인을 제어하기 위해 추가된 층들로, AlN 또는 AlxGa(1-x)N 또는 GaN 으로 형성될 수 있다. 제1 및 제2 중간층들(55, 57)은 각각 약 10Å ~150Å의 두께를 가질 수 있다. 제1 중간층(55) 또는 제2 중간층(57)은 n형 도펀트를 포함할 수도 있다. 제1 중간층(55) 또는 제2 중간층(57)의 도핑 농도는 제1 도전형 반도체층(40)보다 낮고, 제2 VGL(53) 보다 높을 수 있다.
제2 VGL(53)은 단일층 또는 다중층일 수 있으며, 초격자 구조를 가질 수 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 제2 VGL(53)은 InGaN/GaN or GaN or InGaN으로 형성될 수 있으며, 일 예로, 405nm 이하의 파장에 해당되는 에너지 밴드갭을 갖도록 In함량이 포함된 InGaN/GaN 형태가 될 수 있다. 이때, 제2 VGL(53)은, Ga소스로 TEGa 소스를 사용함으로써, 제1 VGL(51)에서 형성된 V-pit 구조를 따라 상대적으로 느리게 성장할 수 있다. 제2 VGL(53)은 제1 도전형 반도체층(40) 성장 온도보다 낮은 온도, 예를 들어, 900℃ 이하의 온도에서 성장될 수 있다. 제2 VGL(53)은 약 1000Å ~2500Å의 두께로 형성될 수 있으며, 불순물이 도핑될 수 있다. 예를 들어, 제2 VGL(53)에 도핑되는 실리콘의 도핑 농도는 1E17~5E18/cm3일 수 있다.
SIMS(secondary ion mass spectrometry) 로 볼 때, 제2 VGL(53)은 발광 소자가 포함하는 3족 원소 중 표준 원자량(relative atomic mass or strandard atomic weight)이 가장 큰 물질 또는 원자번호 (atomic number)가 가장 큰 물질이 검출 될 수 있다. 상기 표준 원자량 또는 원자번호가 가장 큰 물질은 제1 도전형 반도체층(40)의 방향으로 갈수록 검출량이 점진적으로 감소할 수 있다. SIMS로 볼 때, 표준 원자량 또는 원자번호가 가장 큰 물질의 점진적으로 감소하는 영역의 두께는 유색 영역(60)의 두께보다 더 큰 두께로 검출될 수 있다. 따라서, 제1 도전형 반도체층(40)과 제2 도전형 반도체층(80)의 사이 영역에서 표준 원자량 또는 원자번호가 가장 큰 물질이 검출되는 영역이 넓게 형성되므로, 유색 영역(60)에서 백색광을 효과적으로 생성할 수 있게 한다.
유색 영역(60)은 복수의 유색부들(60b, 60g)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 유색부(60b)는 청색광을 방출할 수 있고, 제2 유색부(60g)는 녹색 또는 황색 광을 방출할 수 있다. 제1 및 제2 유색부들(60b, 60g)은 단일 또는 다중양자우물 구조를 가질 수 있으며, InGaN, InAlGaN, GaInP, 또는 GaInAlP 우물층을 포함할 수 있다.
컨트롤부(50)에 의해 V형태의 연장부(도 3의 60e)가 형성되며, 이에 따라, 유색 영역(60)의 스트레인 완화(strain relief)가 발생된다. 이에 따라, 유색 영역(60)에 더 많은 함량의 In이 유입될 수 있어, 단일 LED 구조에서 복수 유색부의 광 효율을 개선할 수 있으며, 형광체 없이 백색을 구현할 수 있다.
도 4는 본 개시의 또 다른 실시예에 따른 유색 소자를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 4를 참조하면, 본 실시예에 따른 유색 소자는 도 3을 참조하여 설명한 유색 소자와 대체로 유사하나, 유색 영역(60) 내의 유색부들이 서브 유색부들을 포함하는 것에 차이가 있다. 즉, 제1 유색부(60b)는 제1 및 제2 서브 유색부들(60b1, 60b2)을 포함할 수 있으며, 제2 유색부(60g)는 제1 및 제2 서브 유색부들(60g1, 60g2)을 포함할 수 있다. 제1 및 제2 서브 유색부들(60b1, 60b2)은 각각 청색 영역의 광을 방출하는 단일양자우물 구조를 가질 수 있으며, 제1 및 제2 서브 유색부들(60g1, 60g2)은 각각 녹색 또는 황색 영역의 광을 방출하는 단일양자우물 구조를 가질 수 있다.
제2 서브 유색부(60b2)는 제1 서브 유색부(60b1)보다 장파장의 광을 방출할 수 있다. 구체적으로, 제1 서브 유색부(60b1)는 410nm~455nm 범위 내의 피크 파장의 광을 방출할 수 있으며, 제2 서브 유색부(60b2)는 455nm~495nm 범위 내의 피크 파장의 광을 방출할 수 있다. 제2 서브 유색부(60g2)는 제1 서브 유색부(60g1)보다 장파장의 광을 방출할 수 있다. 예를 들어, 제1 서브 유색부(60g1)는 505nm~550nm 범위 내의 피크 파장의 광을 방출할 수 있으며, 제2 서브 유색부(60g2)는 550nm~605nm 범위 내의 피크 파장의 광을 방출할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 제1 서브 유색부(60b1)에서 방출되는 광의 피크 파장과 제2 서브 유색부(60b2)에서 방출되는 광의 피크 파장 사이의 갭은 100nm 이하일 수 있으며, 제1 서브 유색부(60g1)에서 방출되는 광의 피크 파장과 제2 서브 유색부(60g2)에서 방출되는 광의 피크 파장 사이의 갭은 100nm 이하일 수 있다. 제1 유색부(60b)에서 방출되는 광의 피크 파장과 제2 유색부(60g)에서 방출되는 광의 피크 파장간의 최소 갭은 200nm 이하일 수 있다. 예를 들어, 제2 서브 유색부(60b2)에서 방출되는 광의 피크 파장과 제1 서브 유색부(60g1)에서 방출되는 광의 피크 파장간의 갭이 200nm 이하일 수 있다.
제1 및 제2 서브 유색부들(60b1, 60b2) 및 제1 및 제2 서브 유색부들(60g1, 60g2)에서 방출되는 광의 피크 파장을 제어함으로써 유색 소자에서 방출되는 광의 시인성을 개선할 수 있다.
도 5는 본 개시의 또 다른 실시예에 따른 유색 소자를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 5를 참조하면, 본 실시예에 따른 유색 소자는 도 4를 참조하여 설명한 유색소자와 대체로 유사하나, 청색광을 방출하는 서브 유색부들(60b1~60b4)의 개수가 녹색광 또는 황색광을 방출하는 서브 유색부들(60g1, 60g2)의 개수보다 더 많은 것에 차이가 있다. 서브 유색부들(60b1~60b4)는 대체로 유사한 피크 파장의 광을 방출할 수 있으나, 청색 영역 내에서 서로 다른 피크 파장의 광을 방출할 수도 있다. 서브 유색부들(60g1, 60g2) 또한, 대체로 유사한 피크 파장의 광을 방출할 수 있으나, 녹색 내지 황색 영역 내에서 서로 다른 피크 파장의 광을 방출할 수도 있다.
유색 소자에 인가되는 전류밀도(J)에 따라 유색부(60b)와 유색부(60g)의 발광 효율에 차이가 있다. 서브 유색부들(60b1~60b4)의 개수를 서브 유색부들(60g1, 60g2)의 개수보다 많이 배치함으로써, 1.75A/cm2~35A/cm2 범위 내의 저전류 밀도에서 최대 효율을 갖는 백색광을 구현할 수 있다.
구체적으로, 녹색 또는 황색 서브 유색부 한 개당 청색 서브 유색부2개 (B/G ratio: 2/1), 녹색 또는 황색 서브 유색부 한 개당 청색 서브 유색부 3개 (B/G ratio: 3/1), 녹색 또는 황색 서브 유색부 한 개당 청색 서브 유색부 4개 (B/G ratio: 4/1), 녹색 또는 황색 서브 유색부 한 개당 청색 서브 유색부 5개 (B/G ratio: 5/1), 녹색 또는 황색 서브 유색부 한 개당 청색 서브 유색부 6개 (B/G ratio: 6/1), 또는 녹색 또는 황색 서브 유색부 한 개당 청색 서브 유색부 7개 (B/G ratio: 7/1) 일 수 있다. 특히, 녹색 또는 황색 서브 유색부 한 개당 청색 서브 유색부의 개수는 4개 내지 7개일 수 있으며, 이 범위에서 양호한 광 효율을 갖는 백색광을 구현할 수 있다. 청색 서브 유색부들 및 녹색 또는 황색 서브 유색부들의 전체 개수는 3개 이상 16개 이하일 수 있다.
또한 이런 구성을 위하여, 청색광을 방출하는 제1 유색부(60b)는 제1 도전형 반도체층(40)에 가깝게 배치되고, 녹색광 또는 황색광을 방출하는 제2 유색부(60g)는 제2 도전형 반도체층(80)에 가깝게 배치된다.
도 6은 본 개시의 또 다른 실시예에 따른 유색 소자를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 6을 참조하면, 본 실시예에 따른 유색 소자는 도 4를 참조하여 설명한 유색소자와 대체로 유사하나, 청색광을 방출하는 서브 유색부들(60b1, 60b2)의 개수가 녹색광 또는 황색광을 방출하는 서브 유색부들(60g1~60g4)의 개수보다 더 적은 것에 차이가 있다. 즉, 서브 유색부들(60g1~60g4)의 개수가 서브 유색부들(60b1, 60b2)의 개수보다 더 많다.
유색 소자에 인가되는 전류밀도(J)에 따라 유색부(60b)와 유색부(60g)의 발광 효율에 차이가 있다. 서브 유색부들(60g1~60g4)의 개수를 서브 유색부들(60b1, 60b2)의 개수보다 더 많거나 같게 배치함으로써, 35A/cm2~140A/cm2 범위 내의 고전류 밀도에서 최대 효율을 갖는 백색광을 구현할 수 있다.
구체적으로, 청색 서브 유색부 한 개당 녹색 또는 황색 서브 유색부1개 (B/G ratio: 1/1), 청색 서브 유색부 한 개당 녹색 또는 황색 서브 유색부2개 (B/G ratio: 1/2), 청색 서브 유색부 한 개당 녹색 또는 황색 서브 유색부 3개 (B/G ratio: 1/3), 청색 서브 유색부 한 개당 녹색 또는 황색 서브 유색부 4개 (B/G ratio: 1/4), 청색 서브 유색부 한 개당 녹색 또는 황색 서브 유색부 5개 (B/G ratio: 1/5), 청색 서브 유색부 한 개당 녹색 또는 황색 서브 유색부 6개 (B/G ratio: 1/6), 또는 청색 서브 유색부 한 개당 녹색 또는 황색 서브 유색부 7개 (B/G ratio: 1/7) 일 수 있다. 특히, 청색 서브 유색부 한 개당 녹색 또는 황색 서브 유색부의 개수는 1개 내지 4개일 수 있으며, 이 범위에서 양호한 광 효율을 갖는 백색광을 구현할 수 있다. 청색 서브 유색부들 및 녹색 또는 황색 서브 유색부들의 전체 개수는 2개 이상 15개 이하일 수 있다.
또한 이런 구성을 위하여, 청색광을 방출하는 제1 유색부(60b)는 제1 도전형 반도체층(40)에 가깝게 배치되고, 녹색광 또는 황색광을 방출하는 제2 유색부(60g)는 제2 도전형 반도체층(80)에 가깝게 배치된다.
도 7은 본 개시의 또 다른 실시예에 따른 유색 소자를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 7을 참조하면, 본 실시예에 따른 유색 소자는 도 3을 참조하여 설명한 유색 소자와 대체로 유사하나, 제1 유색부(60b)와 제2 유색부(60g) 사이에 터널 장벽층(60t)이 배치된 것에 차이가 있다.
터널 장벽층(60t)은 서로 다른 밴드갭을 갖고 서로 다른 피크 파장의 광을 방출하는 유색부들(60b, 60g) 사이에 배치되어 유색부들 사이의 광 간섭을 완화한다. 터널 장벽층(60t)은 도 5를 참조하여 설명한 저전류 밀도에 적합한 유색 소자 및 도 6을 참조하여 설명한 고전류 밀도에 적합한 유색 소자 모두에 적용될 수 있다. 터널 장벽층(60t)을 배치함으로써, 35A/cm2미만의 저전류 밀도 및 35A/cm2이상의 고전류 밀도에서 최적화된 청색광의 광도 및 녹색광 또는 황색광의 광도의 조합에 의해 높은 효율의 백색광을 구현할 수 있으며, 유색부(60b, 60g)의 전계발광 강도를 각각 조절할 수 있으며, 이에 따라, 유색 소자의 시인성을 개선할 수 있다.
구체적으로, 제1 유색부(60b)와 제2 유색부(60g) 사이에 터널 장벽층(60t)이 배치될 수 있다. 제1 유색부(60b)는 제1 도전형 반도체층(40)에 가깝게 배치되고, 제2 유색부(60g)는 제2 도전형 반도체층(80)에 가깝게 배치된다. 터널 장벽층(60t)은 AlGaN층, 또는 DBR 과 같이 색 필터 역할을 할 수 있는 물질층을 포함할 수 있다. 예컨대, 제1 유색부(60b)에서 방출된 단파장의 광이 제2 유색부(60g)에 영향을 주는 것을 방지하여 유색 소자의 광 효율을 높일 수 있다.
도 8A는 본 개시의 일 실시예에 따른 유색 소자를 설명하기 위한 개략적인 밴드 다이어그램이고, 도 8B는 제1 유색부(60b) 및 제2 유색부(60g) 부분을 확대 도시한 밴드 다이어그램이다. 도 8A 및 도 8B에서 전도대(conduction band)만을 도시하였으며, 도 8B에서 각 층의 전도대의 위치를 GaN의 전도대를 기준으로 나타내었다.
도 8A 및 도 8B를 참조하면, 본 실시예에 따른 유색 소자는 저전류 밀도, 예컨대, 1.75A/cm2 ~ 35A/cm2 범위 내의 전류 밀도하에서 최적화된 청색 광도와 녹색 광도의 조합을 통해 높은 효율을 가지는 백색광을 구현한다. 제1 유색부(60b) 및 제2 유색부(60g)를 포함하는 유색 영역의 각각의 우물층과 배리어층은 제1 유색부(60b) 및 제2 유색부(60g)에서 방출되는 광이 높은 효율로 조합될 수 있도록 구성된다. 구체적으로, 청색광을 방출하는 제1 유색부(60b)는 복수의 서브 유색부들(60b1, 60b2, 60b3, 60b4)를 포함하고, 녹색 또는 황색을 방출하는 제2 유색부(60g)는 복수의 서브 유색부들(60g1, 60g2)를 포함한다.
제1 유색부(60b)는 배리어층들 사이에 우물층이 배치되고, 우물층들이 각각 서브 유색부들(60b1, 60b2, 60b3, 60b4)에 대응한다. 구체적으로, 제1 유색부(60b)는 도 8B에 도시한 바와 같이, 첫번째 배리어층과 마지막 배리어층 사이에 4개의 우물층들이 배치될 수 있으며, 우물층들 사이에 중간 배리어층들이 배치될 수 있다. 여기서, 제1 유색부의 우물층들이 4개인 것으로 도시하지만, 본 개시가 이에 한정되는 것은 아니다. 다만, 제1 유색부(60b)의 우물층들은 제2 유색부(60g)의 우물층들에 비해 더 많은 수로 배치된다. 정공은 제2 도전형 반도체층(80)으로부터 제2 유색부(60g) 및 제1 유색부(60b)로 이동한다. 그런데, 정공은 이동도가 낮기 때문에, 저전류 밀도 하에서 제2 도전형 반도체층(80)으로부터 제1 유색부(60b)까지 이동하기 어렵다. 그러므로, 제1 유색부(60b)의 우물층의 개수를 제2 유색부(60g)의 우물층의 개수와 동일하게 배치할 경우, 청색광의 광도가 녹색광의 광도보다 낮게 나오고 이에 따라, 백색광을 구현하기 어렵다. 이에 반해, 제1 유색부(60b)의 우물층의 개수를 증가시킴으로써 청색광의 광도를 증가시킬 수 있으며, 백색광을 구현할 수 있다. 더욱이, 제1 유색부(60b)의 우물층의 개수와 제2 유색부(60g)의 우물층의 개수 비율을 조절함으로써 웜 화이트에서 쿨 화이트까지 다양한 백색광을 구현할 수 있다.
한편, 제1 유색부(60b)의 첫번째 배리어층은 GaN 층을 포함하며, 다른 배리어층들은 AlGaN층을 포함할 수 있다. 제1 유색부(60b)의 첫번째 배리어층의 GaN층에 n형 불순물, 예컨대, Si이 도핑될 수 있으며, 도핑 농도는 예를 들어, 5E18/cm3~8E18/cm3 범위 내일 수 있다. 다른 배리어층들에는 의도적인 도핑이 수행되지 않는다. 첫번째 배리어층은 또한, 정공 블록킹층을 포함할 수 있으며, 이는 AlGaN층으로 형성될 수 있다. 정공 블록킹층은 컨트롤부(50)와 제1 유색부(60b)의 경계 부분에 배치될 수 있다. 한편, 제1 유색부(60b)의 우물층들 사이에 배치된 배리어층들은 AlGaN층으로 형성될 수 있다. 구체적으로 상기 배리어층들은 각각 AlGaN 캐핑층 및 고온 AlGaN 배리어층을 포함할 수 있으며, AlGaN 캐핑층이 고온 AlGaN 배리어층보다 넓은 밴드갭을 가질 수 있다. AlGaN 캐핑층은 고온 AlGaN 배리어층보다 얇게 형성될 수 있다. 예를 들어, AlGaN 캐핑층은 약 1nm, 고온 AlGaN 배리어층은 약 35Å으 두께로 형성될 수 있다. AlGaN 캐핑층은 고온 AlGaN 배리어층보다 낮은 온도에서 성장되며, 예를 들어, 우물층의 성장 온도와 동일한 온도에서 성장될 수 있다.
한편, 우물층들(60b1, 60b2, 60b3, 60b4)은 InGaN 또는 InAlGaN으로 형성될 수 있으며, 청색 영역의 광을 방출하는 조성을 가질 수 있다. 우물층들은 서로 동일한 조성일 수 있으나, 본 개시가 이에 한정되는 것은 아니며, 우물층들은 서로 다른 밴드갭을 가질 수도 있다.
제2 유색부(60g)는 첫번째 배리어층과 마지막 배리어층 사이에 2개의 서브 유색부들(60g1, 60g2)가 배치된 것으로 도시하나, 서브 유색부들(60g1, 60g2)의 개수는 이에 한정되는 것은 아니다.
제2 유색부(60g)의 첫번째 배리어층은 GaN층일 수 있으며, 마지막 배리어층은 AlGaN층일 수 있다. 또한, 우물층들 사이에 배치된 배리어층은 AlGaN 캐핑층, Al(Ga)N층, 및 GaN층을 포함할 수 있다. 제2 유색부(60g)에서 마지막 배리어층을 제외한 나머지 배리어층들의 GaN층에n형 불순물, 예컨대 Si이 도핑될 수 있다. 제2 유색부(60g)의 각 배리어층에 도핑되는 Si의 도핑 농도는 제1 유색부(60b)의 첫번째 배리어층에 도핑되는 Si 도핑 농도보다 더 낮을 수 있으며, 예를 들어, 5E17/cm3~1E18/cm3 범위 내일 수 있다.
한편, 제2 유색부(60g)의 각 우물층의 두께는 제1 유색부(60b)의 각 우물층의 두께와 대체로 유사할 수 있으나, 제2 유색부(60g)의 각 배리어층의 두께는 제1 유색부(60b)의 각 배리어층의 두께보다 더 클 수 있다.
저항부(70)는 전자가 재결합하지 않고 제2 도전형 반도체층(80)으로 흘러가는 것을 방지하기 위해 배치될 수 있다. 저항부(70)는 AlGaN층으로 형성될 수 있는데, 도 8B에 도시한 바와 같이, Al의 조성이 점진적으로 증가하는 그레이딩층일 수 있다.
본 실시예에서, 녹색 또는 황색광을 방출하는 제2 유색부(60g)는 제2 도전형 반도체층에 인접하여 배치되며, 청색광을 방출하는 제1 유색부(60g)는 제1 도전형 반도체층에 인접하여 배치된다. 이를 통하여 시인성이 개선된 유색 소자를 제공할 수 있다.
도 9A는 본 개시의 또 다른 실시예에 따른 유색 소자를 설명하기 위한 개략적인 밴드 다이어그램이고, 도 9B는 제1 유색부(60b) 및 제2 유색부(60g) 부분을 확대 도시한 밴드 다이어그램이다. 도 8A 및 도 8B에서 전도대(conduction band)만을 도시하였으며, 도 8B에서 각 층의 전도대의 위치를 GaN의 전도대를 기준으로 나타내었다.
도 9A 및 도 9B를 참조하면, 본 실시예에 따른 유색 소자는 도 8A 및 도 8B를 참조하여 설명한 유색 소자와 대체로 유사하며, 다만, 중간 배리어층(60t), 즉, 터널 장벽층을 더 포함하는 것에 차이가 있다. 중간 배리어층(60t)은 AlGaN층 또는 DBR 등으로 형성될 수 있다. 중간 배리어층(60t)의 밴드갭은 제1 유색부(60b) 및 제2 유색부(60g)의 배리어층들의 밴드갭보다 좁을 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
도 10A는 본 개시의 또 다른 실시예에 따른 유색 소자를 설명하기 위한 개략적인 밴드 다이어그램이고, 도 10B는 제1 유색부(60b) 및 제2 유색부(60g) 부분을 확대 도시한 밴드 다이어그램이다. 도 10A 및 도 10B에서 전도대(conduction band)만을 도시하였으며, 도 10B에서 각 층의 전도대의 위치를 GaN의 전도대를 기준으로 나타내었다.
도 10A 및 도 10B를 참조하면, 본 실시예에 따른 유색 소자는 고전류 밀도, 예컨대, 35A/cm2 ~ 140A/cm2 범위 내의 전류 밀도하에서 최적화된 청색 광도와 녹색 광도의 조합을 통해 높은 효율을 가지는 백색광을 구현한다. 제1 유색부(60b) 및 제2 유색부(60g)를 포함하는 유색 영역의 각각의 우물층과 배리어층은 제1 유색부(60b) 및 제2 유색부(60g)에서 방출되는 광이 높은 효율로 조합될 수 있도록 구성된다. 구체적으로, 청색광을 방출하는 제1 유색부(60b)는 복수의 서브 유색부들(60b1, 60b2,)를 포함하고, 녹색 또는 황색을 방출하는 제2 유색부(60g)는 복수의 서브 유색부들(60g1, 60g2, 60g3, 60g4)를 포함한다.
제1 유색부(60b)는 배리어층들 사이에 우물층이 배치되고, 우물층들이 각각 서브 유색부들(60b1, 60b2)에 대응한다. 구체적으로, 제1 유색부(60b)는 도 10B에 도시한 바와 같이, 첫번째 배리어층과 마지막 배리어층 사이에 2개의 우물층들이 배치될 수 있으며, 우물층들 사이에 중간 배리어층이 배치될 수 있다. 여기서, 제1 유색부의 우물층들이 2개인 것으로 도시하지만, 본 개시가 이에 한정되는 것은 아니다. 다만, 제1 유색부(60b)의 우물층들은 제2 유색부(60g)의 우물층들에 비해 더 적은 수로 배치된다. 정공은 제2 도전형 반도체층(80)으로부터 제2 유색부(60g) 및 제1 유색부(60b)로 이동한다. 그런데, 고전류 밀도 하에서 정공이 제2 도전형 반도체층(80)으로부터 제1 유색부(60b)까지 쉽게 이동하므로, 제1 유색부(60b)에서 전자와 정공의 재결합율이 증가한다. 그러므로, 제1 유색부(60b)의 우물층의 개수를 제2 유색부(60g)의 우물층의 개수보다 더 많이 배치할 경우, 청색광의 광도가 녹색광의 광도보다 상대적으로 높고 이에 따라, 백색광을 구현하기 어렵다. 이에 반해, 제1 유색부(60b)의 우물층의 개수를 제2 유색부(60g)의 우물층의 개수와 동일 또는 적게 함으로써 청색광의 광도를 상대적으로 감소시킬 수 있으며, 이를 통해 원하는 백색광을 구현할 수 있다. 더욱이, 제1 유색부(60b)의 우물층의 개수와 제2 유색부(60g)의 우물층의 개수 비율을 조절함으로써 웜 화이트에서 쿨 화이트까지 다양한 백색광을 구현할 수 있다.
한편, 제1 유색부(60b)의 첫번째 배리어층은 GaN 층을 포함하며, 다른 배리어층들은 AlGaN층을 포함할 수 있다. 제1 유색부(60b)의 첫번째 배리어층의 GaN층에 n형 불순물, 예컨대, Si이 도핑될 수 있으며, 도핑 농도는 예를 들어, 5E18/cm3~8E18/cm3 범위 내일 수 있다. 다른 배리어층들에는 의도적인 도핑이 수행되지 않는다. 첫번째 배리어층은 또한, 정공 블록킹층을 포함할 수 있으며, 이는 AlGaN층으로 형성될 수 있다. 정공 블록킹층은 컨트롤부(50)와 제1 유색부(60b)의 경계 부분에 배치될 수 있다. 한편, 제1 유색부(60b)의 우물층들 사이에 배치된 배리어층들은 AlGaN층으로 형성될 수 있다. 구체적으로 상기 배리어층들은 각각 AlGaN 캐핑층 및 고온 AlGaN 배리어층을 포함할 수 있으며, AlGaN 캐핑층이 고온 AlGaN 배리어층보다 넓은 밴드갭을 가질 수 있다. AlGaN 캐핑층은 고온 AlGaN 배리어층보다 얇게 형성될 수 있다. 예를 들어, AlGaN 캐핑층은 약 1nm, 고온 AlGaN 배리어층은 약 35Å으 두께로 형성될 수 있다. AlGaN 캐핑층은 고온 AlGaN 배리어층보다 낮은 온도에서 성장되며, 예를 들어, 우물층의 성장 온도와 동일한 온도에서 성장될 수 있다.
한편, 우물층들(60b1, 60b2)은 InGaN 또는 InAlGaN으로 형성될 수 있으며, 청색 영역의 광을 방출하는 조성을 가질 수 있다. 우물층들은 서로 동일한 조성일 수 있으나, 본 개시가 이에 한정되는 것은 아니며, 우물층들은 서로 다른 밴드갭을 가질 수도 있다.
제2 유색부(60g)는 첫번째 배리어층과 마지막 배리어층 사이에 4개의 서브 유색부들(60g1, 60g2, 60g3, 60g4)가 배치된 것으로 도시하나, 서브 유색부들(60g1, 60g2, 60g3, 60g4)의 개수는 이에 한정되는 것은 아니다.
제2 유색부(60g)의 첫번째 배리어층은 GaN층일 수 있으며, 마지막 배리어층은 AlGaN층일 수 있다. 또한, 우물층들 사이에 배치된 배리어층은 AlGaN 캐핑층, Al(Ga)N층, 및 GaN층을 포함할 수 있다. 제2 유색부(60g)에서 마지막 배리어층을 제외한 나머지 배리어층들의 GaN층에n형 불순물, 예컨대 Si이 도핑될 수 있다. 제2 유색부(60g)의 각 배리어층에 도핑되는 Si의 도핑 농도는 제1 유색부(60b)의 첫번째 배리어층에 도핑되는 Si 도핑 농도보다 더 낮을 수 있으며, 예를 들어, 5E17/cm3~1E18/cm3 범위 내일 수 있다.
한편, 제2 유색부(60g)의 각 우물층의 두께는 제1 유색부(60b)의 각 우물층의 두께와 대체로 유사할 수 있으나, 제2 유색부(60g)의 각 배리어층의 두께는 제1 유색부(60b)의 각 배리어층의 두께보다 더 클 수 있다.
저항부(70)는 전자가 재결합하지 않고 제2 도전형 반도체층(80)으로 흘러가는 것을 방지하기 위해 배치될 수 있다. 저항부(70)는 AlGaN층으로 형성될 수 있는데, 도 8B에 도시한 바와 같이, Al의 조성이 점진적으로 증가하는 그레이딩층일 수 있다.
본 실시예에서, 녹색 또는 황색광을 방출하는 제2 유색부(60g)는 제2 도전형 반도체층에 인접하여 배치되며, 청색광을 방출하는 제1 유색부(60g)는 제1 도전형 반도체층에 인접하여 배치된다. 이를 통하여 시인성이 개선된 유색 소자를 제공할 수 있다.
도 11A는 본 개시의 또 다른 실시예에 따른 유색 소자를 설명하기 위한 개략적인 밴드 다이어그램이고, 도 11B는 제1 유색부(60b) 및 제2 유색부(60g) 부분을 확대 도시한 밴드 다이어그램이다. 도 11A 및 도 11B에서 전도대(conduction band)만을 도시하였으며, 도 11B에서 각 층의 전도대의 위치를 GaN의 전도대를 기준으로 나타내었다.
도 11A 및 도 11B를 참조하면, 본 실시예에 따른 유색 소자는 도 10A 및 도 10B를 참조하여 설명한 유색 소자와 대체로 유사하며, 다만, 중간 배리어층(60t), 즉, 터널 장벽층을 더 포함하는 것에 차이가 있다. 중간 배리어층(60t)은 AlGaN층 또는 DBR 등으로 형성될 수 있다. 중간 배리어층(60t)의 밴드갭은 제1 유색부(60b) 및 제2 유색부(60g)의 배리어층들의 밴드갭보다 넓을 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
도 12는 본 개시의 일 실시예에 따른 다색 소자(1000)를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 12를 참조하면, 본 실시예에 따른 다색 소자(1000)는 앞의 실시예들에서 설명한 유색 소자에 전극 구조를 추가한 것이다. 구체적으로, 상기 다색 소자(1000)는 베이스(100), 유색 소자(120), 오믹 전극(130), 제1 절연층(140), 한 쌍의 패드 전극(150; 151, 153), 제2 절연층(160), 범프 전극들(171, 173), 및 충전층(180)을 포함할 수 있다.
베이스(100)는 앞서 설명한 베이스(10)와 동일하므로, 중복을 피하기 위해 상세한 설명은 생략한다. 또한, 유색 소자(120)는 앞서 설명한 실시예들의 유색소자와 동일하게 제1 도전형 반도체 영역(121), 유색 영역(123), 및 제2 도전형 반도체 영역(125)을 포함하며, 도시하지 않았지만, 컨트롤부를 포함한다.
제2 도전형 반도체 영역(125) 및 유색 영역(123)을 식각하여 제1 도전형 반도체 영역(125)의 일부가 노출된다. 제1 도전형 반도체 영역(121)의 노출된 표면이 제1 도전형 컨택 영역(120a)이 된다. 한편, 제2 도전형 반도체 영역(125)의 상면이 제2 도전형 반도체 컨택 영역이 될 수 있다. 제2 도전형 반도체 영역(125) 상부에 오믹 전극(130)이 배치되어 오믹 컨택을 제공할 수 있다.
오믹전극(130)은 금속 물질(Al, Ti, Ni, Ag, Au, W, Sn 등) 또는 투명 도전성 산화물(ITO, ZnO, AZO, IZO등)로 형성될 수 있다. 제1 절연층(140)은 오믹전극(130)을 덮을 수 있다. 제1 절연층(140)은 오믹전극(130)의 일부를 덮으며 메사의 측면 및 제1 도전형 컨택 영역(120a)의 일부를 거리D만큼 덮을 수 있다. 제1 절연층(140)은 SiO2, SiNx, TiO2, Al2O3 등을 포함할 수 있으며, 분포 브래그 반사기(distributed bragg reflector)를 포함할 수 있다. 제1 절연층(140)은 또한 제1 도전형 반도체 영역(121)의 측면 및 베이스(100)의 상면을 덮을 수 있다.
오믹 전극(130)의 일부 및 제1 도전형 컨택 영역(120a)의 일부는 제1 절연층(140)으로 덮이지 않고 노출될 수 있으며, 제1 절연층(140) 상에 형성되는 패드전극들(150; 151, 153)이 노출된 오믹 전극(130) 및 제2 도전형 컨택 영역(120a)에 전기적으로 연결될 수 있다.
범프 전극들(171, 173)은 패드전극(150; 151, 153)의 상부에 형성되며, Al, Ti, Ni, Ag, Au, W, Sn 등의 금속물질을 포함할 수 있다. 범프전극(171, 173)은 패드전극(150; 151, 153)과 전기적으로 연결되어 회로기판으로부터 공급되는 전기를 유색 소자(120)에 전달할 수 있다.
범프전극(171, 173)과 패드전극(150; 151, 153) 사이에는 제2 절연층(160)이 추가로 형성될 수 있다. 제2 절연층(160)은 SiO2, SiNx, TiO2, Al2O3, 분포 브래그 반사기(distributed bragg reflector)를 포함할 수 있다. 도 12에 범프 전극들(171, 173)이 상부에 배치된 것으로 도시되지만, 다색 소자(1000)는 도 13에 도시한 바와 같이, 회로 기판(1001)에 플립 실장되어 전기적으로 연결될 수 있으며, 광은 제1 도전형 반도체 영역(121) 및 베이스(100)를 통해 외부로 방출될 수 있다.
한편, 상기 유색 영역은 질화물 반도체로 형성될 수 있으며, 상기 패드 전극들(151, 153)의 개수와 동일하거나 그보다 많은 수의 피크 파장들의 광을 방출할 수 있다.
도 14는 본 개시의 또 다른 실시예에 따른 다색 소자(2000)를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 14를 참조하면, 본 실시예에 따른 다색 소자(2000)는 도 12를 참조하여 설명한 다색 소자(1000)와 대체로 유사하나, 오믹 전극(130)이 생략된 것에 차이가 있다.
즉, 상기 다색 소자(2000)는 별도의 오믹전극 없이 절연층(140) 상에 형성된 전극패드(153)가 제2 도전형 반도체 영역(125)에 오믹 콘택하여 오믹전극의 역할을 수행한다. 다색 소자(2000) 또한 도 13에 도시한 바와 같이 회로 기판(1001)에 플립 실장될 수 있다.
도 15는 본 개시의 또 다른 실시예에 따른 다색 소자(3000)를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 15를 참조하면, 본 실시예에 따른 다색 소자(3000)는 도 14를 참조하여 설명한 다색 소자(2000)와 대체로 유사하나, 제2 절연층(160이 생략된 것에 차이가 있다. 범프전극(171, 173)과 유색 소자(120) 사이에 절연층(140) 과 패드전극(150; 151, 153)이 배치될 수 있으며, 범프 전극(171, 173)은 패드 전극(150; 151, 153) 상에 직접 형성될 수 있다. 상기 다색 소자(3000)는 도 13을 참조하여 설명한 바와 같이, 회로 기판(1001) 상에 플립 실장될 수 있으며, 광은 제1 도전형 반도체 영역(121) 및 베이스(100)를 통해 외부로 방출될 수 있다.
도16 및 도17은 본 개시의 몇몇 실시예들에 따른 유색 소자의 스펙트럼을 나타내는 그래프들이다. 청색 영역의 피크의 강도가 녹색 또는 오렌지, 적색 등의 장파장 영역의 피크의 강도보다 더 클 수 있고, 유색부의 개수나 두께 등을 조절하여 강도를 조절하여 원하는 시인성을 구현할 수 있다.
또한 유색 소자는 CIE색좌표값 (x=0.205~0.495, y=0.19~0.45)의 범위내에 해당하는 색좌표를 구현 할 수 있다.
35mA/cm2 미만의 저전류 밀도 조건하에서 청색광의 강도는 녹색 또는 황색 광의 강도의 1.1 내지 1.6배일 수 있다. 한편, 35mA/cm2 이상의 고전류 밀도 조건하에서 녹색 또는 황색 광의 강도는 청색광의 강도의 0.25 내지 0.8배일 수 있으며, 구체적으로, 0.5 내지 0.7배일 수 있다.
도 17을 참조하면, 제1 peak는 410~435nm 범위 내에 있을 수 있고, 제2 peak는 535~555nm 범위 내에 있을 있다.
또는 제2 peak의 발광 강도는 제1 peak의 발광 강도 대비 0.45~0.75배 일 수 있다. 또는 제1 peak의 발광 강도의 적분 면적은 제2 peak의 발광 강도의 적분 면적대비 0.3~0.75배 일 수 있다. 이러한 발광 강도의 차이로 인하여 반도체 자체에서 백색광 구현이 가능해진다. 제1 peak 근처에서 스펙트럼의 프로파일은 피크 지점을 기준으로 비대칭 형태일 수 있다. 또는 제2 peak 근처에서 스펙트럼의 프로파일은 피크 지점을 기준으로 비대칭 형태일 수 있다.
도 18A는 본 개시의 일 실시예에 따른 유색 소자를 적용한 패키지를 설명하기 위한 사시도이고, 도 18B는 도 18A의 평면도이며, 도 18C는 도 18B의 절취선 I-I'를 따라 취해진 단면도이다.
도 18A, 도 18B, 및 도 18C를 참조하면, 상기 패키지(10000)는, 하우징(1100), 유색 소자(1200), 리드프레임(1300) 및 제너 다이오드(1400)를 포함한다.
하우징(1100)은, 본 실시예에서, 몸체부(111), 커버부(113) 및 코팅부(115)를 포함한다. 몸체부(111)는, 도시된 바와 같이, 대략 평면상의 형상이 사각형 형상을 가지며, 리드프레임(1300)을 지지하도록 리드프레임(1300)을 감싸는 형상을 가질 수 있다. 하우징(1100)은 내부에 일면이 개방된 캐비티(V)를 가질 수 있으며, 캐비티(V)에 유색 소자(1200)가 배치될 수 있다.
여기서, 캐비티(V)의 깊이는 유색 소자(1200)의 높이보다 클 수 있다. 이때, 도 18B 및 도 18C에 도시된 바와 같이, 몸체부(111)는, A 영역 및 B 영역으로 구분될 수 있다. A 영역은 유색 소자(120)가 실장되는 영역일 수 있고, B 영역은 제너 다이오드(140)가 실장되는 영역일 수 있다.
몸체부(111)의 A 영역을 보면, 유색 소자(120)를 기준으로 유색 소자(120)를 둘러싸는 캐비티(V)의 경사면이 동일한 경사면을 가질 수 있다. 이때, A 영역에 형성된 제1 몸체 경사면(111a)은, 도 18C에 도시된 바와 같이, 곡면으로 형성될 수 있으며, 상부로 갈수록 곡면의 경사가 급해지도록 형성될 수 있다.
A 영역에 형성된 제1 몸체 경사면(111a)은, 유색 소자(1200)의 일면을 제외한 3면의 캐비티(V)에 형성된다. 이때, 제1 몸체 경사면(111a)의 내측은 발광 다이오드 칩(120)이 실장된 위치에 인접하게 배치될 수 있다. 그에 따라 유색 소자(1200)에서 방출된 광은 제1 몸체 경사면(111a)에서 반사되어 패키지 (10000)의 상부 방향으로 방출될 수 있다.
그리고 B 영역에 형성된 제2 몸체 경사면(111b)은, 본 실시예에서, 단면의 형상이 직선으로 형성될 수 있다. 하지만, 제1 몸체 경사면(111a)은 경사면으로 형성될 때, 단면 형상이 직선인 것에 한정되는 것은 아니며, 곡선으로 형성될 수도 있다.
이때, B 영역은 도 18B에서 확인할 수 있듯이, 세로 방향의 폭이 A 영역의 세로 방향 폭보다 클 수 있다. 이에 대해서는 후술하겠지만, 제2 몸체 경사면(111b)을 덮도록 커버부(113)가 형성될 수 있는 공간을 확보하기 위함이다.
커버부(113)는 도 18C에 도시된 바와 같이, B 영역에 형성된 제2 몸체 경사면(111b)을 덮도록 배치된다. 커버부(113)는 B 영역에 배치된 제너 다이오드(140)를 덮을 수 있는 두께로 형성되며, 단턱부(112)를 넘지 않을 정도로 형성된다. 그리고 커버부(113)는 도시된 바와 같이, 완만한 경사면으로 형성된 커버 경사면(113b)을 가지 수 있다. 커버 경사면(113b)은 곡면으로 형성될 수 있으며, 상부에서 하부로 갈수록 경사가 완만해지도록 형성될 수 있다.
여기서, 커버부(113)는 단턱부(112)를 넘지 않도록 형성된 것에 대해 설명하지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 커버부(113)의 일부는 단턱부(112)를 넘어 발광 다이오드 칩(120)이 실장된 위치까지 일부가 형성될 수도 있다. 즉, 커버부(113)는 반사 재료가 포함된 점성이 있는 소재를 이용하여 제2 몸체 경사면(111b)과 제너 다이오드(1400)를 덮도록 형성될 수 있다. 이때, 반사 재료는 TiO2 및 Al2O3 등일 수 있다.
이렇게 커버부(113)가 B 영역에 형성됨에 따라 패키지(10000)의 캐비티(V)에 형성된 커버 경사면(113b)은 제1 몸체 경사면(111a)과 유사한 형상으로 형성될 수 있다. 그에 따라 캐비티(V) 내에 형성된 반사면은 유색 소자(1200)을 기준으로 모든 면이 거의 동일하게 형성될 수 있다.
코팅부(115)는 반사 재료가 포함된 코팅 재료를 이용하여 제1 몸체 경사면(111a) 및 커버 경사면(113b)을 덮도록 형성된다. 이때, 반사 재료는 TiO2 및 Al2O3 등일 수 있다. 즉, 코팅부(115)는 패키지(10000)의 캐비티(V) 내에 유색 소자(120)를 제외한 전역을 덮도록 형성될 수 있다. 이를 위해 유색 소자(120)의 상부를 마스킹하고, 패키지(100)의 캐비티(V) 상부에서 스프레이(spray), 디스펜싱 (dispensing), 제팅(jetting), 필름 부착(film attach), 박막증착(sputtering) 및 전자빔(e-beam) 증착 등의 방 법을 이용하여 제1 몸체 경사면(111a) 및 커버 경사면(113b) 상에 형성될 수 있다. 그에 따라 패키지(10000)의 캐비티(V)의 A 영역에 제1 코팅 경사면(115a)이 형성되고, B 영역에 제 2 코팅 경사면(115b)이 형성될 수 있다.
도 19는 본 개시의 일 실시예에 따른 유색 소자를 적용한 디스플레이 장치를 설명하기 위한 단면도이다.
본 실시예의 디스플레이 장치는 표시패널(2110), 표시패널(2110)에 광을 제공하는 백라이트 유닛 및, 상기 표시패널(2110)의 하부 가장자리를 지지하는 패널 가이드를 포함한다.
표시패널(2110)은 특별히 한정되지 않고, 예컨대, 액정층을 포함하는 액정표시패널일 수 있다. 표시패널(2110)의 가장자리에는 상기 게이트 라인으로 구동신호를 공급하는 게이트 구동 PCB가 더 위치할 수 있다. 여기서, 게이트 구동 PCB는 별도의 PCB에 구성되지 않고, 박막 트랜지스터 기판상에 형성될 수도 있다.
백라이트 유닛은 적어도 하나의 기판 및 복수의 발광 소자(2160)를 포함하는 광원 모듈을 포함한다. 나아가, 백라이트 유닛은 베이스기판(2180), 반사 유닛(2170), 확산 플레이트(2131) 및 광학 시트들(2130)을 더 포함할 수 있다.
베이스기판(2180)는 상부로 개구되어, 기판, 발광 소자(2160), 반사 시트(2170), 확산 플레이트(2131) 및 광학 시트들(2130)을 수납할 수 있다. 또한, 베이스기판(2180)는 패널 가이드와 결합될 수 있다. 베이스기판(2180)은 반사 유닛(2170)의 하부에 위치하고, 발광 소자 (2160)는 반사 유닛(2170)에 둘러싸인 형태로 배치될 수 있다. 다만, 이에 한정되지 않고, 반사 물질이 베이스기판(2180)의 표면에 코팅된 경우에는 발광 소자 (2160)가 반사 유닛(2170) 상에 위치할 수도 있다. 또한, 기판은 복수로 형성되어, 복수의 기판들이 나란히 배치된 형태로 배치될 수 있으나, 이에 한정되지 않고, 단일의 기판으로 형성될 수도 있다.
발광 소자(2160)는 상술한 본 개시의 실시예들에 따른 유색 소자를 포함할 수 있다. 발광 소자(2160)들은 기판 상에 일정한 패턴으로 규칙적으로 배열될 수 있다. 발광 소자(2160)들은 정방형으로 배열될 수 있으며, 또 다른 형태로, 인접한 발광 소자(2160)와 겹쳐지지 않도록 어긋나게 배치될 수도 있다.
또한, 각각의 발광 소자(2160) 상에는 광 가이드(2210)가 배치되어, 복수의 발광 소자(2160)들로부터 방출되는 광을 균일성을 향상시킬 수 있다. 광 가이드(2210)로는 Si, 렌즈, 형광체를 포함하는 레진 등의 물질 중에 하나일 수 있다. 광 가이드(2210)는 상면이 베이스기판(2180)과 평행한 상면의 형태를 가질 수도 있으며, 이와 다르게 볼록한 곡면의 형태를 가질 수도 있다.
확산 플레이트(2131) 및 광학 시트들(2130)은 발광 소자(2160) 상에 위치한다. 발광 소자(2160)로부터 방출된 광은 확산 플레이트(2131) 및 광학 시트들(2130)을 거쳐 면 광원 형태로 표시패널(2110)로 공급될 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 실시예들에 따른 발광 소자는 본 실시예와 같은 직하형 디스플레이 장치에 적용될 수 있다.
도 20은 본 개시의 또 다른 실시예에 따른 유색 소자를 적용한 디스플레이 장치를 설명하기 위한 단면도이다.
본 실시예에 따른 백라이트 유닛이 구비된 디스플레이 장치는 영상이 디스플레이되는 표시패널(3210), 표시패널(3210)의 배면에 배치되어 광을 조사하는 백라이트 유닛을 포함한다. 나아가, 상기 디스플레이 장치는, 표시패널(3210)을 지지하고 백라이트 유닛이 수납되는 프레임(240) 및 상기 표시패널(3210)을 감싸는 커버(3240, 3280)를 포함한다.
표시패널(3210)은 특별히 한정되지 않고, 예컨대, 액정층을 포함하는 액정표시패널일 수 있다. 표시패널(3210)의 가장자리에는 상기 게이트 라인으로 구동신호를 공급하는 게이트 구동 PCB가 더 위치할 수 있다. 여기서, 게이트 구동 PCB는 별도의 PCB에 구성되지 않고, 박막 트랜지스터 기판상에 형성될 수도 있다. 표시패널(3210)은 그 상하부에 위치하는 커버(3240, 3280)에 의해 고정되며, 하부에 위치하는 커버(3280)는 백라이트 유닛과 결속될 수 있다.
표시패널(3210)에 광을 제공하는 백라이트 유닛은 상면의 일부가 개구된 하부 커버(3270), 하부 커버(3270)의 내부 일 측에 배치된 광원 모듈 및 상기 광원 모듈과 나란하게 위치되어 점광을 면광으로 변환하는 도광판(3250)을 포함한다. 또한, 본 실시예의 백라이트 유닛은 도광판(3250) 상에 위치되어 광을 확산 및 집광시키는 광학 시트들(3230), 도광판(3250)의 하부에 배치되어 도광판(3250)의 하부방향으로 진행하는 광을 표시패널(3210) 방향으로 반사시키는 반사시트(3260)를 더 포함할 수 있다.
광원 모듈은 기판(3220) 및 상기 기판(3220)의 일면에 일정 간격으로 이격되어 배치된 복수의 발광 소자(3110)를 포함한다. 기판(3220)은 발광 소자(3110)를 지지하고 발광 소자(3110)에 전기적으로 연결된 것이면 제한되지 않으며, 예컨대, 인쇄회로기판일 수 있다. 발광 소자(3110)는 상술한 본 개시의 실시예들에 따른 유색 소자를 적어도 하나 포함할 수 있다. 광원 모듈로부터 방출된 광은 도광판(3250)으로 입사되어 광학 시트들(3230)을 통해 표시패널(3210)로 공급된다. 도광판(3250) 및 광학 시트들(3230)을 통해, 발광 소자(3110)들로부터 방출된 점 광원이 면 광원으로 변형될 수 있다.
이와 같이, 본 개시의 실시예들에 따른 유색 소자는 본 실시예와 같은 에지형 디스플레이 장치에 적용될 수 있다.
도 21은 본 개시의 또 다른 실시예에 따른 유색 소자를 조명 장치에 적용한 예를 설명하기 위한 단면도이다.
도 21을 참조하면, 상기 조명 장치는, 램프 바디(4070), 기판(4020), 발광 소자(4010) 및 커버 렌즈(4050)를 포함한다. 나아가, 상기 조명 장치는, 방열부(4030), 지지랙(4060) 및 연결 부재(4040)를 더 포함할 수 있다.
기판(4020)은 지지랙(4060)에 의해 고정되어 램프 바디(4070) 상에 이격 배치된다. 기판(4020)은 발광 소자(4010)를 지지할 수 있는 기판이면 제한되지 않으며, 예컨대, 인쇄회로기판과 같은 도전 패턴을 갖는 기판일 수 있다. 발광 소자(4010)는 기판(4020) 상에 위치하며, 기판(4020)에 의해 지지 및 고정될 수 있다. 또한, 기판(4020)의 도전 패턴을 통해 발광 소자(4010)는 외부의 전원과 전기적으로 연결될 수 있다. 또한, 발광 소자(4010)는 상술한 본 개시의 실시예들에 따른 유색 소자를 적어도 하나 포함할 수 있다.
커버 렌즈(4050)는 발광 소자(4010)로부터 방출되는 광이 이동하는 경로 상에 위치한다. 예컨대, 도시된 바와 같이, 커버 렌즈(4050)는 연결 부재(4040)에 의해 발광 소자(4010)로부터 이격되어 배치될 수 있고, 발광 소자(4010)로부터 방출된 광을 제공하고자하는 방향에 배치될 수 있다. 커버 렌즈(4050)에 의해 조명 장치로부터 외부로 방출되는 광의 지향각 및/또는 색상이 조절될 수 있다. 한편, 연결 부재(4040)는 커버 렌즈(4050)를 기판(4020)과 고정시킴과 아울러, 발광 소자(4010)를 둘러싸도록 배치되어 발광 경로(4045)를 제공하는 광 가이드 역할을 할 수도 있다. 이때, 연결 부재(4040)는 광 반사성 물질로 형성되거나, 광 반사성 물질로 코팅될 수 있다. 한편, 방열부(4030)는 방열핀(4031) 및/또는 방열팬(4033)을 포함할 수 있고, 발광 소자(4010) 구동 시 발생하는 열을 외부로 방출시킬수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니고 방열과 관련된 구성을 미포함 할 수도 있다.
이와 같이, 본 개시의 실시예들에 따른 유색 소자는 본 실시예와 같은 조명 장치, 또는 차량용 헤드 램프에 적용될 수 있다.
도 22A, 도 22B, 및 도 22C는 본 개시의 또 다른 실시예에 따른 유색 소자를 용한 디스플레이 장치를 설명하기 위한 개략적인 단면도, 평면도, 및 회로도이다. 도 22A는 디스플레이 장치의 부분 단면도를 나타내고, 도 22B는 백라이트 유닛의 평면도를 나타내며, 도 22C는 백라이트 유닛의 회로도를 나타낸다.
도 22a, 22B, 및 22C를 참조하면, 본 실시예의 디스플레이 장치는 표시패널(5270) 및 표시패널(5270)에 광을 제공하는 백라이트 유닛을 포함한다.
표시패널(5270)은 특별히 한정되지 않고, 예컨대, 액정층을 포함하는 액정표시패널일 수 있다. 표시패널(5270)의 가장자리에는 상기 게이트 라인으로 구동신호를 공급하는 게이트 구동 PCB가 더 위치할 수 있다. 여기서, 게이트 구동 PCB는 별도의 PCB에 구성되지 않고, 박막 트랜지스터 기판상에 형성될 수도 있다.
상기 백라이트 유닛은 회로 기판(5100), 반사 유닛(5110), 발광 소자(5130), 댐부(5150), 몰딩부(5170), 확산 필름(5190), 청색광 투과(Blue Light Transmittance; BLT) 필름, 양자점(Quantum dot; QD) 필름(5230), 및 밝기 강화 필름(5250)을 포함할 수 있다.
백라이트 유닛은 회로 기판(5100) 및 회로 기판(5100) 상에 배치된 복수의 발광 소자(5130)를 포함하는 광원 모듈을 포함한다. 하나의 광원 모듈이 백라이트 유닛으로 사용될 수도 있고, 복수의 광원 모듈이 평면 상에 정렬되어 백라이트 유닛으로 사용될 수도 있다.
반사 유닛(5110)은, 도 22A에 도시한 바와 같이, 회로 기판(5100)의 표면에 배치될 수 있다. 반사 유닛(5110)은 반사 시트로 제공되거나 회로 기판(5100) 상에 코팅될 수 있다. 반사 유닛(5110)은 발광 소자들(5130)이 실장되는 영역 주위에 형성되어 발광 소자들(5130)을 둘러쌀 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 발광 소자들(5130)이 반사 유닛(5110) 상에 배치될 수도 있다.
회로 기판(5100)은 발광 소자들(5130)에 전력을 공급하기 위한 회로들을 갖는다. 발광 소자들(5130)은 회로 기판(5100)에 형성된 회로들을 통해 직렬, 병렬, 또는 직병렬로 연결될 수 있다. 발광 소자들(5130)의 전기적 연결 구조에 대해서는 도 22C를 참조하여 뒤에서 다시 설명한다.
발광 소자(5130)는 앞서 설명한 본 개시의 유색 소자를 적어도 하나 포함하며, 상세한 설명은 생략한다.
댐부(5150)는 회로 기판(5100) 상에 형성된다. 댐부(5150)는, 도 23B에 도시한 바와 같이, 회로 기판(5100) 상의 영역을 복수의 블록으로 나눈다. 각 블록에는 복수의 발광 소자들(5130)이 배치될 수 있다. 예를 들어, 본 실시예에서, 각 블록에 4개의 발광 소자들(5130)이 배치된다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 4개보다 더 많은 수 또는 더 적은 수의 발광 소자들(5130)이 각 블록 내에 배치될 수 있다.
댐부(5150)는 발광 소자들(5130)에서 생성된 광을 반사하는 반사 물질을 포함할 수 있으며, 예컨대 백색 실리콘으로 형성될 수 있다.
몰딩부(5170)는 댐부(5150)에 의해 구획된 블록들을 채운다. 몰딩부(5170)는 투명 실리콘으로 형성될 수 있다. 댐부(5150) 및 몰딩부(5170)는 동일 계열의 실리콘을 포함할 수 있으며, 예를 들어, 페닐계 또는 메틸계로 형성될 수 있다. 댐부(5150)와 몰딩부(5170)가 동일 계열의 실리콘을 포함함에 따라 몰딩부(5170)와 댐부(5150)의 결합력이 향상될 수 있다.
확산 필름(5190)은 몰딩부(5170) 상에 배치된다. 확산 필름(5190)은 발광 소자들(5130)에서 생성된 광을 확산시켜 광을 고르게 확산시킨다. 확산 필름(5190)은 몰딩부(5170)에 밀착될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 몰딩부(5170)로부터 이격될 수도 있다. 확산 필름(5190)은 하나의 시트로 구성될 수도 있으나, 도 22A에 도시한 바와 같이 복수의 시트로 구성될 수도 있다.
BLT 필름(5210) 및 QD 필름(5230)은 확산 필름(5190) 상에 배치될 수 있다. QD 필름(5230)은 발광 소자들(5130)에서 방출된 광, 예컨대 청색광을 녹색광 및 적색광으로 변환시키는 양자점들을 포함한다.
BLT 필름(5210)은 발광 소자들(5130)에서 방출된 광, 예컨대 청색광을 투과시키고, QD 필름(5230)에서 생성된 녹색광 및 적색광을 반사시킨다. 이에 따라, QD 필름(5230)에서 생성된 녹색광 및 적색광이 회로 기판(5100) 측으로 진행하여 손실되는 것을 방지할 수 있다.
한편, 밝기 강화 필름(5250)이 QD 필름(5230) 상에 배치되어 표시 패널(5270)로 진행하는 광의 밝기를 향상시킨다. 밝기 강화 필름(5250)는 하부 및 상부 밝기 강화 필름들을 포함할 수 있으며, 나아가, 이중 밝기 강화 필름(DBEF)을 포함할 수도 있다.
도 22B에 도시되듯이, 발광 소자들(5130)은 댐부(5150)에 의해 구획된 블록들에 배치된다. 같은 블록 내의 발광 소자들(5130)은 서로 동일한 간격으로 이격될 수 있다. 또한, 서로 이웃하는 블록 내의 발광 소자들(5130)도 유사한 간격으로 이격될 수 있다. 도 22B에 도시된 바와 같이, 하나의 블록 내의 발광 소자들은 사각형 형상의 블록에 대해 틸트된 형상으로 배치될 수 있다.
한편, 도 22C에 도시된 바와 같이, 각 블록(B1~Bn) 내에 배치된 발광 소자들(5130)은 서로 직렬 연결될 수 있다. 또한, 제1 내지 제n 블록 내의 발광 소자들의 애노드들은 서로 연결될 수 있으며, 캐소드들은 서로 이격될 수 있다. 예를 들어, 제1 블록(B1) 내의 발광소자들의 애노드와 제2 블록(B2) 내의 발광 소자들의 애노드는 서로 연결되며, 제1 블록(B1) 내의 발광소자들의 캐소드와 제2 블록(B2) 내의 발광 소자들의 캐소드는 서로 전기적으로 이격된다. 이에 따라, 블록 단위로 발광 소자들(5130)을 독립적으로 구동할 수 있다.
본 실시예에 따르면, 블록 단위로 발광 소자들(5130)을 독립적으로 구동함에 따라 예를 들어, 검정색 영역은 발광 소자들(5130)을 턴오프하여 구현할 수 있다. 따라서, 백라이트 광원을 항상 턴온하는 종래의 LCD 디스플레이에 비해 명암을 더 선명하게 구현할 수 있으며, 전력 소모를 감소시킬 수 있다. 나아가, QD 필름을 사용함으로써 선명한 컬러를 구현할 수 있다.
이와 같이, 본 개시의 실시예들에 따른 유색 소자는 본 실시예와 같은 미니 LED 디스플레이 장치에 적용될 수 있다.
이상에서, 본 개시의 다양한 실시예들에 대해 설명하였으나, 본 개시는 이들 실시예들에 한정되는 것은 아니다. 또한, 하나의 실시예에 대해서 설명한 사항이나 구성요소는 본 개시의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한, 다른 실시예에도 적용될 수 있다.

Claims (20)

  1. 다색 소자에 있어서,
    베이스;
    상기 베이스 상에 배치된 제1 도전형 반도체 영역;
    상기 제1 도전형 반도체 영역 상에 배치된 컨트롤부;
    상기 컨트롤부 상에 형성된 유색 영역;
    상기 유색 영역 상에 배치된 제2 도전형 반도체 영역을 포함하며,
    상기 컨트롤부는 상기 유색 영역 내의 스트레인을 완화하도록 구성되고,
    상기 유색 영역은 제1 유색부 및 제2 유색부를 포함하고, 상기 제1 유색부는 상기 제2 유색부와 다른 조성의 유색 재료를 포함하는 다색 소자.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 유색부는 청색광을 생성하고,
    상기 제2 유색부는 녹색 또는 황색광을 생성하며,
    상기 제1 유색부의 청색광과 상기 제2 유색부의 녹색 또는 황색광의 조합에 의해 백색광을 구현하는 다색 소자.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 유색부 및 제2 유색부는 각각 복수의 서브 유색부들을 포함하되,
    상기 제1 유색부 내의 서브 유색부들의 개수는 상기 제2 유색부 내의 서브 유색부들의 개수보다 많은 다색 소자.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 제1 유색부 내의 서브 유색부들의 개수는 상기 제2 유색부 내의 서브 유색부들의 개수의 2 내지 7배인 다색 소자.
  5. 청구항 4에 있어서,
    1.75A/cm2 이상 35A/cm2 미만의 범위 내의 전류 밀도 하에서 백색광을 방출하는 다색 소자.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 유색부 및 제2 유색부는 각각 복수의 서브 유색부들을 포함하되,
    상기 제2 유색부 내의 서브 유색부들의 개수는 상기 제1 유색부 내의 서브 유색부들의 개수와 같거나 그보다 많은 다색 소자.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 제2 유색부 내의 서브 유색부들의 개수는 상기 제1 유색부 내의 서브 유색부들의 개수의 1 내지 4배인 다색 소자.
  8. 청구항 7에 있어서,
    35A/cm2 이상 140A/cm2 이하의 범위 내의 전류 밀도 하에서 백색광을 방출하는 다색 소자.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 도전형 반도체 영역 및 제2 도전형 반도체 영역에 각각 전기적으로 접속된 패드 전극들을 더 포함하는 다색 소자.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 유색 영역은 질화물 반도체로 형성되며, 상기 패드 전극들의 개수와 동일하거나 그보다 많은 수의 피크 파장들의 광을 방출하는 다색 소자.
  11. 청구항 9에 있어서,
    상기 패드 전극들에 각각 전기적으로 접속된 범프 전극들을 더 포함하는 다색 소자.
  12. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 유색부와 상기 제2 유색부 사이에 터널 장벽층을 더 포함하는 다색 소자.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 터널 장벽층은 AlGaN층 또는 DBR을 포함하는 다색 소자.
  14. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 유색부 및 제2 유색부 각각은 복수의 배리어층들 및 배리어층들 사이에 배치된 복수의 우물층들을 포함하되,
    상기 제1 유색부의 우물층들은 상기 제2 유색부의 우물층들에 비해 넓은 밴드갭을 갖고,
    상기 제1 유색부는 상기 제2 유색부보다 상기 제1 도전형 반도체 영역에 더 가까운 다색 소자.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 제1 유색부의 배리어층들 중 상기 제1 도전형 반도체 영역에 가장 가까운 첫번째 배리어층은 Si이 도핑된 GaN층을 포함하고, 나머지 배리어층들은 의도적으로 도핑된 층을 포함하지 않는 다색 소자.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 제1 유색부의 배리어층들 중 상기 나머지 배리어층들은 AlGaN층으로 형성된 다색 소자.
  17. 청구항 14에 있어서,
    상기 제2 유색부의 배리어층들 중 마지막 배리어층을 제외한 배리어층들은 Si이 도핑된 GaN층을 포함하고, 상기 마지막 배리어층은 의도적인 도핑이 없는 AlGaN층을 포함하는 다색 소자.
  18. 청구항 17에 있어서,
    상기 제2 유색부의 첫번째 배리어층은 GaN층으로 형성되고, 상기 제2 유색부의 우물층들 사이에 배치된 배리어층들은 각각 AlGaN 캐핑층, 상기 AlGaN 캐핑층보다 넓은 밴드갭을 갖는 Al(Ga)N층, 및 GaN층을 포함하는 다색 소자.
  19. 청구항 1에 있어서,
    상기 컨트롤부는 스팟을 생성하는 홀딩부를 포함하는 다색 소자.
  20. 청구항 19에 있어서,
    상기 유색 영역은 V 형태로 상기 스팟을 향해 연장하는 연장부를 포함하는 다색 소자.
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