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KR101907619B1 - 발광 소자 - Google Patents

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KR101907619B1
KR101907619B1 KR1020120026633A KR20120026633A KR101907619B1 KR 101907619 B1 KR101907619 B1 KR 101907619B1 KR 1020120026633 A KR1020120026633 A KR 1020120026633A KR 20120026633 A KR20120026633 A KR 20120026633A KR 101907619 B1 KR101907619 B1 KR 101907619B1
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KR
South Korea
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layer
semiconductor layer
light emitting
light
emitting device
Prior art date
Application number
KR1020120026633A
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KR20130105772A (ko
Inventor
박범두
황선교
오남석
Original Assignee
엘지이노텍 주식회사
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Filing date
Publication date
Application filed by 엘지이노텍 주식회사 filed Critical 엘지이노텍 주식회사
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Abstract

실시예에 따른 발광소자는 제1 반도체층, 제1 반도체층 상에 배치되고 상면에 요철이 위치하는 제2 반도체층 및 제1 반도체층과 제2 반도체층 사이에 배치되는 활성층을 포함하는 발광구조물; 제2 반도체층 상에 배치되고 상면에 요철이 위치하는 패시베이션층; 및 요철의 돌출부에 인접하도록 배치되어 빛을 난반사시키는 패턴층;을 포함한다.

Description

발광 소자 {LIGHT EMITTING DEVICE}
실시예는 발광 소자에 관한 것이다.
LED(Light Emitting Diode; 발광 다이오드)는 화합물 반도체의 특성을 이용해 전기 신호를 적외선, 가시광선 또는 빛의 형태로 변환시키는 소자로, 가정용 가전제품, 리모콘, 전광판, 표시기, 각종 자동화 기기 등에 사용되고, 점차 LED의 사용 영역이 넓어지고 있는 추세이다.
보통, 소형화된 LED는 PCB(Printed Circuit Board) 기판에 직접 장착하기 위해서 표면실장소자(Surface Mount Device)형으로 만들어지고 있고, 이에 따라 표시소자로 사용되고 있는 LED 램프도 표면실장소자 형으로 개발되고 있다. 이러한 표면실장소자는 기존의 단순한 점등 램프를 대체할 수 있으며, 이것은 다양한 칼라를 내는 점등표시기용, 문자표시기 및 영상표시기 등으로 사용된다.
이와 같이 LED의 사용 영역이 넓어지면서, 생활에 사용되는 전등, 구조 신호용 전등 등에 요구되는 휘도가 높이지는 바, LED의 발광휘도를 증가시키는 것이 중요하다. 그러나, 발광휘도 뿐만 아니라 광 추출 효율, 발광층의 전류 분포 및 배광 패턴의 분포에 대한 고려도 필요하다.
실시예는 활성층에서 생성한 빛을 외부로 방출시키는 광추출량이 극대화되는 발광소자 및 발광소자 패키지를 제공한다.
실시예에 따른 발광소자는 제1 반도체층, 제1 반도체층 상에 배치되고 상면에 요철이 위치하는 제2 반도체층 및 제1 반도체층과 제2 반도체층 사이에 배치되는 활성층을 포함하는 발광구조물; 제2 반도체층 상에 배치되고 상면에 요철이 위치하는 패시베이션층; 및 요철의 돌출부에 인접하도록 배치되어 빛을 난반사시키는 패턴층;을 포함한다.
실시예에 따른 발광소자는 제2 반도체층과 패시베이션층의 경계면에서 빛의 반사를 최소화시켜 광추출 효율이 극대화될 수 있다.
실시예에 따른 발광소자는 패시베이션층 상면의 요철의 철(凸)부 위에 패턴층이 배치되어 빛을 난반사시켜 광추출 효율을 향상시킬 수 있다.
실시예에 따른 발광소자는 패턴층이 은(Ag), 백금(Pt) 또는 금(Au)을 포함하여 표면 플라즈몬 공명(surface Plasmon resonance)을 일으켜 광효율을 향상시킬 수 있다.
실시예에 따른 발광소자는 패시베이션층이 제2 반도체층의 굴절율과 공기의 굴절율 사이의 굴절율을 가지는 물질로 형성되어 광추출 효율이 극대화될 수 있다.
실시예에 따른 발광소자는 패시베이션층 상에 형성되는 요철이 제2 반도체층 상에 배치되는 요철에 비해서 크기가 작고 단위면적당 개수가 많아 광추출 효율이 높아질 수 있다.
실시예에 따른 발광소자는 굴절율이 단계적으로 공기와 가까워지도록 제2 반도체층, 제2 오믹접촉영역 및 패시베이션층을 배치하여 내부적으로 빛의 전반사율을 줄이고 광추출량을 극대화할 수 있다.
실시예에 따른 발광소자는 제2 반도체층, 제2 오믹접촉영역 및 패시베이션층 상에 요철을 활성층에서 생성한 빛의 파장보다 좁도록 형성하여 빛의 추출량을 최대화할 수 있다.
도 1 은 실시예에 따른 발광소자의 구조를 도시한 단면도,
도 2 는 도 1 의 A 영역을 확대한 단면도,
도 3 은 실시예에 따른 발광소자의 구조를 도시한 단면도,
도 4a 는 실시예의 발광 소자를 포함한 발광소자 패키지를 나타낸 사시도,
도 4b 는 실시예의 발광 소자를 포함한 발광소자 패키지를 나타낸 단면도,
도 5a 는 실시예에 따른 발광소자 모듈을 포함하는 조명장치를 도시한 사시도,
도 5b 는 실시예에 따른 발광소자 모듈을 포함하는 조명장치를 도시한 단면도,
도 6 은 실시예에 따른 발광소자 모듈을 포함하는 백라이트 유닛을 도시한 분해 사시도, 그리고
도 7 은 실시예에 따른 발광소자 모듈을 포함하는 백라이트 유닛을 도시한 분해 사시도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
공간적으로 상대적인 용어인 "아래(below)", "아래(beneath)", "하부(lower)", "위(above)", "상부(upper)" 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 소자 또는 구성 요소들과 다른 소자 또는 구성 요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작시 소자의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. 예를 들면, 도면에 도시되어 있는 소자를 뒤집을 경우, 다른 소자의 "아래(below)"또는 "아래(beneath)"로 기술된 소자는 다른 소자의 "위(above)"에 놓여질 수 있다. 따라서, 예시적인 용어인 "아래"는 아래와 위의 방향을 모두 포함할 수 있다. 소자는 다른 방향으로도 배향될 수 있고, 이에 따라 공간적으로 상대적인 용어들은 배향에 따라 해석될 수 있다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않은 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
도면에서 각층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기와 면적은 실제크기나 면적을 전적으로 반영하는 것은 아니다.
또한, 실시예에서 발광소자의 구조를 설명하는 과정에서 언급하는 각도와 방향은 도면에 기재된 것을 기준으로 한다. 명세서에서 발광소자를 이루는 구조에 대한 설명에서, 각도에 대한 기준점과 위치관계를 명확히 언급하지 않은 경우, 관련 도면을 참조하도록 한다.
이하에서는 도면을 참조하여 실시예를 보다 상세하게 설명한다.
도 1 은 일 실시예에 따른 발광소자(100)를 도시한 단면도이다.
도 1 을 참조하면, 실시예에 따른 발광소자(100)는 제1 반도체층(162), 제1 반도체층(162) 상에 배치되고 상면에 요철이 위치하는 제2 반도체층(166) 및 제1 반도체층(162)과 제2 반도체층(166) 사이에 배치되는 활성층(164)을 포함하는 발광구조물(160), 제2 반도체층(166) 상에 배치되고 상면에 요철이 위치하는 패시베이션층(180) 및 요철의 돌출부(182)에 인접하도록 배치되어 빛을 난반사시키는 패턴층(190)을 포함한다.
실시예에 따른 발광소자(100)는 기판(110), 기판(110) 상에 위치하는 결합층(120), 결합층(120) 상에 위치하는 전도층(130), 전도층(130) 상에 위치하는 제1 전극층(140), 제1 전극층(150) 상에 위치하는 전류제한층(150) 및 발광구조물(160) 상에 위치하는 제2 전극층(170)을 더 포함할 수 있다.
본 실시예에 따른 발광소자(100)는 전극이 수직적으로 위치하는 수직형(vertical type) 발광소자이나, 본 발명의 실시예는 수직형 발광소자에만 국한되지 않고, 발광구조물의 일 영역을 에칭하여 전극을 수평적으로 배치하는 수평형(lateral type) 발광소자도 포함할 수 있다.
기판(110)은 제1 반도체층의 하부에 배치될 수 있다. 기판(110)은 제1 반도체층을 지지할 수 있다. 기판(110)은 제1 반도체층에서 열을 전달받을 수 있다. 기판(110)은 광 투과적 성질을 가질 수 있다. 기판(110)은 광 투과적 물질을 사용하거나, 소정의 물질을 일정 두께 이하로 형성하여 광 투과적 성질을 가질 수 있으나, 이에 한정하지 아니한다. 기판(110)의 굴절율은 광추출 효율을 위해 제1 반도체층의 굴절율보다 작을 수 있으나, 이에 한정하지 아니한다.
기판(110)은 실시예에 따라 반도체 물질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 규소(Si), 게르마늄(Ge), 비소화갈륨(GaAs), 산화아연(ZnO), 실리콘카바이드(SiC), 실리콘게르마늄(SiGe), 질화갈륨(GaN), 갈륨(Ⅲ)옥사이드(Ga2O3)와 같은 캐리어 웨이퍼로 구현될 수 있다.
기판(110)은 전도성 물질로 형성될 수 있다. 실시예에 따라서 금속으로 형성될 수 있으며, 예를 들어 금(Au), 니켈(Ni), 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 탄탈륨(Ta), 은(Ag), 백금(Pt), 크롬(Cr)중에서 선택된 어느 하나로 형성하거나 둘 이상의 합금으로 형성할 수 있으며, 위 물질 중 둘 이상의 물질을 적층하여 형성할 수 있다. 기판(110)이 금속으로 형성된 경우 발광 소자(100)에서 발생하는 열의 방출을 용이하게 하여, 발광 소자(100)의 열적 안정성을 향상시킬 수 있다.
기판(110)은 열전도성이 우수한 물질을 이용하여 형성할 수 있으며, 또한 전도성 물질로 형성할 수 있는데, 금속 물질 또는 전도성 세라믹을 이용하여 형성할 수 있다. 기판(110)은 단일층으로 형성될 수 있고, 이중 구조 또는 그 이상의 다중 구조로 형성될 수 있다.
기판(110) 상에는 기판(110)과 전도층(130)의 결합을 위하여 결합층(Wafer Bonding Layer)(120)이 위치할 수 있다. 결합층(120)은 예를 들어, 금(Au), 주석(Sn), 인듐(In), 은(Ag), 니켈(Ni), 나이오븀(Nb) 및 구리(Cu)로 구성되는 군으로부터 선택되는 물질 또는 이들의 합금으로 형성될 수 있다.
결합층(120) 상에는 전도층(130)이 형성될 수 있다. 전도층(130)은 금속의 확산을 방지하는 물질로 형성될 수 있으며, 예를 들어, 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 텅스텐(W), 니켈(Ni), 루테늄(Ru), 몰리브덴(Mo), 이리듐(Ir), 로듐(Rh), 탄탈(Ta), 하프늄(Hf), 지르코늄(Zr), 니오브(Nb), 바나듐(V), 철(Fe), 티타늄(Ti) 중 적어도 하나 또는 둘 이상의 합금을 포함할 수 있고, 이에 한정하지 아니한다.
전도층(130)은 발광 소자(100)의 제조 공정상 발생할 수 있는 깨짐, 또는 박리와 같은 기계적 손상을 최소화할 수 있다. 전도층(130)은 기판(110) 또는 결합층(120)을 구성하는 금속 물질이 발광구조물로 확산되는 것을 방지할 수 있다.
전도층(130)은 스퍼터링 증착 방법을 사용하여 형성할 수 있다. 스퍼터링 증착 방법을 사용할 경우, 이온화된 원자를 전기장에 의해 가속시켜, 소스 재료(source material)에 충돌시키면, 소스 재료의 원자들이 튀어나와 전도층(130)이 증착된다. 전도층(130)은 금속 증착 방법이나, 유테틱 메탈을 이용한 본딩 방법 등을 사용해 형성할 수도 있다. 전도층(130)은 복수의 층으로 형성될 수도 있으며 이에 한정하지 않는다.
한편, 전도층(130) 상에는 제1 전극층(140)이 형성될 수 있으며, 제1 전극층(140)은 제1 오믹접촉영역(144), 반사층(142) 중 적어도 한 층을 포함할 수 있다. 예를 들어 제1 전극층(140)은 제1 오믹접촉영역(144)/반사층(142)의 구조일 수 있으나, 이에 대해 한정하지는 않는다. 예컨대, 제1 전극층(140)은 반사층(142)과 제1 오믹접촉영역(144)이 순차로 적층된 형태일 수 있다.
반사층(142)은 제1 오믹접촉영역(144)의 하면에 배치될 수 있으며, 반사특성이 우수한 물질, 예를 들어 은(Ag), 니켈(Ni), 알루미늄(Al), 루비듐(Rh), 팔라듐(Pd), 이리듐(Ir), 루테늄(Ru), 마그네슘(Mg), 아연(Zn), 백금(Pt), 금(Au), 하프늄(Hf) 및 이들의 선택적인 조합으로 구성된 물질 중에서 형성되거나, 상기 금속 물질과 IZO(indium zinc oxide), IZTO(indium zinc tin oxide), IAZO(indium aluminum zinc oxide), IGZO(indium gallium zinc oxide), IGTO(indium gallium tin oxide), AZO(aluminum zinc oxide), ATO(antimony tin oxide) 등의 투광성 전도성 물질을 이용하여 다층으로 형성할 수 있다. 또한 반사층(142)은 IZO/Ni, AZO/Ag, IZO/Ag/Ni, AZO/Ag/Ni 등으로 적층할 수 있다. 또한 반사층(142)을 발광구조물(예컨대, 제1 반도체층(162))과 오믹 접촉하는 물질로 형성할 경우, 제1 오믹접촉영역(144)은 별도로 형성하지 않을 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
제1 오믹접촉영역(144)은 발광구조물(160)의 하면에 오믹 접촉되며, 층 또는 복수의 패턴으로 형성될 수 있다. 제1 오믹접촉영역(144)은 투광성 전극층과 금속이 선택적으로 사용될 수 있으며, 예를 들어, ITO(indium tin oxide), IZO(indium zinc oxide), IZTO(indium zinc tin oxide), IAZO(indium aluminum zinc oxide), IGZO(indium gallium zinc oxide), IGTO(indium gallium tin oxide), AZO(aluminum zinc oxide), ATO(antimony tin oxide), GZO(gallium zinc oxide), IrOx, RuOx, RuOx/ITO, Ni, Ag, Ni/IrOx/Au, 및 Ni/IrOx/Au/ITO 중 하나 이상을 이용하여 단층 또는 다층으로 구현할 수 있다. 제1 오믹접촉영역(144)은 제1 반도체층(162)에 캐리어의 주입을 원활히 하기 위한 것으로, 반드시 형성되어야 하는 것은 아니다.
또한 제1 전극층(140)은 본딩층(미도시)을 포함할 수 있으며, 이때 본딩층(미도시)은 배리어 금속(barrier metal) 또는 본딩 금속, 예를 들어, 티타늄(Ti), 금(Au), 주석(Sn), 니켈(Ni), 크롬(Cr), 갈륨(Ga), 인듐(In), 비스무트(Bi), 구리(Cu), 은(Ag) 또는 Ta(탄탈륨) 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며 이에 한정하지 않는다.
한편, 제1 전극층(140)과 후술하는 발광구조물 사이에는 전류제한층(150)(CBL : Current Blocking Layer)이 배치될 수 있다.
전류제한층(150)은 전기 절연성을 갖는 재질, 제1 전극층(140) 또는 결합층(120)보다 전기 전도성이 낮은 재질 및 제1 반도체층(162)과 쇼트키 접촉을 형성하는 재질 중 적어도 하나를 이용하여 형성될 수 있으며, 예를 들어, Si3N4, Al2O3, TiOx, TiO2, Ti, Al, Cr 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
제1 전극층(140)과 발광구조물(160) 사이에 전류제한층(150)이 배치됨으로써, 전류 군집현상이 방지될 수 있으나, 이에 한정하지 아니하고, 실시예에 따라 전류제한층(150)은 생략될 수 있다.
제1 전극층(140) 사이에는 발광구조물(160)이 배치될 수 있다.
발광구조물(160)은 적어도 제1 반도체층(162), 제2 반도체층(166) 및 제1 반도체층(162)과 제2 반도체층(166) 사이에 배치되는 활성층(164)을 포함할 수 있다.
도 1 의 실시예에 따른 발광소자(100)에서, 제1 반도체층(162)은 활성층(164)에 정공을 주입하도록 p형 반도체층으로 구현될 수 있다. 제1 반도체층(162)은 활성층(164)에서 파장이 약 400 내지 550nm인 파랑색(Blue) 빛을 생성하는 경우, InxAlyGa1 -x- yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 재료, 예를 들어 GaP(Gallium nitride), AlN(Aluminium nitride), AlGaN(Aluminium gallium nitride), InGaN(Indium gallium nitride), InN(Indium nitride), InAlGaN, AlInN 등에서 선택될 수 있다. 제1 반도체층(162)은 마그네슘(Mg), 아연(Zn), 칼슘(Ca), 스트론튬(Sr), 바륨(Ba) 등의 p형 도펀트가 도핑될 수 있다.
제1 반도체층(162)은 활성층(164)에서 파장이 약 610 내지 780 nm의 빨강색(Red) 빛을 생성하는 경우, InxAlyGa1 -x- yP (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 재료로 형성될 수 있다. 예를 들어, 제1 반도체층(162)은 GaP 또는 AlGaInP 등으로 형성될 수 있으나, 이에 한정하지 아니한다. 제1 반도체층(162)은 마그네슘(Mg), 아연(Zn), 칼슘(Ca), 스트론튬(Sr), 바륨(Ba) 등의 p형 도펀트가 도핑될 수 있다.
활성층(164)은 제1 반도체층(162) 상에 형성될 수 있다. 활성층(164)은 3족-5족 원소의 화합물 반도체 재료를 이용하여 단일 또는 다중 양자 우물 구조, 양자 선(Quantum-Wire) 구조, 또는 양자 점(Quantum Dot) 구조 등으로 형성될 수 있다.
생성하는 빛의 파장이 파랑색 계열인 경우, 양자우물구조인 활성층(264)은 InxAlyGa1-x-yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 우물층과 InaAlbGa1 -a- bN (0≤a≤1, 0≤b≤1, 0≤a+b≤1)의 조성식을 갖는 장벽층을 갖는 단일 또는 양자우물구조를 포함할 수 있다. 상기 우물층은 상기 장벽층의 에너지 밴드 갭보다 작은 에너지 밴드 갭을 갖는 물질로 형성될 수 있다.
생성하는 빛의 파장이 빨간색 계열인 경우, 양자우물구조인 활성층(264)은 InxAlyGa1-x-yP (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 우물층과 InaAlbGa1 -a- bP (0≤a≤1, 0≤b≤1, 0≤a+b≤1)의 조성식을 갖는 장벽층을 갖는 단일 또는 양자우물구조를 포함할 수 있다. 상기 우물층은 상기 장벽층의 에너지 밴드 갭보다 작은 에너지 밴드 갭을 갖는 물질로 형성될 수 있다.
활성층(164) 상에는 제2 반도체층(166)이 형성될 수 있다. 도 1 에 따른 실시예의 발광소자(100)에서, 제2 반도체층(166)은 n형 반도체층으로 구현될 수 있다.
예를 들어, 활성층(164)이 생성하는 빛의 파장이 파란색 계열인 경우, 제2 반도체층(166)은 InxAlyGa1 -x- yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 재료, 예를 들어 GaN(Gallium nitride), AlN(Aluminium nitride), AlGaN(Aluminium gallium nitride), InGaN(Indium gallium nitride), InN(Indium nitride), InAlGaN, AlInN 등에서 선택될 수 있다. 제2 반도체층(166)은 규소(Si), 게르마늄(Ge), 주석(Sn), 셀레늄(Se), 텔루늄(Te)와 같은 n형 도펀트가 도핑될 수 있다.
예를 들어, 활성층(164)이 생성하는 빛의 파장이 빨간색 계열인 경우 제2 반도체층(166)은 InxAlyGa1 -x- yP (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 재료로 형성될 수 있으나, 이에 한정하지 아니한다. 예를 들어, 제1 반도체층(162)은 GaP 또는 AlGaInP 등으로 형성될 수 있으나, 이에 한정하지 아니한다. 제2 반도체층(166)은 규소(Si), 게르마늄(Ge), 주석(Sn), 셀레늄(Se), 텔루늄(Te)와 같은 n형 도펀트가 도핑될 수 있다.
한편, 발광구조물(160)은 제2 반도체층(166) 위에 제2 반도체층(166)과 반대의 극성을 갖는 제3 도전성 반도체층(미도시)을 포함할 수 있다. 또한 제1 반도체층(162)이 n 형 반도체층이고, 제2 반도체층(166)이 p 형 반도체층으로 구현될 수도 있다. 이에 따라 발광구조물은 N-P 접합, P-N 접합, N-P-N 접합 및 P-N-P 접합 구조 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
제2 반도체층(166)은 상부의 표면의 일 영역에 요철이 위치할 수 있다. 제2 반도체층(166)은 상면의 적어도 일 영역에 에칭을 수행하여 요철을 형성할 수 있다. 상기 에칭 공정은 습식 또는 건식 에칭 공정을 포함할 수 있다. 제2 반도체층(166)의 에칭이 수행되는 에칭면은 습식 에칭에 의해 용이하게 에칭되는 N(나이트라이드)-face일 수 있으며, Ga(갈륨)-face에 비해 표면 거칠기가 향상될 수 있다. 에칭 과정을 거침에 따라서, 제2 반도체층(166)의 상면은 광추출 구조를 형성하는 요철이 형성될 수 있다. 제2 반도체층(166) 상면의 요철은 랜덤한 크기로 불규칙하게 형성될 수 있으나, 이에 대해 한정하지 아니한다. 제2 반도체층(166) 상면의 요철은 텍스쳐(texture) 패턴, 요철 패턴, 평탄하지 않는 패턴(uneven pattern) 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나 이에 대하여 한정하지 아니한다.
제2 반도체층(166)의 요철은 측 단면이 원기둥, 다각기둥, 원뿔, 다각뿔, 원뿔대, 다각뿔대 등 다양한 형상을 갖도록 형성될 수 있으며, 뿔 형상을 포함할 수 있으나, 이에 한정하지 아니한다.
제2 반도체층(166) 상의 요철은 활성층(164)에서 발생하는 빛의 파장보다 작은 주기로 형성될 수 있다. 예를 들어, 활성층(164)에서 발생하는 빛이 620 내지 700nm의 빨강영역이라면 제2 반도체층(166)의 요철의 주기가 620nm 이하일 수 있다. 또한, 활성층(164)에서 발생하는 빛이 450 내지 480nm의 파랑영역이라면 제2 반도체층(166)의 요철의 주기는 450nm 이하일 수 있다.
제2 반도체층(166)은 상면에 요철이 형성되어 상면의 유효굴절율이 제2 반도체층(166) 자체의 굴절율보다 작아질 수 있고, 외부로 빛이 발산되는 과정을 용이하게 할 수 있다.
제2 반도체층(166)의 요철은 PEC(photo electro chemical) 또는 KOH 용액을 사용한 습식 식각 방법 등의 방법으로 형성될 수 있으며, 이에 한정하지 아니한다.
제2 반도체층(166)은 상부에 요철이 형성되어 활성층(164)에서 생성된 빛이 전반사되어 발광구조물(160) 내부에서 재흡수되거나 산란되는 것을 최소화할 수 있다. 제2 반도체층(166)은 상부에 요철이 형성되어 광 추출 효율이 향상될 수 있다.
실시예에 따라 제1 전극층(140)과 발광구조물(160) 사이에는 투명 전도층(미도시)이 배치될 수 있다. 투명전도층(미도시)은 투명전도층(미도시)의 밴드갭 에너지에 따른 파장보다 큰 파장의 빛은 흡수하지 않고 그대로 통과시킬 수 있다. 예를 들어, 밴드갭 에너지가 2.24eV인 경우, 투명전도층(미도시)은 553nm 이상의 파장의 빛은 흡수하지 않고 투과시킬 수 있다. 투명전도층(미도시)은 전류를 발광구조물(160) 하부에 고르게 전달할 수 있다. 투명전도층(미도시)은 GaP 등의 물질로 이루어질 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
제2 반도체층(166) 상에는 제2 반도체층(166)과 전기적으로 연결된 제2 전극층(170)을 형성될 수 있으며, 제2 전극층(170)은 적어도 하나의 패드(미도시) 또는/및 소정 패턴을 갖는 전극을 포함할 수 있고, 이에 한정하지 아니한다. 제2 전극층(170)은 제2 반도체층(166)의 상면 중 센터 영역, 외측 영역 또는 모서리 영역에 배치될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 한편, 제2 전극층(170)은 패드(미도시) 및 패드(미도시)와 연결되어 적어도 일 방향으로 연장되는 적어도 하나의 브랜치(branch) 전극(미도시)이 연결될 수 있다. 제2 전극층(170)은 제2 반도체층(166)의 위가 아닌 다른 영역에 배치될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
단, 제2 반도체층(166) 상에 제2 오믹접촉영역(미도시)이 배치되는 경우 제2 전극층(170)은 제2 오믹접촉영역(미도시)과 접할 수 있으며, 제2 반도체층(166)과는 이격될 수 있으나, 이에 한정하지 아니한다.
제2 전극층(170)은 전도성 물질, 예를 들어 인듐(In), 토발트(Co), 규소(Si), 게르마늄(Ge), 금(Au), 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 루테늄(Ru), 레늄(Re), 마그네슘(Mg), 아연(Zn), 하프늄(Hf), 탄탈(Ta), 로듐(Rh), 이리듐(Ir), 텅스텐(W), 티타늄(Ti), 은(Ag), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 나이오븀(Nb), 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 구리(Cu), 및 티타늄 텅스텐 합금(WTi) 중에서 선택된 금속 또는 합금을 이용하여 단층 또는 다층으로 형성될 수 있다.
한편, 제2 전극층(170)은 제2 반도체층(166)의 평탄한 상면 위에 배치될 수 있고 평탄하지 않는 요철 위에 배치될 수도 있으며, 이에 한정하지 아니한다.
도 2 는 도 1 의 A 영역, 즉 패시베이션층(180)과 패턴층(190)을 확대하여 도시한 도면이다.
도 2 를 참조하면, 발광소자(100)는 제2 반도체층(166) 상에 패시베이션층(180)을 더 포함할 수 있다.
패시베이션층(180)은 제2 반도체층(166)의 상에 위치할 수 있다. 패시베이션층(180)은 발광구조물(160)의 측면까지 연장될 수 있으나, 이에 한정하지 아니한다.
패시베이션층(180)은 절연물질로 형성될 수 있다. 패시베이션층(180)은 광투과율이 높은 물질로 형성될 수 있다. 패시베이션층(180)은 굴절율이 공기의 굴절율과 제2 반도체층(166)의 굴절율 사이에 있는 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 패시베이션층(180)은 SiO2, SiOx, SiOxNy, Si3N4, Al2O3 로 형성될 수 있으나, 이에 한정하지 아니한다.
패시베이션층(180)은 상면에 요철이 위치할 수 있다. 패시베이션층(180) 상면의 요철은 랜덤한 크기로 불규칙하게 형성될 수 있으나, 이에 대해 한정하지 아니한다. 패시베이션층(180) 상면의 요철은 텍스쳐(texture) 패턴, 요철 패턴, 평탄하지 않는 패턴(uneven pattern) 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나 이에 대하여 한정하지 아니한다.
패시베이션층(180)의 요철은 측 단면이 원기둥, 다각기둥, 원뿔, 다각뿔, 원뿔대, 다각뿔대 등 다양한 형상을 갖도록 형성될 수 있으며, 뿔 형상을 포함할 수 있으나, 이에 한정하지 아니한다.
패시베이션층(180)은 발광구조물(160)을 전기적으로 보호할 수 있다. 예를 들어, 패시베이션층(180)은 발광구조물이 외부 전극 등과 전기적으로 쇼트되는 것을 방지할 수 있다. 패시베이션층(180)은 발광구조물(160)을 외부의 이물질로부터 보호할 수 있다.
패시베이션층(180)은 상부에 요철이 형성되어, 활성층(164)에서 생성된 빛이 패시베이션층(180)의 상면에서 전반사되어 발광소자(100) 내부에서 재흡수되거나 산란되는 것을 최소화할 수 있다. 패시베이션층(180) 상부의 요철은 발광면적을 최대화하여 발광소자(100)의 광추출 효율을 극대화할 수 있다.
패시베이션층(180)은 상면에 요철이 위치하여 상면의 유효굴절율이 패시베이션층(180) 자체의 굴절율보다 작아질 수 있고, 외부로 빛이 발산되는 과정을 용이하게 할 수 있다.
패시베이션층(180) 상의 요철은 제2 반도체층(166) 상의 요철에 비해서 단위면적당 개수가 더 많을 수 있다. 패시베이션층(180) 상의 요철은 제2 반도체층 상면의 요철에 비해서 높이 또는 폭이 작을 수 있다. 패시베이션층(180)은 제2 반도체층(166)의 요철 상에 형성되어, 성장과정 상에서 자연스럽게 형성된 요철 위에 추가적인 에칭을 수행하여 제2 반도체층(166)의 요철보다 더 작은 요철을 형성할 수 있다.
패시베이션층(180) 상의 요철이 제2 반도체층(166) 상의 요철에 비해서 크기가 작아, 제2 반도체층(166), 패시베이션층(180), 공기의 순으로 점차 굴절율이 작아지도록 할 수 있다.
패시베이션층(180) 상의 요철은 활성층(164)에서 발생하는 빛의 파장보다 작은 크기로 형성될 수 있다. 예를 들어, 활성층(164)에서 발생하는 빛이 620 내지 700nm의 빨강영역이라면 패시베이션층(180)의 요철의 폭이 620nm 이하일 수 있다. 또한, 활성층(164)에서 발생하는 빛이 450 내지 480nm의 파랑영역이라면 패시베이션층(180)의 요철의 폭이 450nm 이하일 수 있다.
패시베이션층(180)은 제2 반도체층(166)과 공기의 중간의 굴절율을 가져, 빛의 외부추출량을 극대화할 수 있어 광추출 효율을 향상시킬 수 있다.
패시베이션층(180)의 상부에 형성되는 요철은 상부로 돌출된 돌출부(182)와 하부로 함몰된 형태인 함몰부(184)를 포함할 수 있다.
패시베이션층(180)은 두께가 300 내지 600 nm 일 수 있다. 패시베이션층(180)은 두께가 300 nm 이하인 경우에는 발광구조물(160)을 전기적으로 보호하는 기능이 부족해질 수 있고, 600 nm 이상인 경우에는 광의 내부 흡수율이 높아져 열적 스트레스가 발생할 수 있다.
패시베이션층(180)의 돌출부(182)의 상에는 패턴층(190)이 배치될 수 있다.
패턴층(190)은 랜덤한 크기로 불규칙하게 형성될 수 있으며, 그 형태에 한정하지 아니한다. 예를 들어, 패턴층(190)은 측 단면이 원기둥, 다각기둥, 원뿔, 다각뿔, 원뿔대, 다각뿔대 등 다양한 형상을 갖도록 형성될 수 있으며, 뿔 형상을 포함할 수 있으나, 이에 대해 한정하지 아니한다.
패턴층(190)은 돌출부(182)상에 위치할 수 있으나, 경우에 따라 함몰부(184)에 위치할 수 있으며, 이는 공정 오차 범위일 수 있다.
패턴층(190)은 표면 플라즈몬 공명(surface Plasmon Resonance)을 일으키는 물질일 수 있다. 예를 들어, 패턴층(190)은 은(Ag), 백금(Pt) 또는 금(Au)을 포함할 수 있다.
패턴층(190)은 활성층(164)에서 발생하는 빛의 파장보다 작은 주기로 형성될 수 있다. 예를 들어, 활성층(164)에서 발생하는 빛이 620 내지 700nm의 빨강영역이라면 패턴층(190)의 패턴의 주기가 620nm 이하일 수 있다. 또한, 활성층(164)에서 발생하는 빛이 450 내지 480nm의 파랑영역이라면 패턴층(180)의 패턴의 주기는 450nm 이하일 수 있다.
패턴층(190)은 금(Au), 백금(Pt) 또는 은(Ag)으로 형성되어 표면 플라즈몬 공명(SPR : Surface Plasmon Resonance)현상을 일으킬 수 있다. 표면 플라즈몬 공명(SPR : Surface Plasmon Resonance)에 의해 인접하는 패턴 간에 광전계(optical electric field)가 강하게 형성될 수 있다. 따라서, 광구속율(optical confinement factor)이 향상되며 활성층(164)의 양자효율이 향상될 수 있다. 양자효율은 광증폭율(light amplification factor)에 비례한다. 활성층(164)의 광전계(optical electric field)가 주변에 비해 상대적으로 커질수록 광구속율(optical confinement factor)이 커지게 되며, 광증폭율(light amplification factor)이 커지게 된다.
활성층(164)의 광전계(optical electric field)는 활성층(164)에서 발생된 빛에 의해 금속층에 발생되는 표면 플라즈몬(surface plasmon)이 여기되는 표면 플라즈몬 공명(Surface Plasmon Resonance; SPR)에 의해 강하게 형성될 수 있다.
즉, 표면 플라즈몬 공명(Surface Plasmon Resonance; SPR)에 의해 패턴층(190)은 절대값이 큰 음의 유효유전율(effective dielectric constant)을 갖게 되며, 이에 의해 활성층(164)에는 강한 광전계가 형성될 수 있다. 따라서, 패턴층(190)에 의해 발광소자(100)의 광효율이 향상될 수 있다.
도 3 은 다른 실시예에 따른 발광소자(200)를 도시한 도면이다.
도 3 을 참조하면, 실시예에 따른 발광소자(200)는 패시베이션층(280)과 제2 반도체층(166) 사이에 배치되는 제2 오믹접촉영역(295)을 더 포함할 수 있다.
제2 오믹접촉영역(295)은 제2 반도체층(166)과 오믹접촉(Ohmic Contact)을 형성할 수 있다. 제2 오믹접촉영역(295)은 제2 반도체층(166)과 오믹접촉을 할 수 있는 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제2 오믹접촉영역(295)은 층 또는 복수의 패턴으로 형성될 수 있다. 제2 오믹접촉영역(295)은 투광성 전극층과 금속이 선택적으로 사용될 수 있으며, 예를 들어, ITO(indium tin oxide), IZO(indium zinc oxide), IZTO(indium zinc tin oxide), IAZO(indium aluminum zinc oxide), IGZO(indium gallium zinc oxide), IGTO(indium gallium tin oxide), AZO(aluminum zinc oxide), ATO(antimony tin oxide), GZO(gallium zinc oxide), ZnO(Zinc Oxide), IrOx, RuOx, RuOx/ITO, Ni, SiN, Ag, Ni/IrOx/Au, 및 Ni/IrOx/Au/ITO 중 하나 이상을 이용하여 단층 또는 다층으로 구현할 수 있다. 제2 오믹접촉영역(295)은 제2 반도체층(166)에 캐리어의 주입을 원활히 할 수 있다.
제2 오믹접촉영역(295)은 상면에 요철이 형성될 수 있다. 제2 오믹접촉영역(295)은 상면에 요철이 랜덤한 크기로 불규칙하게 형성될 수 있으나, 이에 대해 한정하지 아니한다. 제2 오믹접촉영역(295) 상면의 요철은 텍스쳐(texture) 패턴, 요철 패턴, 평탄하지 않는 패턴(uneven pattern) 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나 이에 대하여 한정하지 아니한다.
제2 오믹접촉영역(295)의 요철은 측 단면이 원기둥, 다각기둥, 원뿔, 다각뿔, 원뿔대, 다각뿔대 등 다양한 형상을 갖도록 형성될 수 있으며, 뿔 형상을 포함할 수 있으나, 이에 한정하지 아니한다.
제2 오믹접촉영역(295) 상의 요철은 제2 반도체층(166) 상의 요철에 비해서 단위면적당 개수가 더 많을 수 있다. 제2 오믹접촉영역(295) 상의 요철은 제2 반도체층(166) 상면의 요철에 비해서 높이 또는 폭이 작을 수 있다. 제2 오믹접촉영역(295)은 제2 반도체층(166)의 요철 상에 형성되어, 성장과정 상에서 자연스럽게 형성된 요철 위에 추가적인 에칭을 수행하여 제2 반도체층(166)의 요철보다 더 작은 요철을 형성할 수 있다.
제2 오믹접촉영역(295) 상의 요철이 제2 반도체층(166) 상의 요철에 비해서 크기가 작아, 제2 반도체층(166), 제2 오믹접촉영역(295), 패시베이션층(180), 공기의 순으로 점차 굴절율이 작아지도록 할 수 있다.
제2 오믹접촉영역(295) 상의 요철은 활성층(164)에서 발생하는 빛의 파장보다 작은 크기로 형성될 수 있다. 예를 들어, 활성층(164)에서 발생하는 빛이 620 내지 700nm의 빨강영역이라면 제2 오믹접촉영역(295)의 요철의 폭이 620nm 이하일 수 있다. 또한, 활성층(164)에서 발생하는 빛이 450 내지 480nm의 파랑영역이라면 제2 오믹접촉영역(295)의 요철의 폭이 450nm 이하일 수 있다.
제2 오믹접촉영역(295)은 상부에 요철이 형성되어, 활성층(164)에서 생성된 빛이 제2 오믹접촉영역(295)의 상면에서 전반사되어 발광소자(200) 내부에서 재흡수되거나 산란되는 것을 최소화할 수 있다. 제2 오믹접촉영역(295) 상부의 요철은 발광면적을 최대화하여 발광소자(200)의 광추출 효율을 극대화할 수 있다.
제2 오믹접촉영역(295)은 제2 반도체층(166)보다 굴절율이 작을 수 있다. 제2 반도체층(166), 제2 오믹접촉영역(295) 및 패시베이션층(180)은 굴절율이 순차적으로 변하도록 배치되어 발광소자(200)의 광추출 효율을 극대화시킬 수 있다.
도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광소자 패키지(300)를 나타낸 사시도이며, 도 4b는 실시예에 따른 발광소자 패키지(300)의 단면을 도시한 단면도이다.
도 4a 및 도 4b 를 참조하면, 실시예에 따른 발광소자 패키지(300)는 캐비티가 형성된 몸체(310), 몸체(310)에 실장된 제1 및 제2 전극(340, 350) 제1 및 제2 전극과 전기적으로 연결되는 발광소자(320) 및 캐비티에 형성되는 봉지재(330)를 포함할 수 있고, 봉지재(330)는 형광체(미도시)를 포함할 수 있다.
몸체(310)는 폴리프탈아미드(PPA:Polyphthalamide)와 같은 수지 재질, 실리콘(Si), 알루미늄(Al), 알루미늄 나이트라이드(AlN), 액정폴리머(PSG, photo sensitive glass), 폴리아미드9T(PA9T), 신지오택틱폴리스티렌(SPS), 금속 재질, 사파이어(Al2O3), 베릴륨 옥사이드(BeO), 인쇄회로기판(PCB, Printed Circuit Board), 세라믹 중 적어도 하나로 형성될 수 있다. 몸체(310)는 사출 성형, 에칭 공정 등에 의해 형성될 수 있으나 이에 대해 한정하지는 않는다.
몸체(310)의 내측면은 경사면이 형성될 수 있다. 이러한 경사면의 각도에 따라 발광소자(320)에서 방출되는 광의 반사각이 달라질 수 있으며, 이에 따라 외부로 방출되는 광의 지향각을 조절할 수 있다.
몸체(310)에 형성되는 캐비티를 위에서 바라본 형상은 원형, 사각형, 다각형, 타원형 등의 형상일 수 있으며, 특히 모서리가 곡선인 형상일 수도 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
봉지재(330)는 캐비티에 충진될 수 있으며, 형광체(미도시)를 포함할 수 있다. 봉지재(330)는 투명한 실리콘, 에폭시, 및 기타 수지 재질로 형성될 수 있다. 봉지재(330)는 캐비티 내에 충진한 후, 이를 자외선 또는 열 경화하는 방식으로 형성될 수 있다.
형광체(미도시)는 발광소자(320)에서 방출되는 광의 파장에 따라 종류가 선택되어 발광소자 패키지(300)가 백색광을 구현하도록 할 수 있다.
봉지재(330)에 포함되어 있는 형광체(미도시)는 발광소자(320)에서 방출되는 광의 파장에 따라 청색 발광 형광체, 청록색 발광 형광체, 녹색 발광 형광체, 황녹색 발광 형광체, 황색 발광 형광체, 황적색 발광 형광체, 오렌지색 발광 형광체, 및 적색 발광 형광체중 하나가 적용될 수 있다.
형광체(미도시)는 발광소자(320)에서 방출되는 제1 빛을 가지는 광에 의해 여기 되어 제2 빛을 생성할 수 있다. 예를 들어, 발광소자(320)가 청색 발광 다이오드이고 형광체(미도시)가 황색 형광체인 경우, 황색 형광체는 청색 빛에 의해 여기되어 황색 빛을 방출할 수 있으며, 청색 발광 다이오드에서 발생한 청색 빛 및 청색 빛에 의해 여기 되어 발생한 황색 빛이 혼색됨에 따라 발광소자 패키지(300)는 백색 빛을 제공할 수 있다.
발광소자(320)가 녹색 발광 다이오드인 경우는 magenta 형광체 또는 청색과 적색의 형광체(미도시)를 혼용하는 경우, 발광소자(320)가 적색 발광 다이오드인 경우는 Cyan형광체 또는 청색과 녹색 형광체를 혼용하는 경우를 예로 들 수 있다.
형광체(미도시)는 YAG계, TAG계, 황화물계, 실리케이트계, 알루미네이트계, 질화물계, 카바이드계, 니트리도실리케이트계, 붕산염계, 불화물계, 인산염계 등의 공지된 것일 수 있다.
몸체(310)에는 제1 전극(340) 및 제2 전극(350)이 실장될 수 있다. 제1 전극(340) 및 제2 전극(350)은 발광소자(320)와 전기적으로 연결되어 발광소자(320)에 전원을 공급할 수 있다.
제1 전극(340) 및 제2 전극(350)은 서로 전기적으로 분리되며, 발광소자(320)에서 발생된 빛을 반사시켜 광 효율을 증가시킬 수 있다. 제1 전극(340) 및 제2 전극(350)은 발광소자(320)에서 발생된 열을 외부로 배출시킬 수 있다.
도 4b에서는 발광소자(320)가 제1 전극(340) 상에 실장되었으나, 이에 한정되지 않으며, 발광소자(320)와 제1 전극(340) 및 제2 전극(350)은 와이어 본딩(wire bonding) 방식, 플립 칩(flip chip) 방식 또는 다이 본딩 방식 중 어느 하나에 의해 전기적으로 연결될 수도 있다.
제1 전극(340) 및 제2 전극(350)은 금속 재질, 예를 들어, 티타늄(Ti), 구리(Cu), 니켈(Ni), 금(Au), 크롬(Cr), 탄탈늄(Ta), 백금(Pt), 주석(Sn), 은(Ag), 인(P), 알루미늄(Al), 인듐(In), 팔라듐(Pd), 코발트(Co), 실리콘(Si), 게르마늄(Ge), 하프늄(Hf), 루테늄(Ru), 철(Fe) 중에서 하나 이상의 물질 또는 합금을 포함할 수 있다. 제1 전극(340) 및 제2 전극(350)은 단층 또는 다층 구조를 가지도록 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
발광소자(320)는 제1 전극(340) 상에 실장되며, 예를 들어, 적색, 녹색, 청색, 백색 등의 빛을 방출하는 발광 소자 또는 자외선을 방출하는 UV(Ultra Violet) 발광 소자일 수 있으나, 이에 대해 한정하지는 않는다. 발광 소자(320)는 한 개 이상 실장될 수 있다.
발광소자(320)는 그 전기 단자들이 모두 상부 면에 형성된 수평형 타입(Horizontal type)이거나, 또는 상, 하부 면에 형성된 수직형 타입(Vertical type), 또는 플립 칩 모두에 적용 가능하다.
한편, 발광소자(320)는 제2 반도체층(미도시) 상에 요철이 형성되고, 패시베이션층(미도시) 상에도 요철이 형성되어 광추출량을 극대화하여 발광소자(320) 및 발광소자 패키지(300)의 발광 효율을 향상시킬 수 있다.
실시예에 따른 발광소자 패키지(300)는 복수개가 기판 상에 어레이되며, 발광소자 패키지(300)의 광 경로 상에 광학 부재인 도광판, 프리즘 시트, 확산 시트 등이 배치될 수 있다.
발광소자 패키지(300), 기판, 광학 부재는 라이트 유닛으로 기능할 수 있다. 또 다른 실시 예는 발광소자(미도시) 또는 발광소자 패키지(300)를 포함하는 표시 장치, 지시 장치, 조명 시스템으로 구현될 수 있으며, 예를 들어, 조명 시스템은 램프, 가로등을 포함할 수 있다.
도 5a는 실시예에 따른 발광소자를 포함하는 조명 시스템(400)을 도시한 사시도이며, 도 5b는 도 5a의 조명 시스템의 D-D' 단면을 도시한 단면도이다.
즉, 도 5b 는 도 5a의 조명 시스템(400)을 길이방향(Z)과 높이방향(X)의 면으로 자르고, 수평방향(Y)으로 바라본 단면도이다.
도 5a 및 도 5b를 참조하면, 조명 시스템(400)은 몸체(410), 몸체(410)와 체결되는 커버(430) 및 몸체(410)의 양단에 위치하는 마감캡(450)을 포함할 수 있다.
몸체(410)의 하부면에는 발광소자 모듈(443)이 체결되며, 몸체(410)는 발광소자 패키지(444)에서 발생한 열이 몸체(410)의 상부면을 통해 외부로 방출할 수 있도록 전도성 및 열 발산 효과가 우수한 금속재질로 형성될 수 있고, 이에 한정하지 아니한다.
발광소자 패키지(444)는 발광소자(미도시)를 포함한다. 발광소자(미도시)는 제2 반도체층(미도시) 상에 요철이 형성되고, 패시베이션층(미도시) 상에도 요철이 형성되어 광추출량을 극대화하여 발광소자 패키지(444) 및 조명 시스템(400)의 광추출 효율이 향상되고 조명 시스템(400)의 신뢰성이 더욱 향상될 수 있다.
발광소자 패키지(444)는 기판(442) 상에 다색, 다열로 실장되어 모듈을 이룰 수 있으며, 동일한 간격으로 실장되거나 또는 필요에 따라서 다양한 이격 거리를 가지고 실장될 수 있어 밝기 등을 조절할 수 있다. 기판(442)으로 MCPCB(Metal Core PCB) 또는 FR4 재질의 PCB 를 사용할 수 있다.
커버(430)는 몸체(410)의 하부면을 감싸도록 원형의 형태로 형성될 수 있으며, 이에 한정되지 않는다.
커버(430)는 내부의 발광소자 모듈(443)을 외부의 이물질 등으로부터 보호할 수 있다. 커버(430)는 발광소자 패키지(444)에서 발생한 광의 눈부심을 방지하고, 외부로 광을 균일하게 방출할 수 있도록 확산입자를 포함할 수 있으며, 또한 커버(430)의 내면 및 외면 중 적어도 어느 한 면에는 프리즘 패턴 등이 형성될 수 있다. 또한 커버(430)의 내면 및 외면 중 적어도 어느 한 면에는 형광체가 도포될 수도 있다.
발광소자 패키지(444)에서 발생하는 광은 커버(430)를 통해 외부로 방출되므로, 커버(430)는 광투과율이 우수하여야 하며, 발광소자 패키지(444)에서 발생하는 열에 견딜 수 있도록 충분한 내열성을 구비하고 있어야 하는바, 커버(430)는 폴리에틸렌테레프탈레이트 (Polyethylen?Terephthalate;?PET), 폴리카보네이트(Polycarbonate;?PC), 또는 폴리메틸 메타크릴레이트(Polymethyl Methacrylate; PMMA) 등을 포함하는 재질로 형성될 수 있다.
마감캡(450)은 몸체(410)의 양단에 위치하며 전원장치(미도시)를 밀폐하는 용도로 사용될 수 있다. 마감캡(450)에는 전원 핀(452)이 형성되어 있어, 실시예에 따른 조명 시스템(400)은 기존의 형광등을 제거한 단자에 별도의 장치 없이 곧바로 사용할 수 있게 된다.
도 6 은 실시예에 따른 발광소자를 포함하는 액정표시장치의 분해 사시도이다.
도 6 은 에지-라이트 방식으로, 액정 표시 장치(500)는 액정표시패널(510)과 액정표시패널(510)로 빛을 제공하기 위한 백라이트 유닛(570)을 포함할 수 있다.
액정표시패널(510)은 백라이트 유닛(570)으로부터 제공되는 광을 이용하여 화상을 표시할 수 있다. 액정표시패널(510)은 액정을 사이에 두고 서로 대향하는 컬러 필터 기판(512) 및 박막 트랜지스터 기판(514)을 포함할 수 있다.
컬러 필터 기판(512)은 액정표시패널(510)을 통해 디스플레이되는 화상의 색을 구현할 수 있다.
박막 트랜지스터 기판(514)은 구동 필름(517)을 통해 다수의 회로부품이 실장되는 인쇄회로기판(518)과 전기적으로 접속되어 있다. 박막 트랜지스터 기판(514)은 인쇄회로기판(518)으로부터 제공되는 구동 신호에 응답하여 인쇄회로기판(518)으로부터 제공되는 구동 전압을 액정에 인가할 수 있다.
박막 트랜지스터 기판(514)은 유리나 플라스틱 등과 같은 투명한 재질의 다른 기판상에 박막으로 형성된 박막 트랜지스터 및 화소 전극을 포함할 수 있다.
백라이트 유닛(570)은 빛을 출력하는 발광소자 모듈(520), 발광소자 모듈(520)로부터 제공되는 빛을 면광원 형태로 변경시켜 액정표시패널(510)로 제공하는 도광판(530), 도광판(530)으로부터 제공된 빛의 휘도 분포를 균일하게 하고 수직 입사성을 향상시키는 다수의 필름(550, 560, 564) 및 도광판(530)의 후방으로 방출되는 빛을 도광판(530)으로 반사시키는 반사 시트(540)로 구성된다.
발광소자 모듈(520)은 복수의 발광소자 패키지(524)와 복수의 발광소자 패키지(524)가 실장되어 모듈을 이룰 수 있도록 PCB기판(522)을 포함할 수 있다.
발광소자 패키지(524)는 발광소자(미도시)를 포함한다. 발광소자(미도시)는 제2 반도체층(미도시) 상에 요철이 형성되고, 패시베이션층(미도시) 상에도 요철이 형성되어 광추출량을 극대화하여, 백라이트 유닛(570)의 광추출 효율이 향상되고 백라이트 유닛(570)의 신뢰성이 더욱 향상될 수 있다.
백라이트유닛(570)은 도광판(530)으로부터 입사되는 빛을 액정 표시 패널(510) 방향으로 확산시키는 확산필름(566)과, 확산된 빛을 집광하여 수직 입사성을 향상시키는 프리즘필름(550)으로 구성될 수 있으며, 프리즘필름(550)를 보호하기 위한 보호필름(564)을 포함할 수 있다.
도 7 은 실시예에 따른 발광소자를 포함하는 액정표시장치의 분해 사시도이다. 다만, 도 6에서 도시하고 설명한 부분에 대해서는 반복하여 상세히 설명하지 않는다.
도 7 은 직하 방식으로, 액정 표시 장치(600)는 액정표시패널(610)과 액정표시패널(610)로 빛을 제공하기 위한 백라이트 유닛(670)을 포함할 수 있다.
액정표시패널(610)은 도 6 에서 설명한 바와 동일하므로, 상세한 설명은 생략한다.
백라이트 유닛(670)은 복수의 발광소자 모듈(623), 반사시트(624), 발광소자 모듈(623)과 반사시트(624)가 수납되는 하부 섀시(630), 발광소자 모듈(623)의 상부에 배치되는 확산판(640) 및 다수의 광학필름(660)을 포함할 수 있다.
발광소자 모듈(623) 복수의 발광소자 패키지(622)와 복수의 발광소자 패키지(622)가 실장되어 모듈을 이룰 수 있도록 PCB기판(621)을 포함할 수 있다.
발광소자 패키지(622)는 발광소자(미도시)를 포함한다. 발광소자(미도시)는 제2 반도체층(미도시) 상에 요철이 형성되고, 패시베이션층(미도시) 상에도 요철이 형성되어 광추출량을 극대화하여, 백라이트 유닛(670)의 광추출 효율이 향상되고 백라이트 유닛(670)의 신뢰성이 더욱 향상될 수 있다.
반사 시트(624)는 발광소자 패키지(622)에서 발생한 빛을 액정표시패널(610)이 위치한 방향으로 반사시켜 빛의 이용 효율을 향상시킨다.
발광소자 모듈(623)에서 발생한 빛은 확산판(640)에 입사하며, 확산판(640)의 상부에는 광학 필름(660)이 배치된다. 광학 필름(660)은 확산 필름(666), 프리즘필름(650) 및 보호필름(664)를 포함하여 구성된다.
실시예에 따른 발광소자는 상기한 바와 같이 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.
이상에서는 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다
110: 기판 120: 결합층
130: 전도층 140: 제1 전극층
150: 전류제한층 160: 발광구조물
170: 제2 전극층 180 : 패시베이션층
190: 패턴층

Claims (13)

  1. 제1 반도체층, 상기 제1 반도체층 상에 배치되고 상면에 요철이 위치하는 제2 반도체층 및 상기 제1 반도체층과 상기 제2 반도체층 사이에 배치되는 활성층을 포함하는 발광구조물;
    상기 제2 반도체층 상에 배치되고 상면에 요철이 위치하는 패시베이션층; 및
    상기 요철의 돌출부에 인접하도록 배치되어 빛을 난반사시키는 패턴층;을 포함하고,
    상기 패턴층은,
    은(Ag), 금(Au) 또는 백금(Pt)을 포함하며, 상기 활성층에서 발생시킨 빛의 파장보다 주기가 작도록 형성되는 발광소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 패시베이션층 상면의 요철은 상기 제2 반도체층 상면의 요철에 비해서 단위면적당 개수가 더 많고, 상기 제2 반도체층 상면의 요철에 비해서 높이 또는 폭이 작은 것을 포함하는 발광소자.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2 반도체층 상면의 요철은 상기 활성층에서 발생시킨 빛의 파장보다 작은 크기인 것을 포함하는 발광소자.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제2 반도체층과 패시베이션층의 사이에 배치되고, 상면에 요철이 위치하며, ITO 및 ZnO 중에 하나를 포함하는 제2 오믹접촉영역을 더 포함하고,
    상기 제2 오믹접촉영역 상의 요철은,
    상기 제2 반도체층 상의 요철보다 크기가 작고, 상기 활성층에서 발생시킨 빛의 파장보다 작은 크기인 것을 포함하는 발광소자.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제5항에 있어서,
    상기 제2 오믹접촉영역의 굴절율은 상기 제2 반도체층의 굴절율보다 작은 발광소자.
  9. 삭제
  10. 제1항에 있어서,
    상기 패시베이션층 상면의 요철은 상기 활성층에서 발생시킨 빛의 파장보다 작은 크기인 것을 포함하고,
    상기 패시베이션층의 굴절율은 상기 제2 반도체층의 굴절율보다 작은 발광소자.
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
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