WO2024237553A1 - 발광 소자 및 이를 포함하는 발광 모듈 및 장치 - Google Patents

발광 소자 및 이를 포함하는 발광 모듈 및 장치 Download PDF

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light
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양인범
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Seoul Viosys Co Ltd
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Definitions

  • the following description relates to a light-emitting device having a protruding pattern structure, and more specifically, to a light-emitting device and a method for manufacturing the same that improves light extraction efficiency and increases the efficiency of an epi process through a plurality of protruding pattern structures.
  • Light-emitting diodes are inorganic semiconductor devices that emit light generated by the recombination of electrons and holes, and have recently been used in various fields such as display devices, automobile lamps, and general lighting. Light-emitting diodes have a long lifespan, low power consumption, and fast response speed, so light-emitting devices containing light-emitting diodes are expected to replace conventional light sources.
  • one aspect of the present invention proposes a light-emitting element that improves light extraction efficiency through a plurality of protruding pattern structures.
  • a second protrusion pattern on the upper side of the base layer that is different from the first protrusion pattern formed on the upper surface of the substrate, thereby diversifying the pattern of light reflected by the first protrusion pattern and improving the light extraction efficiency.
  • the second protrusion pattern is formed with a lower height and smaller pitch than the first protrusion pattern, but with a higher fill factor, thereby providing the efficiency of the epi process along with the light extraction efficiency.
  • a light-emitting device comprising: a substrate including a first protruding pattern on an upper surface; a base layer formed on an upper surface of the substrate; a first electrode layer formed on an upper surface of the base layer; a light-emitting layer formed on an upper surface of the first electrode layer; and a second electrode layer formed on an upper surface of the light-emitting layer, wherein the base layer includes a second protruding pattern different from the first protruding pattern on an upper surface.
  • the above first protrusion pattern and the second protrusion pattern may have a repeating protrusion pattern, and at this time, it is preferable that the unit shape of the second protrusion pattern has a different size from the unit shape of the first protrusion pattern.
  • the cross-sectional height of the second protruding pattern be formed to be lower than the cross-sectional height of the first protruding pattern.
  • the unit protrusion shape of the second protrusion pattern may include at least one of a cone shape, a hemispherical shape, a cone shape with a gentle slope toward the top, a top-cut cone shape, and a top-cut cone shape with unevenness formed at the top.
  • the pitch between the unit protrusion shapes of the second protrusion pattern be formed smaller than the pitch between the unit protrusion shapes of the first protrusion pattern.
  • the upper surface of the base layer may include a first region where the second protruding pattern is formed and a second region where the second protruding pattern is not formed.
  • the cone shape of the second protrusion pattern is formed with different left and right inclination angles, and it is preferable that the difference between the left inclination angle and the right inclination angle is formed within 5% of the larger inclination angle between the left inclination angle and the right inclination angle.
  • an epi layer made of a material having at least one common element with the base layer may be additionally included between the upper portion of the base layer on which the second protrusion pattern is formed and the first electrode layer, and it is preferable that the second protrusion pattern be made of a material having a fourth refractive index that is lower than the first refractive index of the base layer and the second refractive index of the epi layer, but higher than the third refractive index, which is the refractive index of air.
  • a buffer layer formed along the second protrusion pattern may be additionally included between the lower end of the epi layer and the upper end of the second protrusion pattern.
  • the above buffer layer can be formed both on the first region where the second protruding pattern is formed on top of the base layer and on the second region where the second protruding pattern is not formed.
  • the above buffer layer be formed of a material having a refractive index in a range between the fourth refractive index and the second refractive index.
  • a second protruding pattern according to one embodiment of the present invention may be composed of a material having a first refractive index up to a first height above a plane forming an interface with the base layer, and may be composed of a material having a second refractive index above the first height.
  • the above second protrusion pattern may include protrusion shapes having different shapes between the unit protrusion shapes.
  • the first electrode layer, the light-emitting layer, and the second electrode layer may be formed on the top of the light-emitting element.
  • a light-emitting module including a circuit board including a conductive material for electrical connection; and a package joined to the circuit board through the conductive material, wherein the package includes: at least one lead member; a housing including a cavity; and a light-emitting element disposed within the cavity and electrically connected to the lead member, wherein the light-emitting element includes: a substrate including a first protruding pattern on an upper surface; a first nitride-based epi layer formed on an upper surface of the substrate; a second nitride-based epi layer formed on an upper surface of the first nitride-based epi layer; a first electrode layer formed on an upper surface of the second nitride-based epi layer; a light-emitting layer formed on an upper surface of the first electrode layer; and a second electrode layer formed on an upper surface of the light-emitting layer, wherein a second protruding pattern of a different material from the
  • the first protrusion pattern may use the same sapphire material as the substrate, and the second protrusion pattern may use silicon oxide.
  • the housing may be formed of a light-reflective material and configured to have a first slope on the side surface so as to reflect light generated from the light-emitting element upward and emit it to the outside.
  • the first slope of the housing is different from at least one second slope formed on a side of the first protruding pattern or the second protruding pattern.
  • the second slope is a concept including a third slope formed on a side of the second protruding pattern, and a fourth slope formed on a side of the first protruding pattern, and the third slope can be formed to be smaller than the fourth slope.
  • a circuit board including a conductive material for electrical connection; a light-emitting element electrically connected to the circuit board; a control device for controlling operation of the light-emitting element; and a cover disposed on the light-emitting element and transmitting light generated by the light emission irradiation
  • the light-emitting element includes a substrate including a first protruding pattern on an upper surface; a first nitride-based epi layer formed on an upper portion of the substrate; a second nitride-based epi layer formed on an upper portion of the first nitride-based epi layer; a first electrode layer formed on an upper portion of the second nitride-based epi layer; a light-emitting layer formed on an upper portion of the first electrode layer; And a second electrode layer formed on the upper side of the light-emitting layer, wherein the light-emitting device includes a second protrusion pattern between the first
  • the first protruding pattern may be configured to be connected in an extended form with the same material as the substrate, and the second protruding pattern may be formed by being embedded by an epi layer with a material different from the first nitride-based epi layer.
  • the light-emitting element may be configured to include, in a top perspective view of the light-emitting element, an overlapping region where the first protruding pattern and the second protruding pattern overlap, and a non-overlapping region where the first protruding pattern and the second protruding pattern do not overlap.
  • the light-emitting element may be configured such that, on a top perspective view of the light-emitting element, the center points of the unit shapes of the first protruding pattern and the center points of the unit shapes of the second protruding pattern are aligned at a predetermined ratio or less.
  • a light-emitting element having improved light extraction efficiency can be implemented through a plurality of protruding pattern structures.
  • the pattern of light reflected by the first protrusion pattern can be diversified, thereby improving light extraction efficiency.
  • the second protrusion pattern can be formed with a lower height and smaller pitch than the first protrusion pattern, but with a higher filling rate, thereby providing the efficiency of the epi process along with the light extraction efficiency.
  • the light extraction efficiency can be improved based on the change in the refractive indices along the optical path.
  • FIG. 1 is a drawing for explaining the structure of a light-emitting element including a protruding pattern according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a drawing for explaining the shape of a second axis pattern according to various embodiments of the present invention.
  • FIGS. 3 and 4 are drawings for explaining the cone shape of the second protrusion pattern according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a drawing for explaining the configuration of a second protrusion pattern according to various embodiments of the present invention.
  • FIG. 6 is a drawing for explaining the structure of a light-emitting element additionally including a buffer layer according to one embodiment of the present invention.
  • FIGS. 7 and 8 are drawings for explaining the structure of a protrusion pattern according to other embodiments of the present invention.
  • FIG. 9 is a drawing for explaining a structure in which a light-emitting element according to one embodiment of the present invention is applied to a light-emitting device.
  • FIG. 10 is a drawing for explaining a process of segmentally growing a light-emitting element according to one aspect of the present invention.
  • FIG. 11 is a drawing illustrating a package and module to which embodiments of the present invention are applied.
  • FIG. 12 is a drawing illustrating a lighting device according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is a cross-sectional view illustrating a display device using a light-emitting element according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 14 is a cross-sectional view illustrating an example of applying a light-emitting element according to another embodiment of the present invention to a headlamp.
  • FIG. 15 is a cross-sectional view illustrating an example of applying a light-emitting element according to another embodiment of the present invention to a display panel.
  • FIG. 16 is a diagram illustrating examples of smart location, VR headset, and augmented reality glasses according to further embodiments of the present invention.
  • FIG. 1 is a drawing for explaining the structure of a light-emitting element including a protruding pattern according to one embodiment of the present invention.
  • the light emitting element illustrated in FIG. 1 includes a substrate (110) including a first protruding pattern (110p) on an upper surface, a base layer (120) formed on an upper surface of the substrate (110), and is characterized in that the base layer (120) includes a second protruding pattern (120p) different from the first protruding pattern (110p) on an upper surface.
  • the substrate (110) may be a light-transmitting substrate, and in addition to a sapphire substrate, a silicon substrate, a silicon carbide substrate, or a graphene substrate, other materials that can have high-temperature stability may be used, or may be used in a form in which impurities are added.
  • a first protruding pattern (110p) may be formed on the upper portion of the substrate (110), and this can be viewed as a structure for solving the problem of difficulty in epi layer growth due to a difference in lattice mismatch between the substrate (110) and the nitride epi layer on the upper portion of the substrate.
  • the substrate (110) having the first protruding pattern (110p) has a pattern of a certain shape in micro size on the surface.
  • a nitride layer is epitaxially grown on the patterned substrate (110) in this way, it is possible to increase light efficiency by reducing crystal defects (reduction due to bending of defects during growth) and internal reflection compared to growing the nitride layer on a plane.
  • the present embodiment proposes that a second protruding pattern (120p) is formed on the upper side of the base layer (120), and that the second protruding pattern (120p) has a different structure and/or pattern from the first protruding pattern (110p).
  • the second protruding pattern (120p) may be arranged so as to be embedded between semiconductor layers arranged above and below the second protruding pattern (120p), and additionally, a plurality of second protruding patterns (120p) may be formed and arranged independently spaced apart from each other. A detailed description regarding the second protruding pattern (120p) will be described later.
  • the light-emitting element according to the present embodiment may additionally include a first electrode layer (140), a light-emitting layer (150) formed on the top of the first electrode layer (140), and a second electrode layer (160) formed on the top of the light-emitting layer (150), after forming an epi layer (130) on the top of the base layer (120) described above.
  • the base layer (120) can be seen as a name to emphasize the meaning of being the basis for the growth of the epi layer (130), and if the base layer is also formed by nitride-based epi growth, it can be named as the first nitride-based epi layer (120), and the epi layer formed on top of the second protruding pattern (120p) can be named as the second nitride-based epi layer (130).
  • the first electrode layer (140) can be composed of an n electrode layer
  • the second electrode layer (160) can be composed of a p electrode layer.
  • FIG. 2 is a drawing for explaining the shape of a second protrusion pattern according to various embodiments of the present invention.
  • the unit protrusion shape of the second protrusion pattern (120p) described above in FIG. 1 may include one or more of a cone shape (FIG. 2(a)), a hemispherical shape (FIG. 2(b)), a cone shape in which the inclination angle of the inclined portion gradually decreases toward the top (FIG. 2(c)), a top-cut cone shape (FIG. 2(d)), and a top-cut cone shape with unevenness formed at the top (FIG. 2(e)), as shown in FIG. 2.
  • a cone shape FIG. 2(a)
  • a hemispherical shape FIG. 2(b)
  • FIG. 2(d) top-cut cone shape
  • FIG. 2(e) a top-cut cone shape with unevenness formed at the top
  • the second protrusion pattern (120p) plays a role in forming a pattern of a different shape from the first protrusion pattern (110p), even if the unit protrusion shape of the first protrusion pattern (110p) is a cone shape ((a) or (c)), the second protrusion pattern (120p) need not be limited thereto, and various unit protrusion shapes illustrated in FIG. 2 may be used for randomization of the light path and depending on the characteristics of the process of forming the second protrusion pattern (120p).
  • FIGS. 3 and 4 are drawings for explaining the cone shape of the second protrusion pattern according to one embodiment of the present invention.
  • both the first protrusion pattern (110p) and the second protrusion pattern (120p) have a cone-shaped repeating protrusion pattern.
  • the cone shape of the second protruding pattern (120p) is different in size from the cone shape of the first protruding pattern (110p), and specifically, as shown in (a) of FIG. 3, it is preferable that the cone shape of the second protruding pattern (120p) has a smaller width (W2 ⁇ W1) and/or a lower height (H2 ⁇ H1) than the cone shape of the first protruding pattern (110p).
  • W2/W1 may be less than 1, or H2/H1 may be less than 1.
  • the number of second protruding patterns (120p) arranged per unit area may be formed to be greater than the number of first protruding patterns (110p).
  • the density of the second protruding patterns (120p) per unit area may be formed to be higher than the density of the first protruding patterns (110p).
  • the fill factor can be increased.
  • the fill factor can be defined in various ways, such as the ratio of the protruding pattern included per hexagonal unit as illustrated in (a) of FIG. 5 described later, or the ratio of the protruding pattern included per four-sided unit as illustrated in (b) of FIG. 5, and a high fill factor can play a role in increasing light extraction efficiency.
  • the merge defect can be reduced due to the reduction in the height of the second protruding pattern (120p), improvement in package characteristics can be expected.
  • the number of second protruding patterns (120p) included in the unit unit may be greater than the number of first protruding patterns (110p), and therefore, the charging rate of the second protruding pattern (120p) may be higher than the charging rate of the first protruding pattern (110p).
  • the upper part of the base layer (120) may include a first region (R1) in which a second protruding pattern (120p) is formed and a second region (R2) in which the second protruding pattern (120p) is not formed.
  • R1 a first region in which a second protruding pattern (120p) is formed
  • R2 a second region in which the second protruding pattern (120p) is not formed.
  • the size of the second protruding pattern (120p) is formed smaller than that of the first protruding pattern (110p), and the area of the second region (R2) is secured between the second protruding patterns (120p), thereby increasing the efficiency of growing the epi layer (130) on the top.
  • the base layer (120) may be composed of a material that includes at least one identical element as the epi layer (130).
  • the size of the second protruding pattern (120p) is explained based on the width (W) when compared with the first protruding pattern (110p), but in order to form a high filling rate of the second protruding pattern (120p) from the perspective of the filling rate described above, it is proposed that the pitch (P2) between the vertices of the cones of the second protruding pattern (120p) is smaller than the pitch (P1) between the vertices of the cones of the first protruding pattern (110p). However, it is proposed that the filling rate of the cone shape of the second protruding pattern (120p) is formed larger than the filling rate of the cone shape of the first protruding pattern (110p).
  • the minimum separation distance (A2) between at least two second protruding patterns (120p) may be greater than the minimum separation distance (A1) between at least two first protruding patterns (110p).
  • the cone shape of the second protrusion pattern (120p) may be formed with different left inclination angles ( ⁇ 1) and right inclination angles ( ⁇ 2).
  • ⁇ 1 left inclination angles
  • ⁇ 2 right inclination angle
  • ⁇ 1 left inclination angle
  • ⁇ 2 right inclination angle
  • the difference between the left inclination angle ( ⁇ 1) and the right inclination angle ( ⁇ 2) may be formed within 5% of the larger inclination angle (the right inclination angle ( ⁇ 2) in the case of (b) of Fig. 3) among the left inclination angle ( ⁇ 1) and the right inclination angle ( ⁇ 2). Since an excessively large difference in inclination angle may cause light to be biased in a specific direction, the biasing of light may be prevented by making the difference in inclination on both sides within 5%.
  • the cone shape of the first protruding pattern (110p) may be formed so that the left inclination angle ( ⁇ 3) and the right inclination angle ( ⁇ 4) are different, and at least one of the left inclination angle ( ⁇ 1) or the right inclination angle ( ⁇ 2) of the second protruding pattern (120p) may have a smaller angle than at least one of the left inclination angle ( ⁇ 3) or the right inclination angle ( ⁇ 4) of the first protruding pattern (110p). That is, ⁇ 1/ ⁇ 2 may be ⁇ ⁇ 3/ ⁇ 4.
  • the side inclination angle of the second protruding pattern (120p) is lower than the side inclination angle of the first protruding pattern (110p), it becomes easy to form a semiconductor layer on the upper portion of the second protruding pattern (120p).
  • the left inclination angle ( ⁇ 1), the right inclination angle ( ⁇ 2) of the second protruding pattern (120p), the left inclination angle ( ⁇ 3) and the right inclination angle ( ⁇ 4) of the first protruding pattern (110p) may have different angles. Accordingly, light scattering and light extraction by different angles can be improved.
  • FIG. 4 illustrates the second protruding pattern (120p) in a solid line and the first protruding pattern (110p) in a dotted line when viewed from the top.
  • a portion of the second protruding pattern (120p) overlaps a portion of the first protruding pattern (110p) to form an overlapping area (M), and a portion of the second protruding pattern (120p) may include an area that does not overlap a portion of the first protruding pattern (110p).
  • the vertex of the second protruding pattern (120p) be formed spaced apart from the vertex of the first protruding pattern (110p) so as not to be vertically aligned. Accordingly, various optical paths can be formed between the first protruding pattern (110p) and the second protruding pattern (120p).
  • the ratio of such coincident center points may be within a predetermined range (for example, within 5%).
  • FIG. 5 is a drawing for explaining the configuration of a second protrusion pattern according to various embodiments of the present invention.
  • FIG. 5 illustrates an arrangement in which one second protruding pattern (120p) is surrounded by six surrounding second protruding patterns (120p) in an arrangement of a plurality of second protruding patterns (120p).
  • the arrangement form of the second protruding patterns (120p) may be the same as the arrangement form of the first protruding patterns (110p).
  • the size of the hexagon connecting the centers of the six second protruding patterns (120p) surrounding one second protruding pattern (120p) may be different from the size of the hexagon connecting the centers of the six first protruding patterns (110p) surrounding one first protruding pattern (110p).
  • FIG. 5 (b) illustrates an arrangement of a plurality of second protruding patterns (120p), in which a plurality of second protruding patterns (120p) are arranged in a first direction, and a plurality of second protruding patterns (120p) are arranged in a second direction perpendicular to the first direction to have m columns and n rows. Additionally, in the arrangement of a plurality of second protruding patterns (120p), one second protruding pattern (120p) may be arranged so that eight surrounding second protruding patterns (120p) surround it.
  • the size of a polygon connecting the centers of eight second protruding patterns (120p) surrounding one second protruding pattern (120p) may be different from the shape or size of a polygon connecting the centers of six first protruding patterns (110p) surrounding one first protruding pattern (110p). Therefore, it can be configured to maximize light extraction efficiency in relation to the first protrusion pattern (110p).
  • (c) of FIG. 5 illustrates an arbitrary pattern structure in which the unit protrusion shape of the second protrusion pattern (120p) is randomly mixed with large protrusion units and small protrusion units.
  • the large protrusion units and small protrusion units may have different heights, and the levels at which their vertices are located may be different.
  • the protrusion units and small protrusion units may have different maximum widths.
  • Such an arbitrary pattern structure can increase the filling rate per unit area, and thus, an increase in light extraction efficiency can be expected.
  • the second protruding pattern (120p) is preferably composed of a material having a fourth refractive index (n 4 ) that is lower than the first refractive index (n 1 ) of the base layer (120) and the second refractive index (n 2 ) of the epi layer (130), but higher than the third refractive index (n 3 ) that is the refractive index of air.
  • silicon oxide (SiO 2 ) or titanium oxide (TiO 2 ) as a material satisfying the refractive index relationship, but it is not necessary to be limited thereto, and various materials may be used as long as they satisfy the above-described refractive index relationship.
  • FIG. 6 is a drawing for explaining the structure of a light-emitting element additionally including a buffer layer (610) according to one embodiment of the present invention.
  • the light emitting element according to the embodiment illustrated in FIG. 6 may further include a buffer layer (610) disposed between the lower end of the epi layer (130) and the upper end of the second protruding pattern (120p), and the buffer layer (610) may be formed along the surface of the second protruding pattern (120p).
  • this buffer layer (610) be formed to extend from the first region (R1) where the second protruding pattern (120p) is formed on the top of the base layer (120) to the second region (R2) where the second protruding pattern (120p) is not formed.
  • the buffer layer (610) be formed of a material having a refractive index in a range between the fourth refractive index (n 4 ) which is the refractive index of the second protruding pattern (120p) and the second refractive index (n 2 ) which is the refractive index of the epi layer (130).
  • the refractive index of the buffer layer (610) may be greater than 1.4 and less than 2.5.
  • This buffer layer (610) not only facilitates the growth of a nitride-based epi layer (130) on top of the second protruding pattern (120p), but also, in terms of the relationship between refractive indices, can alleviate the degree of refraction caused by a sudden change in refractive index when light incident on the second protruding pattern (120p) passes through the buffer layer (610) before incident on the epi layer (130).
  • FIGS. 7 and 8 are drawings for explaining the structure of a protrusion pattern according to other embodiments of the present invention.
  • the first protruding pattern (110p) may be configured to include a first portion (110pa) that has the same material as the substrate and extends upward along the first protruding pattern (110p) based on the plane height of the portion of the upper portion of the substrate (110) where the first protruding pattern (110p) is not formed, and a second portion (110pb) that extends from the upper portion of the first portion (110pa) toward the second protruding pattern (120p) and is formed of a different material from the first portion (110pa).
  • the refractive index of the second part (110pb) can be the same as the refractive index of the second protruding pattern (120p).
  • the material of the second part (110pb) can be the same as the material of the second protruding pattern (120p).
  • the cross-sectional size of the second part (110pb) of the first protruding pattern (110p) can be different from the cross-sectional size of the second protruding pattern (120p). Therefore, even if the refractive index or material is the same, by forming it differently, the path length of light passing through the material can be made different, and the light extraction efficiency can be improved.
  • the second protrusion pattern (120p) is formed by dividing it into two parts (120pa, 120pb), similarly to the first protrusion pattern (110p) described above in FIG. 7. That is, the second protrusion pattern (120p) is formed of a material having a first refractive index (n 4_1 ) up to a first height based on a plane forming an interface with the base layer (120) (120pa), and is formed of a material having a second refractive index (n 4_2 ) above the first height (120pb).
  • the first part (120pa) of the second protruding pattern (120p) is illustrated as being composed of a different material from the base layer (120), but the first part (120pa) of the second protruding pattern (120p) may have a form in which a part of the base layer (120) extends in the direction of the second part (120pb).
  • the first part (120pa) of the second protruding pattern (120p) may include a left inclination angle ( ⁇ 5) and a right inclination angle ( ⁇ 6), and the left inclination angle ( ⁇ 5) and the right inclination angle ( ⁇ 6) may have different angles.
  • the left inclination angle ( ⁇ 5) may be greater than the left inclination angle ( ⁇ 1) of the second part (120pb) of the second protruding pattern (120p) disposed thereon.
  • the right inclination angle ( ⁇ 6) may be greater than the right inclination angle ( ⁇ 2) of the second part (120pb) of the second protruding pattern (120p) disposed thereon.
  • the sum of the left inclination angle ( ⁇ 5) and the right inclination angle ( ⁇ 6) of the first part (120pa) of the second protruding pattern (120p) may be greater than the sum of the left inclination angle ( ⁇ 1) and the right inclination angle ( ⁇ 2) of the second part (120pb) of the second protruding pattern (120p). That is, the relationship ⁇ 5+ ⁇ 6 > ⁇ 1+ ⁇ 2 may be present.
  • the second part (110pb) of the first protruding pattern (110p) may include a left inclination angle ( ⁇ 7) and a right inclination angle ( ⁇ 8), and may have different angles from the left inclination angle ( ⁇ 1) and the right inclination angle ( ⁇ 1) of the second part (120pb) of the second protruding pattern (120p).
  • the left inclination angle ( ⁇ 1) of the second part (120pb) of the second protruding pattern (120p) and the left inclination angle ( ⁇ 5) of the first part (120pa) and the left inclination angle ( ⁇ 3) of the first part (110pa) of the first protruding pattern (110p) and the left inclination angle ( ⁇ 7) of the second part (120pb) may be different from each other.
  • the right inclination angle ( ⁇ 2) of the second part (120pb) of the second protruding pattern (120p) and the right inclination angle ( ⁇ 6) of the first part (120pa) and the right inclination angle ( ⁇ 4) of the first part (110pa) of the first protruding pattern (110p) and the right inclination angle ( ⁇ 8) of the second part (120pb) may be different from each other. Therefore, the angles arranged in one direction can be different from each other to improve light extraction.
  • the second refractive index (n 4_2 ) of the second part (120pb) of the second protruding pattern ( 120p ) may satisfy the condition range of the fourth refractive index (n 4 ).
  • the second refractive index (n 4_2 ) of the second part (120pb) of the second protruding pattern (120p) may be the same as the refractive index of the second part (110pb) of the first protruding pattern (110p).
  • FIG. 9 is a drawing for explaining a structure in which a light-emitting element according to one embodiment of the present invention is applied to a light-emitting device.
  • the light-emitting device illustrated in FIG. 9 includes, like the light-emitting element illustrated in FIG. 8, a substrate (110) including a first protruding pattern (110p) on an upper surface, and a base layer (120) formed on an upper portion of the substrate (110).
  • a first electrode layer (140), a light-emitting layer (150) formed on an upper portion of the first electrode layer (140), and a second electrode layer (160) formed on an upper portion of the light-emitting layer (150) may be additionally included.
  • the above-described light-emitting layer (150) can utilize a structure that introduces and utilizes a multiple quantum well structure (MQW) in which well layers and barrier layers are alternately laminated as a method for increasing the coupling efficiency of electrons and holes in terms of quantum mechanics.
  • MQW multiple quantum well structure
  • a superlattice layer (910) may be additionally formed between the first electrode layer (140) and the light-emitting layer (150). Control of stress through this superlattice layer (910) can reduce crystal defects and produce a high-quality, uniform surface.
  • an electron blocking layer may be additionally included between the second electrode layer (160) and the light-emitting layer (150).
  • the EBL (920) can improve carrier injection efficiency by preventing electrons from escaping from the light-emitting layer (150).
  • a first electrode (940) electrically connected to a first electrode layer (140) is formed, a second electrode (930) electrically connected to a second electrode layer (160) is formed, and an insulating layer (950) covering a side of a light-emitting element is formed.
  • the second protruding pattern (120p) may include a third protruding shape (120px) having a different shape from the second portion (110pb) of the second protruding pattern (120p).
  • the second protruding pattern (120p) may include a second-first protruding shape (120px) having a different size from the second portion (110pb) of the second protruding pattern (120p).
  • the second-first protruding shape (120px) may be arranged close to a side surface of the light-emitting element and may have a side surface inclined along the side surface of the light-emitting element.
  • the inclination of the outer surface (c3) of the second-first protruding shape (120px) may be different from the inclination of the inner surface (c4) that shares a vertex and is arranged on the opposite side.
  • the position of the vertex of the 2-1 protruding shape (120px) may be positioned lower than the position of the vertex of the second part (110pb) of the adjacent second protruding pattern (120p).
  • the lengths of the outer side (c3) and the inner side (c4) of the 2-1 protruding shape (120px) may be different from each other. For example, as illustrated in FIG.
  • a part of the second protruding pattern (120p) or the second part (110pb) of the second protruding pattern (120p) may be removed, and in the process, the 2-1 protruding shape (120px) may include a shape in which a part of the shape of the growth stage is removed.
  • the first protruding pattern (110p) may include a 1-1 protruding shape (110px) having a different size from the second portion (110pb) of the first protruding pattern (110p).
  • the size of the 1-1 protruding shape (110px) may be smaller than the size of the second portion (110pb) of the adjacent first protruding pattern (110p).
  • the 1-1 protruding shape (110px) may be arranged close to a side surface of the light-emitting element and may have a side surface inclined along the side surface of the light-emitting element.
  • the outer surface (c1) of the 1-1 protruding shape (110px) may have a different incline from the incline of the inner surface (c2) that shares a vertex and is arranged to face the opposite side due to the insulating layer (950).
  • the outer surface (c1) and the inner surface (c2) of the 1-1 protruding shape (110px) may be covered with different materials.
  • the outer surface (c1) of the 1-1 protruding shape (110px) may be covered with an insulating layer (950), and the inner surface (c2) may be covered with a material having a higher refractive index than the insulating layer (950).
  • the position of the vertex of the 1-1 protruding shape (110px) may be positioned lower than the position of the vertex of the adjacent 1-1 protruding shape (110p).
  • the substrate (110) may be formed to overlap with the light-emitting element and extend outwardly of the light-emitting element, and a first portion (110pa) of the first protruding shape (110p) adjacent to a side surface of the light-emitting element may include a first region (A) in which a 1-1 protruding shape (110px) having a different refractive index is disposed on a portion of the first region, and a second region (B) exposed by the second portion (110pb).
  • the second region (B) may be covered by an insulating layer (950).
  • FIG. 10 is a drawing for explaining a process of segmentally growing a light-emitting element according to one aspect of the present invention.
  • a base layer (120) including a substrate (110) and a second protruding pattern (120p) is formed as a template through a first-stage growth (S1020), and a first electrode layer (140), a light-emitting layer (150), a second electrode layer (160), etc. are formed through a second-stage growth (S1030) on top of the template formed through the first-stage growth (S1020).
  • the buffer layer (610) described above with respect to Fig. 6 may also be utilized as a configuration for reducing dislocations in this division growth step.
  • AlN may be utilized as the material of the buffer layer (610), but it is not necessary to be limited thereto.
  • FIG. 11 is a drawing illustrating a package and module to which embodiments of the present invention are applied.
  • the lead frame of the package includes a first lead member (501) and a second lead member (502), and the first lead member (501) and the second lead member (502) can be coupled to a housing (503) while being spaced apart from each other.
  • the housing (503) covers a portion of the first lead member (501) and the second lead member (502), and can include a cavity in which a light-emitting element (400) can be mounted.
  • the light-emitting element (400) can be arranged inside the cavity so as to be electrically connected to the first lead member (501) and the second lead member (502).
  • the housing (503) may be formed of a light-reflective material, and the inner wall of the housing (503) may be formed to have a first slope on the side so that light generated from the light-emitting element (400) and directed toward the inner wall may be reflected upward and emitted to the outside.
  • the space between the first lead member (501) and the second lead member (502) can be filled with a housing (503), and the first lead member (501) and the second lead member (502) can be maintained at a spaced distance from each other by the housing (503).
  • a molding (410) is arranged on the upper surface of the light-emitting element (400), and the molding (410) can fill the inside of the cavity of the housing (503).
  • the molding (410) can be formed of a light-transmitting material, and additionally can include a wavelength conversion material to absorb and convert light generated from the light-emitting element (400) and emit light.
  • Light generated from the light-emitting element (400) can pass through the first protruding shape (110p) or the second protruding shape (120p) and be emitted to the outside. That is, the first protruding shape (110p) or the second protruding shape (120p) can be positioned between the light-emitting layer (150) of the light-emitting element (400) and the molding (410).
  • the second inclination (for example, the inclination based on any angle among the above-described ⁇ 1 to ⁇ 6) of the outer surface of the first protruding shape (110p) or the second protruding shape (120p) and the first inclination of the side reflective surface of the housing (503) can be formed differently from each other to be effective in extracting light to the outside.
  • a module according to an embodiment of the present invention includes a circuit board (910), and a package can be placed on the circuit board (910) and bonded to the circuit board (910) with a conductive material (505).
  • the module can be applied to vehicle lamps, display modules, lighting devices, etc.
  • a lighting device includes a diffusion cover (1010), a light-emitting element module (1020), and a body part (1030).
  • the body part (1030) can accommodate the light-emitting element module (1020), and the diffusion cover (1010) can be placed on the body part (1030) so as to cover an upper portion of the light-emitting element module (1020).
  • the power supply unit (1033) is accommodated in the power case (1035) and is electrically connected to the light emitting element module (1020), and may include at least one IC chip.
  • the IC chip may adjust, convert, or control the characteristics of power supplied to the light emitting element module (1020).
  • the power case (1035) may accommodate and support the power supply unit (1033), and the power case (1035) with the power supply unit (1033) fixed therein may be located inside the body case (1031).
  • the power connection unit (115) may be arranged at the bottom of the power case (1035) and may be connected to the power case (1035). Accordingly, the power connection unit (1037) may be electrically connected to the power supply unit (1033) inside the power case (1035), and may serve as a passage through which external power may be supplied to the power supply unit (1033).
  • the light emitting element module (1020) includes a substrate (1023) and a light emitting element (1021) disposed on the substrate (1023).
  • the light emitting element (1021) may include a first protruding pattern (110p) and a second protruding pattern (120p) as described above in FIG. 1.
  • the light emitting element module (1020) may be provided on an upper portion of a body case (1031) and electrically connected to a power supply device (1033).
  • the substrate (1023) is not limited to any substrate that can support the light-emitting element (1021), and may be, for example, a printed circuit board including wiring.
  • the substrate (1023) may have a shape corresponding to a fixing portion on the upper portion of the body case (1031) so that it can be stably fixed to the body case (1031).
  • the light-emitting element (1021) may include at least one of the light-emitting elements according to the embodiments of the present invention described above.
  • the diffusion cover (1010) is placed on the light-emitting element (1021), and can be fixed to the body case (1031) to cover the light-emitting element (1021).
  • the diffusion cover (1010) can have a light-transmitting material, and the shape and light transmittance of the diffusion cover (1010) can be adjusted to control the directional characteristics of the lighting device. Therefore, the diffusion cover (1010) can be transformed into various shapes depending on the purpose of use and application of the lighting device.
  • FIG. 13 is a cross-sectional view illustrating a display device using a light-emitting element according to another embodiment of the present invention.
  • the display device of the present embodiment includes a display panel (2110), a backlight unit that provides light to the display panel (2110), and a panel guide that supports 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 that supplies 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 bottom cover (2180), a reflective sheet (2170), a diffusion plate (2131), and optical sheets (2130).
  • the bottom cover (2180) is opened upward and can accommodate a substrate, a light-emitting element (2160), a reflective sheet (2170), a diffusion plate (2131), and optical sheets (2130).
  • the bottom cover (2180) can be combined with a panel guide.
  • the substrate can be positioned below the reflective sheet (2170) and arranged in a form surrounded by the reflective sheet (2170).
  • the present invention is not limited thereto, and in a case where a reflective material is coated on the surface, the substrate can be positioned on the reflective sheet (2170).
  • the substrate can be formed in multiple numbers and arranged in a form where multiple substrates are arranged side by side, but the present invention is not limited thereto, and the substrate can be formed as a single substrate.
  • the light-emitting element (2160) may include at least one of the light-emitting elements according to the embodiments of the present invention described above. That is, the light-emitting element (2160) may include the first protruding pattern (110p) and the second protruding pattern (120p) as described above in FIG. 1.
  • the light-emitting elements (2160) may be regularly arranged in a certain pattern on the substrate.
  • a lens (2210) may be arranged on each light-emitting element (2160) to improve the uniformity of light emitted from the plurality of light-emitting elements (2160).
  • the light-emitting element according to embodiments of the present invention can be applied to a direct-type display device such as the present embodiment.
  • FIG. 14 is a cross-sectional view illustrating an example of applying a light-emitting element according to another embodiment of the present invention to a headlamp.
  • the cover lens (4050) is positioned on the path along which light emitted from the light-emitting element (4010) moves.
  • the cover lens (4050) may be positioned spaced apart from the light-emitting element (4010) by the connecting member (4040), and may be positioned in a direction in which light emitted from the light-emitting element (4010) is desired to be provided.
  • the angle of incidence and/or color of light emitted to the outside from the headlamp may be adjusted by the cover lens (4050).
  • the connecting member (4040) may be positioned to secure the cover lens (4050) to the substrate (4020) and surround the light-emitting element (4010) to serve as a light guide that provides a light-emitting path (4045).
  • the connecting 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 releases heat generated when the light-emitting element (4010) is operated to the outside.
  • the light emitting element according to the embodiments of the present invention can be applied to a headlamp, particularly, a vehicle headlamp, as in the present embodiment.
  • FIG. 15 is a cross-sectional view illustrating an example of applying a light-emitting element according to another embodiment of the present invention to a display panel.
  • the display panel includes a circuit board (1001), light-emitting elements (100), and a buffer material layer (1005).
  • the circuit board (1001) or panel board may include circuitry for passive matrix driving or active matrix driving.
  • the circuit board (1001) may include wiring and resistors therein.
  • the circuit board (1001) may include wiring, transistors, and capacitors.
  • the circuit board (1001) may also have pads (1003) on its top surface to allow electrical connection to circuitry disposed therein.
  • a plurality of light-emitting elements (100) are aligned on a circuit board (1001).
  • the light-emitting elements (100) may be small light-emitting elements having a size in the micron unit, and may have a width (W1) of 300 ⁇ m or less.
  • a gap (L1) between the light-emitting elements (100) in a direction in which the light-emitting elements (100) are aligned may be wider than the width (W1) of the light-emitting elements (100) in that direction.
  • Each light-emitting element (100) constitutes one pixel.
  • each light-emitting element (100) may include blue, green, and red sub-pixels.
  • These light-emitting elements (100) may include a first protruding pattern (110p) and a second protruding pattern (120p) as described above with reference to FIG. 1.
  • the buffer material layer (1005) can cover the circuit board (1001) between the light emitting elements (100) and can cover the upper surface of the light emitting elements (100).
  • the buffer material layer (1005) can also include a matrix that is transparent to light, but the present disclosure is not limited thereto.
  • the buffer material layer (1005) can reflect light or absorb light, and for this purpose, a matrix having light reflecting properties or a matrix having light absorbing properties can be used.
  • a light absorbing material such as carbon black or a light scattering material such as silica can be contained in the matrix.
  • FIG. 16 is a diagram illustrating examples of smart location, VR headset, and augmented reality glasses according to further embodiments of the present invention.
  • a VR display device such as a smart watch (1000a), a VR headset (1000b), an AR display device such as augmented reality glasses (1000c), or a display device such as signage.
  • the light-emitting device according to the embodiments of the present invention as described above can be applied to various fields such as general lighting devices, display devices, and automobile lamps by increasing light extraction efficiency.

Landscapes

  • Led Devices (AREA)

Abstract

본 문서는 돌출 패턴 구조를 가지는 발광 소자에 대한 것이다. 제안하는 발광 소자는, 상단 표면에 제 1 돌출 패턴을 포함하는 기판; 상기 기판 상단에 형성되는 베이스층; 상기 베이스층 상단에 형성되는 제 1 전극층; 상기 제 1 전극층 상단에 형성되는 발광층; 및 상기 발광층 상단에 형성되는 제 2 전극층을 포함하되, 상기 베이스층은 상단 표면에 상기 제 1 돌출 패턴과 다른 제 2 돌출 패턴을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

발광 소자 및 이를 포함하는 발광 모듈 및 장치
이하의 설명은 돌출 패턴 구조를 가지는 발광 소자에 대한 것으로서, 구체적으로 복수의 돌출 패턴 구조를 통해 광 추출 효율을 향상시키며, 에피(epi) 공정의 효율성을 증대시키는 발광 소자 및 이의 제조 방법에 대한 것이다.
발광 다이오드는 전자와 정공의 재결합을 통해 발생되는 빛을 방출하는 무기 반도체 소자로, 최근, 디스플레이 장치, 자동차 램프, 일반 조명 등의 여러 분야에서 사용된다. 발광 다이오드는 수명이 길고, 소비 전력이 낮으며, 응답 속도가 빨라서 발광 다이오드를 포함하는 발광 장치는 종래의 광원을 대체할 것으로 기대된다.
그러나 발광 다이오드에서 발생된 광이 외부 방출되는 과정에서 발광 다이오드 내부에 광이 갇혀 외부로 방출되지 않아 광 방출효율이 저하되는 문제점이 있다.
상술한 바와 같은 문제를 해결하기 위해 본 발명의 일 측면에서는. 복수의 돌출 패턴 구조를 통해 광 추출 효율을 향상시키는 발광 소자를 제안하고자 한다.
구체적인 실시예로서는, 기판 상단 표면에 형성되는 제 1 돌출 패턴과 다른 제 2 돌출 패턴을 베이스층 상단에 형성하여, 제 1 돌출 패턴에 의해 반사되는 광의 패턴을 다양화하여 광 추출 효율을 향상시키는 것을 제안한다.
또한, 제 2 돌출 패턴은 제 1 돌출 패턴보다 높이를 낮게, 작은 피치(pitch)를 가지되, 충전율(fill factor)는 더 높게 형성하여 광 추출 효율과 함께 에피 공정의 효율성을 제공하고자 한다.
아울러, 돌출 패턴들의 재질을 굴절율 사이의 관계를 고려하여 구성함으로써, 광 경로상의 굴절율의 변화에 기반하여 광 추출 효율을 향상시키고자 한다.
본 발명에서 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상술한 바와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 측면에서는, 상단 표면에 제 1 돌출 패턴을 포함하는 기판; 상기 기판 상단에 형성되는 베이스층; 상기 베이스층 상단에 형성되는 제 1 전극층; 상기 제 1 전극층 상단에 형성되는 발광층; 및 상기 발광층 상단에 형성되는 제 2 전극층을 포함하되, 상기 베이스층은 상단 표면에 상기 제 1 돌출 패턴과 다른 제 2 돌출 패턴을 포함하는, 발광 소자를 제안한다.
상기 제 1 돌출 패턴 및 상기 제 2 돌출 패턴은 반복 돌출 패턴을 가질 수 있으며, 이때, 상기 제 2 돌출 패턴의 단위 형상은 상기 제 1 돌출 패턴의 단위 형상과 크기가 다른 것이 바람직하다.
구체적으로, 상기 제 2 돌출 패턴의 단면 높이는 상기 제 1 돌출 패턴의 단면 높이보다 높이가 낮게 형성되는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 제 2 돌출 패턴의 단위 돌출 형상은, 콘 형상, 반구형 형상, 상단으로 갈수록 경사가 완만해지는 콘 형상, 상단 절단형 콘 형상, 상단에 요철이 형성된 상단 절단형 콘 형상 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
이러한 다양한 콘 형상을 고려할 때, 상기 제 2 돌출 패턴의 단위 돌출 형상 간 피치(pitch)는 상기 제 1 돌출 패턴의 단위 돌출 형상 간 피치보다 작게 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 베이스층의 상단 표면은 상기 제 2 돌출 패턴이 형성된 제 1 영역과 상기 제 2 돌출 패턴이 형성되지 않은 제 2 영역을 포함할 수 있다.
제 1/제 2 돌출 패턴이 콘 형상인 실시예에서, 상기 제 2 돌출 패턴의 콘 형상은 좌측 경사각과 우측 경사각이 상이하게 형성되며, 상기 좌측 경사각과 상기 우측 경사각의 차이는, 상기 좌측 경사각과 상기 우측 경사각 중 큰 경사각의 5% 이내로 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제 2 돌출 패턴이 형성된 베이스층 상단과 상기 제 1 전극층 사이에, 상기 베이스층과 하나 이상의 공통 원소를 가지는 물질로 구성되는 에피층을 추가적으로 포함할 수 있으며, 상기 제 2 돌출 패턴은, 상기 베이스층의 제 1 굴절율과 상기 에피층의 제 2 굴절율 보다 낮되, 공기의 굴절율인 제 3 굴절율보다 높은 제 4 굴절율을 가지는 재질로 구성되는 것이 바람직하다.
이때, 상기 에피층의 하단과 상기 제 2 돌출 패턴 상단 사이에, 상기 제 2 돌출 패턴을 따라 형성된 버퍼층을 추가적으로 포함할 수도 있다.
상기 버퍼층은 상기 베이스층 상단에 상기 제 2 돌출 패턴이 형성된 제 1 영역 및 상기 제 2 돌출 패턴이 형성되지 않은 제 2 영역 상에 모두 형성될 수 있다.
상기 버퍼층은 상기 제 4 굴절율과 상기 제 2 굴절율의 사이 범위의 굴절율을 가지는 물질로 형성되는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에 따른 제 2 돌출 패턴은, 상기 베이스층과의 계면을 형성하는 평면을 기준으로 상부로 제 1 높이까지는 제 1 굴절율을 가지는 물질로 구성되고, 상기 제 1 높이 이상에서는 제 2 굴절율을 가지는 물질로 구성될 수 있다.
상기 제 2 돌출 패턴은 단위 돌출 형상들 사이에 서로 다른 형상을 가지는 돌출 형상을 포함할 수도 있다.
상기 발광 소자의 상단에 상기 제 1 전극층, 상기 발광층, 및 상기 제 2 전극층이 형성될 수도 있다.
상술한 바와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 일 측면에서는, 전기적 연결을 위한 전도성 물질을 포함하는 회로 기판; 및 상기 전도성 물질을 통해 상기 회로 기판과 접합되는 패키지를 포함하는 발광 모듈에 있어서, 상기 패키지는, 하나 이상의 리드 부재; 캐비티를 포함하는 하우징; 상기 캐비티 내에 배치되어 상기 리드부재와 전기적으로 연결되어 배치되는 발광 조사를 포함하며, 상기 발광 소자는, 상단 표면에 제 1 돌출 패턴을 포함하는 기판; 상기 기판 상단에 형성되는 제 1 질화물계 에피층; 상기 제 1 질화물계 에피층 상단에 형성되는 제 2 질화물계 에피층; 상기 제 2 질화물계 에피층 상단에 형성되는 제 1 전극층; 상기 제 1 전극층 상단에 형성되는 발광층; 및 상기 발광층 상단에 형성되는 제 2 전극층을 포함하되, 상기 제 1 질화물계 에피층과 상기 제 2 질화물계 에피층 사이에는 상기 제 1 돌출 패턴과 다른 재질의 제 2 돌출 패턴을 포함하는, 발광 모듈을 제안한다.
예를 들어, 제 1 돌출 패턴은 기판과 동일한 사파이어 재질이 이용될 수 있으며, 제 2 돌출 패턴은 규소 산화물이 이용될 수 있다.상기 하우징은 광 반사성 물질로 형성되어, 상기 발광 소자에서 발생한 광을 상부로 반사시켜 외부로 방출하도록 측면에 제 1 기울기를 가지도록 구성될 수 있다.
상기 하우징의 제 1 기울기는 상기 제 1 돌출 패턴 또는 상기 제 2 돌출 패턴의 측면에 형성되는 하나 이상의 제 2 기울기와 상이한 것이 바람직하다.
이때, 상기 제 2 기울기는, 상기 제 2 돌출 패턴의 측면에 형성되는 제 3 기울기, 및 상기 제 1 돌출 패턴의 측면에 형성되는 제 4 기울기를 포함하는 개념이며, 상기 제 3 기울기는 상기 제 4 기울기보다 작게 형성될 수 있다.
또한, 상술한 바와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 또 다른 일 측면에서는, 전기적 연결을 위한 전도성 물질을 포함하는 회로 기판; 상기 회로 기판과 전기적으로 연결되는 발광 소자; 상기 발광 소자의 구동을 제어하는 제어 장치; 및 상기 발광 소자의 상부에 배치되어, 상기 발광 조사에서 발생되는 광을 투과시키는 커버를 포함하고, 상기 발광 소자는, 상단 표면에 제 1 돌출 패턴을 포함하는 기판; 상기 기판 상단에 형성되는 제 1 질화물계 에피층; 상기 제 1 질화물계 에피층 상단에 형성되는 제 2 질화물계 에피층; 상기 제 2 질화물계 에피층 상단에 형성되는 제 1 전극층; 상기 제 1 전극층 상단에 형성되는 발광층; 및 상기 발광층 상단에 형성되는 제 2 전극층을 포함하되, 상기 제 1 질화물계 에피층과 상기 제 2 질화물계 에피층 사이에는 상기 제 1 돌출 패턴과 상기 기판의 제 1 연결 방식과 다른 방식으로 상기 제 1 질화물계 에피층과 연결되는 제 2 돌출 패턴을 포함하는, 발광 장치를 제안한다.
예를 들어, 상기 제 1 돌출 패턴은 상기 기판과 동일한 재질이 연장되는 형태로 연결되어 구성될 수 있으며, 제 2 돌출 패턴은 상기 제 1 질화물계 에피층과 다른 재질로 에피층에 의하여 임베디드되어 형성될 수 있다.
상기 발광 소자는 상기 발광 소자의 상단 투시도 상에서, 상기 제 1 돌출 패턴과 상기 제 2 돌출 패턴이 중첩되는 중첩 영역, 및 상기 제 1 돌출 패턴과 상기 제 2 돌출 패턴이 중첩되지 않는 미-중첩 영역을 포함하도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 발광 소자는 상기 발광 소자의 상단 투시도 상에서, 상기 제 1 돌출 패턴의 단위 형상들의 중심점들과 상기 제 2 돌출 패턴의 단위 형상들의 중심점들이 소정 비율 이하로 정렬되도록 구성될 수 있다.
상술한 바와 같은 본 발명의 실시예들에 따르면, 복수의 돌출 패턴 구조를 통해 광 추출 효율을 향상시킨 발광 소자를 구현할 수 있다.
구체적으로, 기판 상단 표면에 형성되는 제 1 돌출 패턴과 다른 제 2 돌출 패턴을 베이스층 상단에 형성하여, 제 1 돌출 패턴에 의해 반사되는 광의 패턴을 다양화하여 광 추출 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 제 2 돌출 패턴은 제 1 돌출 패턴보다 높이를 낮게, 작은 피치를 가지되, 충전율은 더 높게 형성하여 광 추출 효율과 함께 에피 공정의 효율성을 제공할 수 있다.
아울러, 돌출 패턴들의 재질을 굴절율 사이의 관계를 고려하여 구성함으로써, 광 경로상의 굴절율의 변화에 기반하여 광 추출 효율을 향상시킬 수 있다.
본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 돌출 패턴을 포함하는 발광 소자의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 다양한 실시예에 따라 제 2 돌축 패턴의 형상을 설명하기 위한 도면이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 제 2 돌출 패턴의 콘 형상을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 제 2 돌출 패턴의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 버퍼층을 추가적으로 포함하는 발광 소자의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 다른 실시예들에 따른 돌출 패턴의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자가 발광 장치에 적용되는 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 측면에 따라 발광 소자를 분할성장시키는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 본 발명의 실시예들이 적용된 패키지 및 모듈을 도시한 도면이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 조명 장치를 도시한 도면이다.
도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 소자를 적용한 디스플레이 장치를 설명하기 위한 단면도이다.
도 14는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 소자를 헤드 램프에 적용한 예를 설명하기 위한 단면도이다.
도 15는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 소자를 디스플레이 패널에 적용한 예를 설명하기 위한 단면도이다.
도 16은 본 발명의 또 다른 실시예들에 따른 스마트 위치, VR 헤드셋, 증강 현실 안경의 예를 도시한 도면이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 돌출 패턴을 포함하는 발광 소자의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 1에 도시된 발광 소자는, 상단 표면에 제 1 돌출 패턴(110p)을 포함하는 기판(110), 상기 기판(110) 상단에 형성되는 베이스층(120)을 포함하며, 상기 베이스층(120)은 상단 표면에 상기 제 1 돌출 패턴(110p)과 다른 제 2 돌출 패턴(120p)을 포함하는 것을 특징으로 한다.
기판(110)은 광 투과성 기판이 사용될 수 있으며, 사파이어 기판, 실리콘 기판, 실리콘 카바이드 기판, 그래핀 기판 이외에도 고온 안정성을 가질 수 있는 다른 재질이 사용되거나, 불순물이 첨가된 형태로 이용될 수도 있다.
기판(110)은 도 1에 도시 된 바와 같이 상단에 제 1 돌출 패턴(110p)이 형성될 수 있으며, 이는 기판(110)과 기판 상단의 질화물계 에피층의 격자 부정합도의 차이로 인하여 에피층 성장이 어려운 문제를 해결하기 위한 구조로 볼 수 있다.
즉, 제 1 돌출 패턴(110p)을 가지는 기판(110)은 표면에 마이크로 사이즈의 일정한 형태의 패턴을 가진다. 이렇게 패턴된 기판(110)에 질화물계층을 에피 성장하게 되면, 평면에서 질화물계층을 성장하는 것에 비해 결정결함(성장중 결함의 휨에 의한 감소) 및 내부 전반사를 감소시켜 광 효율을 증가시키는 것이 가능하다.
다만, 상술한 바와 같은 제 1 돌출 패턴(110p)에 의해 광의 산란 시, 제 1 돌출 패턴(110p)의 일정한 패턴으로 인하여, 일부의 광이 내부에서 맴돌게 되어 갇히게 되어, 방출되지 못하는 광의 추출을 향상시키고자 하는 노력이 필요하였다. 이러한 광의 트랩(trap) 현상을 최소화하기 위해 본 실시예에서는 베이스층(120)의 상단에 제 2 돌출 패턴(120p)을 형성하되, 제 2 돌출 패턴(120p)은 제 1 돌출 패턴(110p)과 다른 구조, 및/또는 패턴을 가지는 것을 제안한다. 제 2 돌출 패턴(120p)은 제 2 돌출 패턴(120p)의 상부 및 하부에 배치된 반도체층 사이에 임베디드 되도록 배치될 수 있으며, 추가적으로 제 2 돌출 패턴(120p)은 복수 개 형성되어 독립적으로 이격되어 배치될 수 있다. 제 2 돌출 패턴(120p)과 관련한 상세한 설명은 이하에서 후술한다.
한편, 본 실시예에 따른 발광 소자는 상술한 베이스층(120) 상단에 에피층(130)을 형성한 후, 제 1 전극층(140), 상기 제 1 전극층(140) 상단에 형성되는 발광층(150), 및 상기 발광층(150) 상단에 형성되는 제 2 전극층(160)을 추가적으로 포함할 수 있다.
상술한 설명에서 베이스층(120)은 에피층(130) 성장의 기반이 되는 의미를 강조하기 위한 명명으로 볼 수 있으며, 베이스층 역시 질화물계 에피 성장으로 형성되는 경우, 이를 제 1 질화물계 에피층(120), 그리고 제 2 돌출 패턴(120p) 상단에 형성되는 에피층을 제 2 질화물계 에피층(130)으로 명명할 수도 있다.
제 1 전극층(140)은 n 전극층을, 제 2 전극층(160)은 p 전극층으로 구성할 수 있다.
도 2는 본 발명의 다양한 실시예에 따라 제 2 돌출 패턴의 형상을 설명하기 위한 도면이다.
도 1에서 상술한 제 2 돌출 패턴(120p)의 단위 돌출 형상은 도 2에 도시된 바와 같이 콘 형상(도 2의 (a)), 반구형 형상(도 2의 (b), 경사부의 경사각이 상부로 갈수록 점차적으로 감소하는 콘 형상(도 2의 (c)), 상단 절단형 콘 형상(도 2의 (d)), 상단에 요철이 형성된 상단 절단형 콘 형상(도 2의 (e)) 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
제 2 돌출 패턴(120p)는 제 1 돌출 패턴(110p)과 다른 형태의 패턴을 형성하는 역할을 수행하기 때문에, 제 1 돌출 패턴(110p)의 단위 돌출 형상이 콘 형상((a) 또는 (c))이더라도, 제 2 돌출 패턴(120p)은 이에 한정될 필요는 없으며, 광 경로의 랜덤(random)화를 위해, 그리고 제 2 돌출 패턴(120p)을 형성하는 공정의 특성에 따라 도 2에 도시된 다양한 단위 돌출 형상이 이용될 수 있다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 제 2 돌출 패턴의 콘 형상을 설명하기 위한 도면이다.
도 3에 예시된 실시예에서는 제 1 돌출 패턴(110p) 및 제 2 돌출 패턴(120p)은 모두 콘 형상의 반복 돌출 패턴을 가지는 것을 가정하였다.
이때, 제 2 돌출 패턴(120p)의 콘 형상은 제 1 돌출 패턴(110p)의 콘 형상과 크기가 다르며, 구체적으로, 도 3의 (a)에 도시된 바와 같이 제 2 돌출 패턴(120p)의 콘 형상은 제 1 돌출 패턴(110p)의 콘 형상보다 폭이 작고/작거나(W2 < W1), 높이가 낮은 것(H2 < H1)이 바람직하다.
또는, W2/W1은 1 보다 작거나, H2/H1은 1보다 작을 수 있다. 따라서 단위 면적당 배치되는 제2 돌출 패턴(120p)의 개수를 제1 돌출 패턴(110p)의 개수보다 더 많도록 형성할 수 있다. 또는 단위 면적당 제2 돌출 패턴(120p)의 밀도가 제1 돌출 패턴(110p)의 밀도보다 더 높도록 할 수 있다.
이와 같이 제 2 돌출 패턴(120p)을 제 1 돌출 패턴(110p)에 비해 작게 형성함에 따라 충전율(fill factor)을 높일 수 있다. 본 문서에서 충전율은 후술할 도 5의 (a)에 도시된 바와 같이 6각 단위 유닛당 돌출 패턴이 포함되는 비율, 또는 도 5의 (b)에 도시된 바와 같이 4각 단위 유닛당 돌출 패턴이 포함되는 비율 등 다양한 방식으로 규정할 수 있으며, 높은 충전율을 광 추출 효율을 증대시키는 역할을 수행할 수 있다. 아울러, 제 2 돌출 패턴(120p)의 높이 감소로 인하여 머지(merge) 불량을 감소시킬 수 있어, 패키지 특성 개선을 기대할 수 있다. 제 1 돌출 패턴(110p)의 6각 단위 유닛의 범위를 기준으로, 단위 유닛에 포함되는 제 2 돌출 패턴(120p)의 개수는 제 1 돌출 패턴(110p)의 개수보다 많을 수 있으며, 따라서 제 2 돌출 패턴(120p)의 충전율이 제 1 돌출 패턴(110p)의 충전율보다 높을 수 있다.
한편, 도 3의 (a)에 도시된 바와 같이 베이스층(120) 상단에는 제 2 돌출 패턴(120p)이 형성된 제 1 영역(R1)과 제 2 돌출 패턴(120p)이 형성되지 않은 제 2 영역(R2)을 포함할 수 있다. 베이스층(120) 상단에 질화물계 에피층(130)을 성장시킬 때, 제 2 돌출 패턴(130p)을 후술하는 바와 같이 굴절율 특성을 고려하여 선택되는 물질로 구성하는 경우, 베이스층(120) 상단에 질화물계 에피층(130)을 성장하는 효율을 증대시키기 위해 제 2 영역(R2)을 구성하는 것이 바람직하며, 본 발명의 바람직한 일 실시예에서는 상술한 바와 같이 제 2 돌출 패턴(120p)의 크기를 제1 돌출 패턴(110p)보다 작게 형성하고, 제 2 돌출 패턴(120p)들 사이에서 제 2 영역(R2)의 면적을 확보하여, 상단에 에피층(130)을 성장시키는 효율을 증대시키는 것을 제안한다. 이때, 베이스층(120)은 에피층(130)과 최소 하나 이상의 동일한 원소를 포함하는 재질로 구성될 수 있다..
도 3의 (a)에서 제 2 돌출 패턴(120p)의 크기를 제 1 돌출 패턴(110p)과 비교할 때 폭(W)을 기준으로 설명하였으나, 상술한 충전율의 관점에서 제 2 돌출 패턴(120p)의 충전율을 높게 형성하기 위해, 제 2 돌출 패턴(120p)의 콘의 꼭지점사이의 피치(pitch, P2)는 제 1 돌출 패턴(110p)의 콘의 꼭지점 사이의 피치(P1)보다 작은 것을 제안한다. 다만, 제 2 돌출 패턴(120p)의 콘 형상의 충전율은 제 1 돌출 패턴(110p)의 콘 형상의 충전율보다 크게 형성되는 것을 제안한다.
도 3의 (a)를 참조하면, 적어도 두 개의 제 2 돌출 패턴(120p) 사이의 최소 이격 거리 (A2)는 적어도 두 개의 제1 돌출 패턴(110p) 사이의 최소 이격 거리(A1) 보다 클 수 있다. 제 2 돌출 패턴(120p) 사이의 최소 이격 거리 (A2)를 상대적으로 크게 하여 상부에 형성되는 반도체층의 성장을 용이하게 할 수 있다.
한편, 도 3의 (b)에 더 상세하게 확대하여 도시한 바와 같이, 제 2 돌출 패턴(120p)의 콘 형상은 좌측 경사각(Θ1)과 우측 경사각(Θ2)이 상이하게 형성될 수 있다. 도 3의 (b)에서는 우측 경사각(Θ2)이 좌측 경사각(Θ1)보다 크게 형성되는 예를 도시하고 있으나, 이는 콘 형상을 바라보는 각도에 따라 달라질 수 있다.
좌/우측(양측) 경사각이 차이가 남에 따라, 광 경로에 임의성을 더 증대시킬 수 있고, 좌/우측(양측) 경사각이 다름에 따라 표면의 곡률이 달라지게 되어 표면에서의 굴절 임계각이 다양해지고 범위가 넓어지므로, 다양한 각도를 가지고 표면으로 입사하는 광에 대한 굴절 효과가 증가할 수 있다.
다만, 본 발명의 바람직한 일 실시예에서는 좌측 경사각(Θ1)과 우측 경사각(Θ2)의 차이는, 좌측 경사각(Θ1)과 우측 경사각(Θ2) 중 큰 경사각(도 3의 (b)의 경우 우측 경사각(Θ2))의 5% 이내로 형성될 수 있다. 너무 큰 경사각의 차이는 광이 특정 방향으로 편중될 수 있으므로, 양측의 경사가 차이가 5%이내로 하여 광의 편중을 방지할 수 있다.
다른 실시 형태로, 제1 돌출 패턴(110p)의 콘 형상은 좌측 경사각(Θ3)과 우측 경사각(Θ4)이 상이하게 형성될 수 있고, 제 2 돌출 패턴(120p)의 좌측 경사각(Θ1) 또는 우측 경사각(Θ2) 중 적어도 하나는 제1 돌출 패턴(110p)의 좌측 경사각(Θ3) 또는 우측 경사각(Θ4) 중 적어도 하나보다 작은 각도를 가질 수 있다. 즉, Θ1/Θ2 < Θ3/Θ4 일 수 있다. 따라서 제 2 돌출 패턴(120p)의 측면 경사각이 제 1 돌출 패턴(110p)의 측면 경사각 보다 낮으므로 제 2 돌출 패턴(120p)의 상부에 반도체층을 형성하기 용이해진다.
다른 실시 형태로, 제 2 돌출 패턴(120p)의 좌측 경사각(Θ1), 우측 경사각(Θ2), 제1 돌출 패턴(110p)의 좌측 경사각(Θ3), 우측 경사각(Θ4)은 서로 다른 각도를 가질 수 있다. 따라서 서로 다른 각도에 의한 광 산란 및 광 추출을 향상 시킬 수 있다.
도 4를 참조하면, 도 4는 상면에서 보아, 제2 돌출 패턴(120p)을 실선으로, 제1 돌출 패턴(110p)을 점선으로 도시하고 있다. 도 4에 도시된 바와 같이 제2 돌출 패턴(120p)의 일부는 제1 돌출 패턴(110p)의 일부와 중첩되어 중첩 영역(M)을 형성하며, 제2 돌출 패턴(120p)의 일부는 제1 돌출 패턴(110p)의 일부와 중첩되지 않는 영역을 포함할 수 있다. 제2 돌출 패턴(120p)의 꼭지점은 제1 돌출 패턴(110p)의 꼭지점과 수직적으로 얼라인 되지 않도록 이격되어 형성되는 것이 바람직하다. 이에 따라, 제1 돌출 패턴(110p)과 제2 돌출 패턴(120p) 사이에서 광 경로를 다양하게 형성할 수 있다.
다만, 제1 돌출 패턴(110p)과 제2 돌출 패턴(120p)의 형성 과정에서 반복되는 패턴들 사이에 우연하게 상단 투시도 상에서 중심점이 일치하는 단위 형상이 존재할 수도 있으며, 본 발명의 일 실시예에서는 이와 같이 우연하게 중심점이 일치하는 비율을 소정 범위 이하 (예를 들어, 5% 이내)로 형성하는 것을 제안한다.
도 5는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 제 2 돌출 패턴의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
먼저, 도 5의 (a)는 복수의 제 2 돌출 패턴(120p)의 배열에 있어서 하나의 제 2 돌출 패턴(120p)을 주변의 6개의 제 2 돌출 패턴(120p)들이 둘러싸도록 배치되는 배열을 도시하고 있다. 이때, 제 2 돌출 패턴(120p)의 배열 형태는 제 1 돌출 패턴(110p)의 배열 형태와 동일할 수 있다. 또는, 하나의 제 2 돌출 패턴(120p)을 둘러싸는 6개의 제2 돌출 패턴(120p)의 중심을 연결한 6각형의 크기는 하나의 제 1 돌출 패턴(110p)을 둘러싸는 6개의 제1 돌출 패턴(110p)의 중심을 연결한 6각형의 크기와 다를 수 있다.
도 5의 (b)는 복수의 제 2 돌출 패턴(120p)의 배열에 있어서, 제1 방향으로 복수의 제 2 돌출 패턴(120p)들이 배열되고, 제1 방향에 수직한 제2 방향으로 복수의 제 2 돌출 패턴(120p)들이 배열되어 m열 및 n행을 갖는 것을 도시하고 있다. 추가적으로, 복수의 제 2 돌출 패턴(120p)의 배열에 있어서 하나의 제 2 돌출 패턴(120p)을 주변의 8개의 제 2 돌출 패턴(120p)들이 둘러싸도록 배치될 수 있다. 또는, 하나의 제 2 돌출 패턴(120p)을 둘러싸는 8개의 제2 돌출 패턴(120p)의 중심을 연결한 다각형의 크기는 하나의 제 1 돌출 패턴(110p)을 둘러싸는 6개의 제1 돌출 패턴(110p)의 중심을 연결한 다각형의 형태 또는 크기와 다를 수 있다. 따라서, 제 1 돌출 패턴(110p)과의 관계에서 광 추출 효율을 최대화하도록 구성될 수 있다.
한편, 도 5의 (c)는 제 2 돌출 패턴(120p)의 단위 돌출 형상이 큰 돌출 단위와 작은 돌출 단위가 임의로 섞여 있는 임의 패턴 구조를 도시하고 있다. 큰 돌출 단위와 작은 돌출 단위는 높이가 서로 다를 수 있고, 꼭지점이 위치하는 레벨이 서로 다를 수 있다. 또는 돌출 단위와 작은 돌출 단위는 서로 다른 최대 폭을 가질 수 있다. 이러한 임의 패턴 구조는 단위 면적 당 충전율을 증가시킬 수 있으며, 이에 따른 광 추출 효율 증대를 기대할 수 있다.
상술한 바와 같은 제 2 돌출 패턴(120p)은 베이스층(120)의 제 1 굴절율(n1)과 에피층(130)의 제 2 굴절율(n2)보다 낮되, 공기의 굴절율인 제 3 굴절율(n3)보다 높은 제 4 굴절율(n4)을 가지는 재질로 구성되는 것이 바람직하다. 상술한 바와 같은 굴절율 관계를 가지는 경우, 제 2 돌출 패턴(120p)으로 입사되는 광은 굴절율의 관계에서 '고-저-고'의 굴절율을 가지는 매질을 통과하게 되며, 이 과정에서 광 경로의 임의성을 증대시켜, 광이 에피층(130) 하단에 갇히는 비율을 감소시킬 수 있다. 다만, 제 1 굴절율(n1) 또는 제 2 굴절율(n2)와 제 4 굴절율(n4)의 차이가 소정 임계치 이상인 경우, 해당 계면에서의 전반사 비율이 증대하여, 본 실시예에서 제 4 굴절율(n4)은 공기의 굴절율보다 높은 재질을 이용하는 것을 제안한다.
본 발명의 일 실시예에서는 이러한 굴절율 관계를 만족시키는 재질로서, 규소 산화물(SiO2) 또는 티타늄 산화물(TiO2)를 이용하는 것을 제안하나, 이에 한정될 필요는 없으며, 상술한 굴절율 관계를 만족하는 한 다양한 재질이 이용될 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 버퍼층(610)을 추가적으로 포함하는 발광 소자의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 6에 도시된 실시예에 따른 발광 소자는 에피층(130)의 하단과 제 2 돌출 패턴(120p) 상단 사이에 배치되는 버퍼층(610)을 더 포함할 수 있고, 상기 버퍼층(610)은 상기 제 2 돌출 패턴(120p)의 표면을 따라 형성될 수 있다.
이 버퍼층(610)은 도 6에 도시된 바와 같이 베이스층(120) 상단에 제 2 돌출 패턴(120p)이 형성된 제 1 영역(R1)부터 제 2 돌출 패턴(120p)이 형성되지 않은 제 2 영역(R2)으로 연장되도록 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 버퍼층(610)은 제 2 돌출 패턴(120p)의 굴절율인 제 4 굴절율(n4)과 에피층(130)의 굴절율인 제 2 굴절율(n2)의 사이 범위의 굴절율을 가지는 물질로 형성되는 것이 바람직하다. 버퍼층(610)의 굴절률은 1.4보다 크고 2.5보다 작을 수 있다.
이러한 버퍼층(610)은 제 2 돌출 패턴(120p) 상단에 질화물계 에피층(130)의 성장을 용이하게 하는 역할을 수행할 뿐만 아니라, 굴절율의 관계에서 제 2 돌출 패턴(120p)으로 입사한 광이 에피층(130)에 입사하기 이전에 버퍼층(610)을 통과해 갑작스러운 굴절율 변화로 인한 굴절의 정도를 완화해 줄 수 있다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 다른 실시예들에 따른 돌출 패턴의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
먼저, 도 7에 도시된 바와 같이 제 1 돌출 패턴(110p)은 기판(110) 상단의 제 1 돌출 패턴(110p)이 형성되지 않은 부분의 평면 높이를 기준으로 제 1 돌출 패턴(110p)을 따라 기판과 동일 재질을 가지고 상부로 연장되는 제 1 부분(110pa)과, 상기 제 1 부분(110pa) 상단에서 연장되어 제2 돌출 패턴(120p)을 향하도록 연장되며 제 1 부분(110pa)과 다른 물질로 형성되는 제 2 부분(110pb)을 포함하여 구성될 수 있다.
이는 제 1 돌출 패턴(110p)을 형성하는 과정에서 제 1 돌출 패턴(110p)을 끝단까지 동일한 재질을 가지도록 형성하는 것보다 각 재질의 굴절율 관계를 이용할 수 있으므로 광 추출 효율을 증대시킬 수 있다. 제 2 부분(110pb)의 굴절률은 제2 돌출 패턴(120p)의 굴절률과 동일할 수 있다. 또는 제 2 부분(110pb)의 물질은 제2 돌출 패턴(120p)의 물질과 동일할 수도 있다. 제 1 돌출 패턴(110p)의 제 2 부분(110pb)의 단면 크기는 제2 돌출 패턴(120p)의 단면 크기와 다를 수 있다. 따라서 굴절률 또는 물질이 동일하더라도 크기가 다르게 형성하여, 물질을 통과하는 광의 경로 길이를 다르게 할 수 있고 광 추출 효율이 향상될 수 있다.
도 8의 경우, 도 7에서 제 1 돌출 패턴(110p)에 대해 상술한 바와 마찬가지로 제 2 돌출 패턴(120p)을 2개 부분(120pa, 120pb)으로 구분하여 형성하는 것을 도시하고 있다. 즉, 제 2 돌출 패턴(120p)은, 베이스층(120)과의 계면을 형성하는 평면을 기준으로 상부로 제 1 높이까지는 제 1 굴절율(n4_1)을 가지는 물질로 구성(120pa)되고, 상기 제 1 높이 이상에서는 제 2 굴절율(n4_2)을 가지는 물질로 구성(120pb)되는 예를 도시하고 있다.
도 8에서는 제 2 돌출 패턴(120p)의 제 1 부분(120pa)이 베이스층(120)과 다른 재질로 구성되는 것으로 도시하고 있으나, 제 2 돌출 패턴(120p)의 제 1 부분(120pa)은 베이스층(120)의 일부가 제2 부분(120pb)의 방향으로 연장되는 형태를 가질 수 있다.
단면으로 보아, 제 2 돌출 패턴(120p)의 제 1 부분(120pa)은 좌측 경사각(Θ5), 우측 경사각(Θ6)을 포함할 수 있고, 좌측 경사각(Θ5), 우측 경사각(Θ6)은 서로 다른 각도를 가질 수 있다. 또는 좌측 경사각(Θ5)은 그 상부에 배치된 제 2 돌출 패턴(120p)의 제 2 부분(120pb)의 좌측 경사각(Θ1)보다 클 수 있다. 또는 우측 경사각(Θ6)은 그 상부에 배치된 제 2 돌출 패턴(120p)의 제 2 부분(120pb)의 우측 경사각(Θ2)보다 클 수 있다. 또는 제 2 돌출 패턴(120p)의 제 1 부분(120pa)의 좌측 경사각(Θ5)과 우측 경사각(Θ6)의 합은 제 2 돌출 패턴(120p)의 제 2 부분(120pb)의 좌측 경사각(Θ1)과 우측 경사각(Θ2)의 합보다 클 수 있다. 즉, Θ5+Θ6> Θ1+Θ2 의 관계를 가질 수 있다.단면으로 보아, 제 1 돌출 패턴(110p)의 제 2 부분(110pb)은 좌측 경사각(Θ7) 및 우측 경사각(Θ8)을 포함할 수 있으며, 제 2 돌출 패턴(120p)의 제 2 부분(120pb)의 좌측 경사각(Θ1) 및 우측 경사각(Θ1)과 다른 각도를 가질 수 있다.
단면으로 보아, 제 2 돌출 패턴(120p)의 제 2 부분(120pb)의 좌측 경사각(Θ1)과 제 1 부분(120pa)의 좌측 경사각(Θ5)과 제 1 돌출 패턴(110p)의 제 1 부분(110pa)의 좌측 경사각(Θ3)과 제 2 부분(120pb)의 좌측 경사각(Θ7)은 서로 다를 수 있다. 또는 제 2 돌출 패턴(120p)의 제 2 부분(120pb)의 우측 경사각(Θ2)과 제 1 부분(120pa)의 우측 경사각(Θ6)과 제 1 돌출 패턴(110p)의 제 1 부분(110pa)의 우측 경사각(Θ4)과 제 2 부분(120pb)의 우측 경사각(Θ8)은 서로 다를 수 있다. 따라서 일측 방향으로 배치된 각도들이 서로 다르게 하여 광 추출을 향상시킬 수 있다.
또한, 제 2 돌출 패턴(120p)의 제 2 부분(120pb)의 제 2 굴절율은(n4_2)은 상기 제 4 굴절율(n4)의 조건 범위를 만족할 수 있다.. 또는 제 2 돌출 패턴(120p)의 제 2 부분(120pb)의 제 2 굴절율(n4_2)은 제1 돌출 패턴(110p)의 제2 부분(110pb)의 굴절률과 동일할 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자가 발광 장치에 적용되는 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 9에 도시된 발광 장치는 도 8에 도시된 발광 소자와 같이, 상단 표면에 제 1 돌출 패턴(110p)을 포함하는 기판(110), 상기 기판(110) 상단에 형성되는 베이스층(120)을 포함한다. 또한, 상기 베이스층(120) 상단에는 에피층(130)을 형성한 후, 발광 소자로서의 기본적인 기능을 구현하기 위해, 제 1 전극층(140), 상기 제 1 전극층(140) 상단에 형성되는 발광층(150), 및 상기 발광층(150) 상단에 형성되는 제 2 전극층(160)을 추가적으로 포함할 수 있다.
상술한 발광층(150)은 양자역학적으로 전자와 전공의 결합효율을 증대시키기 위한 방법으로 우물층과 장벽층을 교대로 적층한 다중양자우물구조(MQW)를 도입해 활용한 구조를 이용할 수 있다.
도 9에서는 상술한 설명에 추가적으로 제 1 전극층(140)과 발광층(150) 사이에는 초격자층(910)이 추가적으로 형성될 수 있다. 이러한 초격자층(910)을 통한 스트레스의 조절은 결정결함을 감소시키고 고품질의 균일한 면을 생성할 수 있다.
또한, 도 9에서는 제 2 전극층(160)과 발광층(150) 사이에 EBL(electron blocking layer; 920)을 추가적으로 포함할 수 있다. 이를 통해 내부양자효율의 향상을 이룰 수 있다. EBL(920)은 발광층(150)으로부터 전자의 이탈을 막아주는 역할을 하여 캐리어 주입효율을 향상시켜 줄 수 있다.
한편, 도 9의 실시예에서는 제 1 전극층(140)과 전기적으로 연결되는 제 1 전극(940)이 구성되며, 제 2 전극층(160)과 전기적으로 연결되는 제 2 전극(930)이 구성되는 것을 도시하고 있으며, 발광 소자의 측면을 덮는 절연층(950)이 형성되는 것을 도시하고 있다.
즉, 도 9에 도시된 바와 같이 제 2 돌출 패턴(120p)은 제 2 돌출 패턴(120p)의 제 2 부분(110pb)과 다른 형상을 가지는 제3 돌출 형상(120px)을 포함할 수 있다. 또는 제 2 돌출 패턴(120p)은 제 2 돌출 패턴(120p)의 제 2 부분(110pb)과 다른 크기를 가지는 제2-1 돌출 형상(120px)을 포함할 수 있다. 제2-1 돌출 형상(120px)은 발광 소자의 측면에 가깝게 배치되어 발광 소자의 측면을 따라 기울어진 측면을 가질 수 있다. 단면으로 보아, 제2-1 돌출 형상(120px)의 외측면(c3)의 기울기는 꼭지점을 공유하며 반대측에 배치된 내측면(c4)의 기울기와 다를 수 있다. 제2-1 돌출 형상(120px)의 꼭지점의 위치는 인접한 제 2 돌출 패턴(120p)의 제 2 부분(110pb)의 꼭지점의 위치보다 낮게 위치할 수 있다. 제2-1 돌출 형상(120px)의 외측면(c3)과 내측면(c4)의 길이는 서로 다를 수 있다. 예를 들어, 도 9에 도시된 바와 같이 제 2 돌출 패턴(120p) 또는 제 2 돌출 패턴(120p)의 제 2 부분(110pb) 중 일부가 제거될 수 있으며, 그 과정에서 성장 단계의 형상 중 일부가 제거된 형상을 가지는 제2-1 돌출 형상(120px)을 포함할 수도 있다.
제1 돌출 패턴(110p)은 제 1 돌출 패턴(110p)의 제 2 부분(110pb)과 다른 크기를 가지는 제1-1 돌출 형상(110px)을 포함할 수 있다. 제1-1 돌출 형상(110px)의 크기는 인접한 제1 돌출 패턴(110p)의 제 2 부분(110pb)의 크기보다 작을 수 있다. 제1-1 돌출 형상(110px)은 발광 소자의 측면에 가깝게 배치되어 발광 소자의 측면을 따라 기울어진 측면을 가질 수 있다. 따라서 제1-1 돌출 형상(110px)의 외측면은 절연층(950)에 의하여 단면으로 보아, 제1-1 돌출 형상(110px)의 외측면(c1)의 기울기는 꼭지점을 공유하며 반대측에 마주보도록 배치된 내측면(c2)의 기울기와 다를 수 있다. 제1-1 돌출 형상(110px)의 외측면(c1)과 내측면(c2)은 서로 다른 물질에 의하여 덮일 수 있다. 예를 들어, 제1-1 돌출 형상(110px)의 외측면(c1)은 절연층(950)에 의하여 덮일 수 있고, 내측면(c2)은 절연층(950)보다 굴절률이 높은 물질에 의하여 덮일 수 있다. 제1-1 돌출 형상(110px)의 꼭지점의 위치는 인접한 제1 돌출 형상(110p)의 꼭지점의 위치보다 낮게 위치할 수 있다.
기판(110)은 발광 소자와 중첩되고 발광 소자의 바깥쪽으로 연장되도록 형성될 수 있으며, 발광 소자의 측면에 인접한 제1 돌출 형상(110p)의 제1 부분(110pa)은 일부 영역 상에 굴절률이 다른 물질인 제1-1 돌출 형상(110px)이 배치된 제1영역(A)과 제2 부분(110pb)에 의해 노출된 제2 영역(B)을 포함할 수 있다. 제2 영역(B)은 절연층(950)에 의해 덮일 수 있다. 제1 돌출 형상(110p)의 바깥쪽으로 연장된 부분은 제1 돌출 패턴(110p)의 제1 부분(110pa)을 포함하고, 제2 부분(110pb)을 포함하지 않을 수 있다. 제1-1 돌출 형상(110px)의 외측면(c1)은 경사가 다른 면을 포함할 수 있다. 또는 제1-1 돌출 형상(110px)의 외측면(c1)과 내측면(c2)의 길이는 서로 다를 수 있다.
도 10은 본 발명의 일 측면에 따라 발광 소자를 분할성장시키는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
상술한 바와 같은 구조를 활용할 경우, 본 발명의 일 실시예에서는, 기판(110) 및 제 2 돌출 패턴(120p)을 포함하는 베이스층(120)까지 제 1 단계 성장으로 템플릿으로서 형성(S1020)하고, 상기 제 1 단계 성장(S1020)으로 형성된 템플릿 상단에 제 1 전극층(140), 발광층(150), 제 2 전극층(160) 등의 구성을 제 2 단계 성장으로 형성시키는(S1030) 분할 성장에 활용될 수 있다.
제 1 단계 성장(S1020)을 템플릿 성장 단계로 구성하고, 이후의 제 2 단계 성장(S1030)을 구분하여 진행함으로써, 고성능이 요구되는 성장 단계와 성능에 민감하지 않은 생산 효율성이 강조되는 성장 단계를 분할하여 구성할 수 있는 장점을 가질 수 있다.
도 6과 관련하여 상술한 버퍼층(610)은 이러한 분할 성장 단계에서 전위(dislocation)을 저감시키기 위한 구성으로 활용될 수도 있다. 이러한 취지에서 버퍼층(610)의 재질로는 AlN 가 활용될 수 있으나, 이에 한정될 필요는 없다.
도 11은 본 발명의 실시예들이 적용된 패키지 및 모듈을 도시한 도면이다. 패키지의 리드프레임은 제1 리드부재(501) 및 제2 리드부재(502)를 포함하고, 제1 리드부재(501) 및 제2 리드부재(502)는 서로 이격된 상태로 하우징(503)에 결합될 수 있다. 하우징(503)은 제1 리드부재(501) 및 제2 리드부재(502)의 일부분을 덮으며, 발광 소자(400)가 실장될 수 있도록 캐비티를 포함할 수 있다. 발광 소자(400)는 캐비티 내부에 배치되어 제1 리드부재(501) 및 제2 리드부재(502)와 전기적으로 연결되도록 배치될 수 있다. 하우징(503)은 광 반사성 물질로 형성될 수 있으며, 하우징(503)의 내벽은 발광 소자(400)에서 발생되어 내벽으로 향한 광을 상부로 반사시켜 외부로 방출될 수 있게 측면에 제 1 기울기를 가지도록 경사지게 형성될 수 있다.
제1 리드부재(501) 및 제2 리드부재(502)의 이격된 공간은 하우징(503)이 채울 수 있으며, 하우징(503)에 의하여 제1 리드부재(501)와 제2 리드부재(502)가 서로 이격된 간격을 유지할 수 있다. 발광 소자(400)의 상면에는 몰딩(410)이 배치되고, 몰딩(410)은 하우징(503)의 캐비티 내부를 채울 수 있다. 몰딩(410)은 광 투광성 물질로 형성될 수 있고, 추가적으로 파장 변환 물질을 포함하여 발광 소자(400)에서 발생된 광을 흡수하여 변환시켜 광을 방출 시킬 수 있다.
발광 소자(400)에서 발생된 광은 제1 돌출 형상(110p) 또는 제2 돌출 형상(120p)를 통과하여 외부로 방출 될 수 있다. 즉, 발광 소자(400)의 발광층 (150)과 몰딩(410)사이에 제1 돌출 형상(110p) 또는 제2 돌출 형상(120p)이 배치될 수 있다. 제1 돌출 형상(110p) 또는 제2 돌출 형상(120p)의 외측면의 제 2 기울기(예를 들어, 상술한 Θ1 내지 Θ6 중 임의의 각도에 기반한 기울기)와 하우징(503)의 측면 반사면의 제 1 기울기는 서로 다르게 형성되어 외부로의 광 추출에 효과적일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 모듈은 회로 기판(910)을 포함하며, 패키지는 회로 기판(910)상에 배치되어 전도성 물질(505)로 회로 기판(910)과 접합될 수 있다.
모듈은 차량용 램프나 디스플레이 모듈, 조명장치 등에 적용될 수 있다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 조명 장치를 도시한 도면이다.
도 12를 참조하면, 본 실시예에 따른 조명 장치는, 확산 커버(1010), 발광 소자 모듈(1020) 및 바디부(1030)를 포함한다. 바디부(1030)는 발광 소자 모듈(1020)을 수용할 수 있고, 확산 커버(1010)는 발광 소자 모듈(1020)의 상부를 커버할 수 있도록 바디부(1030) 상에 배치될 수 있다.
바디부(1030)는 발광 소자 모듈(1020)을 수용 및 지지하여, 발광 소자 모듈(1020)에 전기적 전원을 공급할 수 있는 형태이면 제한되지 않는다. 예를 들어, 도시된 바와 같이, 바디부(1030)는 바디 케이스(1031), 전원 공급 장치(1033), 전원 케이스(1035), 및 전원 접속부(1037)를 포함할 수 있다.
전원 공급 장치(1033)는 전원 케이스(1035) 내에 수용되어 발광 소자 모듈(1020)과 전기적으로 연결되며, 적어도 하나의 IC칩을 포함할 수 있다. 상기 IC칩은 발광 소자 모듈(1020)로 공급되는 전원의 특성을 조절, 변환 또는 제어할 수 있다. 전원 케이스(1035)는 전원 공급 장치(1033)를 수용하여 지지할 수 있고, 전원 공급 장치(1033)가 그 내부에 고정된 전원 케이스(1035)는 바디 케이스(1031)의 내부에 위치할 수 있다. 전원 접속부(115)는 전원 케이스(1035)의 하단에 배치되어, 전원 케이스(1035)와 결속될 수 있다. 이에 따라, 전원 접속부(1037)는 전원 케이스(1035) 내부의 전원 공급 장치(1033)와 전기적으로 연결되어, 외부 전원이 전원 공급 장치(1033)에 공급될 수 있는 통로 역할을 할 수 있다.
발광 소자 모듈(1020)은 기판(1023) 및 기판(1023) 상에 배치된 발광 소자(1021)를 포함한다. 발광 소자(1021)는 도 1 등에서 상술한 바와 같은 제 1 돌출 패턴(110p) 및 제 2 돌출 패턴(120p)를 포함할 수 있다. 발광 소자 모듈(1020)은 바디 케이스(1031) 상부에 마련되어 전원 공급 장치(1033)에 전기적으로 연결될 수 있다.
기판(1023)은 발광 소자(1021)를 지지할 수 있는 기판이면 제한되지 않으며, 예를 들어, 배선을 포함하는 인쇄회로기판일 수 있다. 기판(1023)은 바디 케이스(1031)에 안정적으로 고정될 수 있도록, 바디 케이스(1031) 상부의 고정부에 대응하는 형태를 가질 수 있다. 발광 소자(1021)는 상술한 본 발명의 실시예들에 따른 발광 소자들 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
확산 커버(1010)는 발광 소자(1021) 상에 배치되되, 바디 케이스(1031)에 고정되어 발광 소자(1021)를 커버할 수 있다. 확산 커버(1010)는 투광성 재질을 가질 수 있으며, 확산 커버(1010)의 형태 및 광 투과성을 조절하여 조명 장치의 지향 특성을 조절할 수 있다. 따라서 확산 커버(1010)는 조명 장치의 이용 목적 및 적용 태양에 따라 다양한 형태로 변형될 수 있다.
도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 소자를 적용한 디스플레이 장치를 설명하기 위한 단면도이다.
본 실시예의 디스플레이 장치는 표시패널(2110), 표시패널(2110)에 광을 제공하는 백라이트 유닛 및, 상기 표시패널(2110)의 하부 가장자리를 지지하는 패널 가이드를 포함한다.
표시패널(2110)은 특별히 한정되지 않고, 예컨대, 액정층을 포함하는 액정표시패널일 수 있다. 표시패널(2110)의 가장자리에는 상기 게이트 라인으로 구동신호를 공급하는 게이트 구동 PCB가 더 위치할 수 있다. 여기서, 게이트 구동 PCB는 별도의 PCB에 구성되지 않고, 박막 트랜지스터 기판상에 형성될 수도 있다.
백라이트 유닛은 적어도 하나의 기판 및 복수의 발광 소자(2160)를 포함하는 광원 모듈을 포함한다. 나아가, 백라이트 유닛은 바텀커버(2180), 반사 시트(2170), 확산 플레이트(2131) 및 광학 시트들(2130)을 더 포함할 수 있다.
바텀커버(2180)는 상부로 개구되어, 기판, 발광 소자(2160), 반사 시트(2170), 확산 플레이트(2131) 및 광학 시트들(2130)을 수납할 수 있다. 또한, 바텀커버(2180)는 패널 가이드와 결합될 수 있다. 기판은 반사 시트(2170)의 하부에 위치하여, 반사 시트(2170)에 둘러싸인 형태로 배치될 수 있다. 다만, 이에 한정되지 않고, 반사 물질이 표면에 코팅된 경우에는 반사 시트(2170) 상에 위치할 수도 있다. 또한, 기판은 복수로 형성되어, 복수의 기판들이 나란히 배치된 형태로 배치될 수 있으나, 이에 한정되지 않고, 단일의 기판으로 형성될 수도 있다.
발광 소자(2160)는 상술한 본 발명의 실시예들에 따른 발광 소자들 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 즉, 발광 소자(2160)는 도 1 등에서 상술한 바와 같은 제 1 돌출 패턴(110p) 및 제 2 돌출 패턴(120p)를 포함할 수 있다. 발광 소자(2160)들은 기판 상에 일정한 패턴으로 규칙적으로 배열될 수 있다. 또한, 각각의 발광 소자(2160) 상에는 렌즈(2210)가 배치되어, 복수의 발광 소자(2160)들로부터 방출되는 광을 균일성을 향상시킬 수 있다.
확산 플레이트(2131) 및 광학 시트들(2130)은 발광 소자(2160) 상에 위치한다. 발광 소자(2160)로부터 방출된 광은 확산 플레이트(2131) 및 광학 시트들(2130)을 거쳐 면 광원 형태로 표시패널(2110)로 공급될 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 실시예들에 따른 발광 소자는 본 실시예와 같은 직하형 디스플레이 장치에 적용될 수 있다.
도 14는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 소자를 헤드 램프에 적용한 예를 설명하기 위한 단면도이다.
도 14를 참조하면, 상기 헤드 램프는, 램프 바디(4070), 기판(4020), 발광 소자(4010) 및 커버 렌즈(4050)를 포함한다. 나아가, 상기 헤드 램프는, 방열부(4030), 지지랙(4060) 및 연결 부재(4040)를 더 포함할 수 있다.
기판(4020)은 지지랙(4060)에 의해 고정되어 램프 바디(4070) 상에 이격 배치된다. 기판(4020)은 발광 소자(4010)를 지지할 수 있는 기판이면 제한되지 않으며, 예컨대, 인쇄회로기판과 같은 도전 패턴을 갖는 기판일 수 있다. 발광 소자(4010)는 기판(4020) 상에 위치하며, 기판(4020)에 의해 지지 및 고정될 수 있다. 또한, 기판(4020)의 도전 패턴을 통해 발광 소자(4010)는 외부의 전원과 전기적으로 연결될 수 있다. 또한, 발광 소자(4010)는 상술한 본 발명의 실시예들에 따른 발광 소자를 적어도 하나 포함할 수 있다. 즉, 발광 소자(4010)는 도 1 등에서 상술한 바와 같은 제 1 돌출 패턴(110p) 및 제 2 돌출 패턴(120p)를 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 제공하고자 하는 방향에 배치될 수 있다. 커버 렌즈(4050)에 의해 헤드 램프로부터 외부로 방출되는 광의 지향각 및/또는 색상이 조절될 수 있다. 한편, 연결 부재(4040)는 커버 렌즈(4050)를 기판(4020)과 고정시킴과 아울러, 발광 소자(4010)를 둘러싸도록 배치되어 발광 경로(4045)를 제공하는 광 가이드 역할을 할 수도 있다. 이때, 연결 부재(4040)는 광 반사성 물질로 형성되거나, 광 반사성 물질로 코팅될 수 있다. 한편, 방열부(4030)는 방열핀(4031) 및/또는 방열팬(4033)을 포함할 수 있고, 발광 소자(4010) 구동 시 발생하는 열을 외부로 방출시킨다.
이와 같이, 본 발명의 실시예들에 따른 발광 소자는 본 실시예와 같은 헤드 램프, 특히, 차량용 헤드 램프에 적용될 수 있다.
도 15는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 소자를 디스플레이 패널에 적용한 예를 설명하기 위한 단면도이다.
디스플레이 패널은 회로 기판(1001) 및 발광 소자들(100) 및 완충 물질층(1005)을 포함한다.
회로 기판(1001) 또는 패널 기판은 수동 매트릭스 구동 또는 능동 매트릭스 구동을 위한 회로를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 회로 기판(1001)은 내부에 배선 및 저항을 포함할 수 있다. 다른 실시예에 있어서, 회로 기판(1001)은 배선, 트랜지스터들 및 커패시터들을 포함할 수 있다. 회로 기판(1001)은 또한 내부에 배치된 회로에 전기적 접속을 허용하기 위한 패드들(1003)을 상면에 가질 수 있다.
복수의 발광 소자들(100)은 회로 기판(1001) 상에 정렬된다. 발광 소자들(100)은 마이크로 단위의 크기를 갖는 소형의 발광 소자일 수 있으며, 폭(W1)은 300㎛ 이하의 크기를 가질 수 있다. 일 실시예에 있어서, 발광 소자들(100)이 정렬된 방향에서 발광 소자들(100) 사이의 간격(L1)은 그 방향에서 발광 소자(100)의 폭(W1)보다 넓을 수 있다. 각각의 발광 소자(100)는 하나의 픽셀을 구성한다. 예를 들어, 각각의 발광 소자(100)는 청색, 녹색 및 적색의 서브 픽셀들을 포함할 수 있다. 이러한 발광 소자(100)는 도 1 등에서 상술한 바와 같은 제 1 돌출 패턴(110p) 및 제 2 돌출 패턴(120p)을 포함할 수 있다.
완충 물질층(1005)은 발광 소자들(100) 사이의 회로 기판(1001)을 덮을 수 있고, 발광 소자들(100)의 상면을 덮을 수 있다. 완충 물질층(1005)은 또한 광에 투명한 매트릭스를 포함할 수 있으나, 본 개시가 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 완충 물질층(1005)은 광을 반사하거나 광을 흡수할 수 있으며, 이를 위해 광 반사 특성을 갖는 매트릭스 또는 광 흡수 특성을 갖는 매트릭스가 사용될 수도 있다. 또는, 카본 블랙과 같은 광 흡수 물질이나, 실리카와 같은 광 산란 물질이 매트릭스 내에 함유될 수도 있다.
도 16은 본 발명의 또 다른 실시예들에 따른 스마트 위치, VR 헤드셋, 증강 현실 안경의 예를 도시한 도면이다.
도 16를 참조하면, 스마트 워치(1000a), VR 헤드셋(1000b)과 같은 VR 디스플레이 장치, 또는 증강 현실 안경(1000c)과 같은 AR 디스플레이 장치, 또는 사이니지 등과 같은 디스플레이 장치에 사용될 수 있다.
상술한 바와 같이 개시된 본 발명의 바람직한 실시예들에 대한 상세한 설명은 당업자가 본 발명을 구현하고 실시할 수 있도록 제공되었다. 상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 본 발명의 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 예를 들어, 당업자는 상술한 실시예들에 기재된 각 구성을 서로 조합하는 방식으로 이용할 수 있다.
따라서, 본 발명은 여기에 나타난 실시예들에 제한되려는 것이 아니라, 여기서 개시된 원리들 및 신규한 특징들과 일치하는 최광의 범위를 부여하려는 것이다.
상술한 바와 같은 본 발명의 실시예들에 따른 발광 소자는 광 추출 효율 증대를 통해 일반 조명 장치뿐만 아니라, 디스플레이 장치, 자동차 램프 등 다양한 분야에 적용될 수 있다.

Claims (20)

  1. 상단 표면에 제 1 돌출 패턴을 포함하는 기판;
    상기 기판 상단에 형성되는 베이스층;
    상기 베이스층 상단에 형성되는 제 1 전극층;
    상기 제 1 전극층 상단에 형성되는 발광층; 및
    상기 발광층 상단에 형성되는 제 2 전극층을 포함하되,
    상기 베이스층과 상기 제1 전극층 사이에는 상기 제 1 돌출 패턴과 다른 굴절률을 가지는 제 2 돌출 패턴이 배치되는, 발광 소자.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 돌출 패턴 및 상기 제 2 돌출 패턴은 반복 돌출 패턴을 가지되,
    상기 제 2 돌출 패턴의 단위 형상은 상기 제 1 돌출 패턴의 단위 형상과 크기가 다른, 발광 소자.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 돌출 패턴의 단면높이는 상기 제 1 돌출 패턴의 단면 높이보다 높이가 낮은, 발광 소자.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 돌출 패턴의 단위 돌출 형상 간 피치(pitch)는 상기 제 1 돌출 패턴의 단위 돌출 형상 간 피치보다 작은, 발광 소자.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 베이스층의 상단 표면은 상기 제 2 돌출 패턴이 형성된 제 1 영역과 상기 제 2 돌출 패턴이 형성되지 않은 제 2 영역을 포함하는, 발광 소자.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 돌출 패턴의 형상은 좌측 경사각과 우측 경사각이 상이하게 형성되며,
    상기 좌측 경사각과 상기 우측 경사각의 차이는, 상기 좌측 경사각과 상기 우측 경사각 중 큰 경사각의 5% 이내로 형성되는, 발광 소자.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 돌출 패턴의 상단과 상기 제 1 전극층 사이에, 상기 베이스층과 하나 이상의 공통 원소를 가지는 물질로 구성되는 에피층을 추가적으로 포함하며,
    상기 제 2 돌출 패턴은,
    상기 베이스층의 제 1 굴절율과 상기 에피층의 제 2 굴절율 보다 낮되, 공기의 굴절율인 제 3 굴절율보다 높은 제 4 굴절율을 가지는 재질로 구성되는, 발광 소자.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 에피층의 하단과 상기 제 2 돌출 패턴 상단 사이에, 상기 제 2 돌출 패턴을 따라 형성된 버퍼층을 추가적으로 포함하는, 발광 소자.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 버퍼층은 상기 베이스층 상단에 상기 제 2 돌출 패턴이 형성된 제 1 영역 및 상기 제 2 돌출 패턴이 형성되지 않은 제 2 영역 상에 모두 형성되는, 발광 소자.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 버퍼층은 상기 제 4 굴절율과 상기 제 2 굴절율의 사이 범위의 굴절율을 가지는 물질로 형성되는, 발광 소자.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 돌출 패턴은,
    상기 베이스층과의 계면을 형성하는 평면을 기준으로 상부로 제 1 높이까지는 제 1 굴절율을 가지는 물질로 구성되고, 상기 제 1 높이 이상에서는 제 2 굴절율을 가지는 물질로 구성되는, 발광 소자.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 돌출 패턴은 단위 돌출 형상들 사이에 서로 다른 형상을 가지는 돌출 형상을 포함하는, 발광 소자.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 돌출 패턴의 단위 돌출 형상은,
    콘 형상, 반구형 형상, 상단 절단형 콘 형상, 상단에 요철이 형성된 상단 절단형 콘 형상 중 하나 이상을 포함하는, 발광 소자.
  14. 전기적 연결을 위한 전도성 물질을 포함하는 회로 기판; 및
    상기 전도성 물질을 통해 상기 회로 기판과 접합되는 패키지를 포함하는 발광 모듈에 있어서,
    상기 패키지는,
    하나 이상의 리드 부재;
    캐비티를 포함하는 하우징;
    상기 캐비티 내에 배치되어 상기 리드부재와 전기적으로 연결되어 배치되는 발광 조사를 포함하며,
    상기 발광 소자는,
    상단 표면에 제 1 돌출 패턴을 포함하는 기판; 및
    상기 기판 상단에 형성되는 제 1 질화물계 에피층;
    상기 제 1 질화물계 에피층 상단에 형성되는 제 2 질화물계 에피층;
    상기 제 2 질화물계 에피층 상단에 형성되는 제 1 전극층;
    상기 제 1 전극층 상단에 형성되는 발광층; 및
    상기 발광층 상단에 형성되는 제 2 전극층을 포함하되,
    상기 제 1 질화물계 에피층과 상기 제 2 질화물계 에피층 사이에는 상기 제 1 돌출 패턴과 다른 재질의 제 2 돌출 패턴을 포함하는, 발광 모듈.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 하우징은 광 반사성 물질로 형성되어, 상기 발광 소자에서 발생한 광을 상부로 반사시켜 외부로 방출하도록 측면에 제 1 기울기를 가지도록 구성되는, 발광 모듈.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 하우징의 제 1 기울기는 상기 제 1 돌출 패턴 또는 상기 제 2 돌출 패턴의 측면에 형성되는 하나 이상의 제 2 기울기와 상이한, 발광 모듈.
  17. 제 14 항에 있어서,
    상기 제 2 기울기는,
    상기 제 2 돌출 패턴의 측면에 형성되는 제 3 기울기, 및 상기 제 1 돌출 패턴의 측면에 형성되는 제 4 기울기를 포함하며,
    상기 제 3 기울기는 상기 제 4 기울기보다 작게 형성되는, 발광 모듈.
  18. 전기적 연결을 위한 전도성 물질을 포함하는 회로 기판;
    상기 회로 기판과 전기적으로 연결되는 발광 소자;
    상기 발광 소자의 구동을 제어하는 제어 장치; 및
    상기 발광 소자의 상부에 배치되어, 상기 발광 조사에서 발생되는 광을 투과시키는 커버를 포함하고,
    상기 발광 소자는,
    상단 표면에 제 1 돌출 패턴을 포함하는 기판;
    상기 기판 상단에 형성되는 제 1 질화물계 에피층;
    상기 제 1 질화물계 에피층 상단에 형성되는 제 2 질화물계 에피층;
    상기 제 2 질화물계 에피층 상단에 형성되는 제 1 전극층;
    상기 제 1 전극층 상단에 형성되는 발광층; 및
    상기 발광층 상단에 형성되는 제 2 전극층을 포함하되,
    상기 제 1 질화물계 에피층과 상기 제 2 질화물계 에피층 사이에는 상기 제 1 돌출 패턴과 상기 기판의 제 1 연결 방식과 다른 방식으로 상기 제 1 질화물계 에피층과 연결되는 제 2 돌출 패턴을 포함하는, 발광 장치.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 발광 소자는 상기 발광 소자의 상단 투시도 상에서,
    상기 제 1 돌출 패턴과 상기 제 2 돌출 패턴이 중첩되는 중첩 영역, 및
    상기 제 1 돌출 패턴과 상기 제 2 돌출 패턴이 중첩되지 않는 미-중첩 영역을 포함하도록 구성되는, 발광 장치.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 발광 소자는 상기 발광 소자의 상단 투시도 상에서,
    상기 제 1 돌출 패턴의 단위 형상들의 중심점들과 상기 제 2 돌출 패턴의 단위 형상들의 중심점들이 소정 비율 이하로 정렬되도록 구성되는, 발광 장치.
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