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KR20130074989A - 발광소자 - Google Patents

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KR20130074989A
KR20130074989A KR1020110143150A KR20110143150A KR20130074989A KR 20130074989 A KR20130074989 A KR 20130074989A KR 1020110143150 A KR1020110143150 A KR 1020110143150A KR 20110143150 A KR20110143150 A KR 20110143150A KR 20130074989 A KR20130074989 A KR 20130074989A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
light emitting
substrate
emitting device
semiconductor layer
light
Prior art date
Application number
KR1020110143150A
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English (en)
Inventor
이장호
Original Assignee
엘지이노텍 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 엘지이노텍 주식회사 filed Critical 엘지이노텍 주식회사
Priority to KR1020110143150A priority Critical patent/KR20130074989A/ko
Publication of KR20130074989A publication Critical patent/KR20130074989A/ko

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Abstract

실시예에 따른 발광소자는 기판; 상기 기판 상부에 배치되며, 제1 도전형 반도체층과 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하는 발광 구조물; 상기 제1 도전형 반도체층 상의 제1 전극; 및 상기 제2 도전형 반도체층 상의 제2 전극을 포함하고, 상기 기판의 적어도 일측면에 요부와 철부를 포함하는 요철구조가 형성된다.

Description

발광소자{LIGHT EMITTING DEVICE}
실시예는 발광소자에 관한 것이다.
반도체의 3-5족 또는 2-6족 화합물 반도체 물질을 이용한 발광 다이오드(Ligit Emitting Diode)나 레이저 다이오드와 같은 발광소자는 박막 성장 기술 및 소자 재료의 개발로 적색, 녹색, 청색 및 자외선 등 다양한 색을 구현할 수 있으며, 형광 물질을 이용하거나 색을 조합함으로써 효율이 좋은 백색 광선도 구현이 가능하며, 형광등, 백열등 등 기존의 광원에 비해 저소비전력, 반영구적인 수명, 빠른 응답속도, 안전성, 환경친화성의 장점을 가진다.
따라서, 광 통신 수단의 송신 모듈, LCD(Liquid Crystal Display) 표시 장치의 백라이트를 구성하는 냉음극관(CCFL: Cold Cathode Fluorescence Lamp)을 대체하는 발광 다이오드 백라이트, 형광등이나 백열 전구를 대체할 수 있는 백색 발광 다이오드 조명 장치, 자동차 헤드 라이트 및 신호등에까지 응용이 확대되고 있다.
발광 다이오드는 일반적으로 사파이어 기판 상에 발광 구조물을 성장시켜 제조하는데, 발광 구조물에서 방출된 광의 일부가 상기 사파이어 기판에서 전반사되어 발광 다이오드의 내부에서 소멸됨으로써 발광 다이오드의 광 추출 효율이 저하되는 문제점이 존재한다.
실시예는 발광소자의 광 추출 효율을 향상시키고자 한다.
실시예에 따른 발광소자는 기판; 상기 기판 상부에 배치되며, 제1 도전형 반도체층과 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하는 발광 구조물; 상기 제1 도전형 반도체층 상의 제1 전극; 및 상기 제2 도전형 반도체층 상의 제2 전극을 포함하고, 상기 기판의 적어도 일측면에 요부와 철부를 포함하는 요철구조가 형성된다.
상기 요철구조는 요부와 철부가 주기적으로 형성될 수 있다.
상기 철부의 높이는 1~10um일 수 있다.
상기 요철구조는 상기 기판의 하부에서 시작하여 소정의 높이까지 형성될 수 있다.
상기 철부의 단면 형상은 반구형, 삼각형, 또는 다각형 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 요철구조는 상기 기판의 하부에서 시작하여 기판 전체 높이의 30~50%까지 형성될 수 있다.
상기 기판과 상기 발광 구조물 사이에 위치하는 버퍼층을 더 포함할 수 있다.
상기 발광 구조물에 인접한 상기 기판의 표면에 광 추출 구조가 형성될 수 있다.
상기 철부의 폭은 1~10um일 수 있다.
실시예에 따르면 발광 구조물에서 생성된 광이 발광 구조물의 하부에 위치하는 기판에서 난반사되어 외부로 방출됨으로써 발광소자의 광 추출 효율이 향상될 수 있다.
도 1은 일실시예에 따른 발광소자의 측단면도이고,
도 2는 일실시예에 따른 발광소자의 상면도이고,
도 3a 및 도 3b는 발광소자의 제조방법의 일실시예를 나타낸 도면이고,
도 4a는 측면에 요철구조가 형성되지 않은 기판에서 방출되는 빛의 진행 경로를 나타낸 도면이고,
도 4b는 실시예에 따라 측면에 요철구조가 형성된 기판에서 방출되는 빛의 진행 경로를 나타낸 도면이고,
도 5는 상술한 실시예에 따른 발광소자가 배치된 발광소자 패키지의 일실시예를 나타낸 단면도이고,
도 6은 실시예에 따른 발광소자 패키지가 배치된 조명 장치의 일실시예를 나타낸 분해사시도이고,
도 7은 실시예에 따른 발광소자 패키지가 배치된 표시장치의 일실시예를 나타낸 분해사시도이다.
이하 상기의 목적을 구체적으로 실현할 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.
본 발명에 따른 실시예의 설명에 있어서, 각 element의 " 상(위) 또는 하(아래)(on or under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상(위) 또는 하(아래)(on or under)는 두개의 element가 서로 직접(directly)접촉되거나 하나 이상의 다른 element가 상기 두 element사이에 배치되어(indirectly) 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 “상(위) 또는 하(아래)(on or under)”으로 표현되는 경우 하나의 element를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.
도면에서 각층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다.
도 1은 일실시예에 따른 발광소자의 측단면도이고, 도 2는 일실시예에 따른 발광소자의 상면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 일실시예에 따른 발광소자는 기판(110)과, 상기 기판 상부에 배치되며 제1 도전형 반도체층(122)과 활성층(124) 및 제2 도전형 반도체층(126)을 포함하는 발광 구조물(120)과, 상기 제1 도전형 반도체층(122) 상의 제1 전극(130)과, 상기 제2 도전형 반도체층(126) 상의 제2 전극(140)을 포함하고, 상기 기판(110)의 적어도 일측면에 요부(112a)와 철부(112b)를 포함하는 요철구조(112)가 형성된다.
상기 발광소자는 복수의 화합물 반도체층, 예를 들어 3족-5족 원소의 반도체층을 이용한 LED(Light Emitting Diode)를 포함하며, LED는 청색, 녹색 또는 적색 등과 같은 광을 방출하는 유색 LED이거나 UV LED일 수 있다. LED의 방출 광은 다양한 반도체를 이용하여 구현될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 기판(110)은 반도체 물질 성장에 적합한 재료, 또는 캐리어 웨이퍼로 형성될 수 있다. 또한, 열전도성이 뛰어난 물질로 형성될 수 있으며, 전도성 기판 또는 절연성 기판일 수 있다. 기판(110)은 예를 들어, 사파이어(Al2O3), SiC, GaAs, GaN, ZnO, Si, GaP, InP, Ge, and Ga203 중 적어도 하나를 사용할 수 있다. 기판(110) 위에는 요철 구조가 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 기판(110)에 대해 습식세척을 하여 표면의 불순물을 제거할 수 있다.
상기 발광 구조물(120)은 예를 들어, 유기금속 화학 증착법(MOCVD; Metal Organic Chemical Vapor Deposition), 화학 증착법(CVD; Chemical Vapor Deposition), 플라즈마 화학 증착법(PECVD; Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition), 분자선 성장법(MBE; Molecular Beam Epitaxy), 수소화물 기상 성장법(HVPE; Hydride Vapor Phase Epitaxy) 등의 방법을 이용하여 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
제1 도전형 반도체층(122)은 반도체 화합물로 형성될 수 있으며, 예를 들어 3족-5족 또는 2족-6족 등의 화합물 반도체로 형성될 수 있다. 또한 제1 도전형 도펀트가 도핑될 수 있다. 상기 제1 도전형 반도체층(122)이 n형 반도체층인 경우, 상기 제1 도전형 도펀트는 n형 도펀트로서 Si, Ge, Sn, Se, Te를 포함할 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 또한, 상기 제1 도전형 반도체층(122)이 p형 반도체층인 경우, 상기 제1 도전형 도펀트는 p형 도펀트로서 Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등을 포함할 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
제1 도전형 반도체층(122)은 AlxInyGa(1-x-y)N (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질을 포함할 수 있다. 상기 제1 도전형 반도체층(122)은 GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN,AlGaAs, InGaAs, AlInGaAs, GaP, AlGaP, InGaP, AlInGaP, InP 중 어느 하나 이상으로 형성될 수 있다.
상기 제1 도전형 반도체층(122)은 제1 도전형 반도체층으로만 형성되거나, 언도프트 반도체층을 더 포함할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 언도프트 반도체층은 상기 제1 도전형 반도체층의 결정성 향상을 위해 형성되는 층으로, 상기 n형 도펀트가 도핑되지 않아 상기 제1 도전형 반도체층에 비해 낮은 전기전도성을 갖는 것을 제외하고는 상기 제1 도전형 반도체층과 같을 수 있다.
활성층(124)은 전자와 정공이 만나서 활성층(발광층) 물질 고유의 에너지 밴드에 의해서 결정되는 에너지를 갖는 빛을 방출하는 층이다.
활성층(124)은 단일 우물 구조, 다중 우물 구조, 양자선(Quantum-Wire) 구조, 또는 양자 점(Quantum Dot) 구조 중 적어도 어느 하나로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 활성층(144)은 트리메틸 갈륨 가스(TMGa), 암모니아 가스(NH3), 질소 가스(N2), 및 트리메틸 인듐 가스(TMIn)가 주입되어 다중 양자 우물 구조가 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
활성층(124)의 우물층/장벽층은 InGaN/GaN, InGaN/InGaN, GaN/AlGaN, InAlGaN/GaN, GaAs(InGaAs)/AlGaAs, GaP(InGaP)/AlGaP 중 어느 하나 이상의 페어 구조로 형성될 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 상기 우물층은 상기 장벽층의 밴드 갭보다 낮은 밴드 갭을 갖는 물질로 형성될 수 있다.
상기 활성층(124)의 위 또는/및 아래에는 도전형 클래드층(미도시)이 형성될 수 있다. 상기 도전형 클래드층은 활성층의 장벽층의 밴드갭보다 더 넓은 밴드갭을 갖는 반도체로 형성될 수 있다. 예를 들어, 도전형 클래드층은 GaN, AlGaN, InAlGaN 또는 초격자 구조를 포함할 수 있다. 또한, 도전형 클래드층은 n형 또는 p형으로 도핑될 수 있다.
제2 도전형 반도체층(126)은 반도체 화합물로 형성될 수 있으며, 예를 들어 제2 도전형 도펀트가 도핑된 3족-5족 화합물 반도체로 형성될 수 있다. 제2 도전형 반도체층(126)은 예를 들어, InxAlyGa1 -x- yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질을 포함할 수 있다. 상기 제2 도전형 반도체층(126)이 p형 반도체층인 경우, 상기 제2도전형 도펀트는 p형 도펀트로서, Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등을 포함할 수 있다. 또한, 상기 제2 도전형 반도체층(126)이 n형 반도체층인 경우, 상기 제2 도전형 도펀트는 n형 도펀트로서 Si, Ge, Sn, Se, Te 등을 포함할 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
제2 도전형 반도체층(126) 상면에는 러프니스 또는 패턴이 형성되어 발광소자의 광 추출 효율을 향상시킬 수 있다.
본 실시예에서, 상기 제1 도전형 반도체층(122)은 n형 반도체층, 상기 제2 도전형 반도체층(126)은 p형 반도체층으로 구현될 수 있다. 또한 상기 제2 도전형 반도체층(126) 상에는 상기 제2 도전형과 반대의 극성을 갖는 반도체, 예컨대 상기 제2 도전형 반도체층이 p형 반도체층일 경우 n형 반도체층(미도시)을 형성할 수 있다. 이에 따라 발광 구조물은 n-p 접합 구조, p-n 접합 구조, n-p-n 접합 구조, p-n-p 접합 구조 중 어느 한 구조로 구현할 수 있다.
제1 도전형 반도체층(122)과 활성층(124) 및 제2 도전형 반도체층(126)의 일부를 메사에칭하여 노출된 제1 도전형 반도체층(122) 상에 제1 전극(130)이 형성된다.
상기 제1 전극(130)은 몰리브덴(Mo), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 금(Au), 알루미늄(Al), 타이타늄(Ti), 백금(Pt), 바나듐(V), 텅스텐(W), 납(Pd), 구리(Cu), 로듐(Rh) 또는 이리듐(Ir) 중에서 선택된 어느 하나의 금속 또는 상기 금속들의 합금으로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 제2 도전형 반도체층(126) 상에 제2 전극(140)이 형성될 수 있다. 제2 전극(140)은 제2 도전형 반도체층(126) 상의 일부 영역에 형성될 수도 있고, 제2 도전형 반도체층(126)의 상면을 모두 덮도록 형성될 수도 있다.
제2 전극(140)은 활성층(124)에서 발생된 빛의 흡수를 줄이고 발광소자의 광 추출 효율에 방해가 되지 않도록 투명하게 형성될 수 있다.
상기 제2 전극(140)은 Ag, Ni, Al, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au, Hf 또는 이들의 선택적인 조합으로 이루어질 수 있다. 또한, 오믹 특성을 갖는 반사 전극 재료로 단층 또는 다층으로 형성될 수 있다. 제2 전극(140)이 오믹 역할을 수행할 경우, 후술하는 오믹층은 형성하지 않을 수 있다.
상기 제2 전극(140)은 상기 금속들과 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/IrOx/Au, 또는 Ni/IrOx/Au/ITO 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 이러한 재료로 한정하지는 않는다.
상기 제2 도전형 반도체층(126)과 제2 전극(140) 사이에 오믹층(미도시)이 형성될 수 있다. 제2 도전형 반도체층(126)이 p형 반도체층인 경우, 불순물 도핑 농도가 낮아 접촉 저항이 높으며 그로 인해 금속과의 오믹 특성이 좋지 못할 수 있으므로, 오믹층은 이러한 오믹 특성을 개선하기 위한 것으로 반드시 형성되어야 하는 것은 아니다.
오믹층은 발광 구조물(120)과 제2 전극(140) 사이에 배치되므로 투명 전극 등으로 형성할 수 있고, 층 또는 복수의 패턴으로 형성될 수 있다.
오믹층은 투광성 전도층과 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), IZON(IZO Nitride), AGZO(Al-Ga ZnO), IGZO(In-Ga ZnO), ZnO, IrOx, RuOx, NiO, RuOx/ITO, Ni/IrOx/Au, 또는 Ni/IrOx/Au/ITO, Ag, Ni, Cr, Ti, Al, Rh, Pd, Ir, Sn, In, Ru, Mg, Zn, Pt, Au, Hf 중 적어도 하나를 포함하여 형성될 수 있으며, 이러한 재료에 한정되는 않는다.
상기 기판(110)과 발광 구조물(120) 사이에는 버퍼층(150)을 성장시킬 수 있는데, 재료의 격자 부정합 및 열 팽창 계수의 차이를 완화하기 위한 것이다. 상기 버퍼층(150)의 재료는 3족-5족 화합물 반도체 예컨대, GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN 중 적어도 하나로 형성될 수 있다. 상기 버퍼층 위에는 언도프드(undoped) 반도체층이 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 발광 구조물(120)에 인접한 상기 기판(110)의 표면에는 광 추출 구조(116)가 형성될 수 있다. 상기 광 추출 구조(116)는 재료의 격자 부정합 및 열 팽창 계수의 차이를 완화하기 위한 것이다. 상기 버퍼층의 재료는 3족-5족 화합물 반도체 예컨대, GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN 중 적어도 하나로 형성될 수 있다. 상기 버퍼층 위에는 언도프드(undoped) 반도체층이 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 발광 구조물(120)에서 나온 빛이 상기 광 추출 구조(116)에서 난반사를 일으켜, 발광소자 내부에서 빛의 경로가 변화되어 빛의 탈출 확률이 증가함으로써 발광소자의 광 추출 효율이 향상될 수 있다.
상기 기판(110)의 일측면 이상에는 요부(112a)와 철부(112b)를 포함하는 요철구조(112)가 형성된다.
상기 요철구조(112)는 소정의 모양을 갖는 요부(112a)와 철부(112b)가 번갈아 배치되며 주기적으로 형성될 수 있다.
상기 요철구조(112)의 요부(112a)와 철부(112b)는 상기 기판(110)의 상부에서 하부로 이어지는 기둥 형상을 가질 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다. 도 2에는 일 예로서 삼각 기둥 형상을 갖는 것으로 도시하였다.
상기 요철구조(112)가 기판(110)의 상부에서 하부로 이어지는 기둥 형상을 갖기 때문에, 측단면도인 도 1에서는 요철구조(112)가 나타나지 않고 상면도인 도 2에서는 기둥 형상의 요철구조(112)의 상면이 나타나 있다.
상기 요철구조(112)의 철부(112b)의 단면 형상은 반구형, 삼각형, 또는 다각형 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 요철구조(112)는 상기 기판(110)의 하부에서 시작하여 소정의 높이 h까지 형성될 수 있다.
상기 소정의 높이 h는 상기판(110)의 전체 높이 H와 같을 수도 있고 이보다 작을 수도 있으며, 예를 들어, 상기 요철구조(112)의 높이 h는 기판(110)의 전체 높이 H의 30~50%일 수 있다.
상기 요철구조(112)는 에피택셜 층이 성장된 웨이퍼를 발광소자 단위로 다이싱(dicing)할 때 상기 기판(110)에 조사하는 레이저에 진동(vibration)을 줌으로써 형성할 수도 있고, 에칭에 의해 형성할 수도 있으며, 형성 방법에 제한을 두지 않는다.
상기 요철구조(112)의 높이 및 형성 방법의 예시에 대해서는 도 3a 및 도 3b를 참조하여 후술하기로 한다.
일 예에서, 상기 요철구조(112)의 철부(112b)의 높이 또는 요부(112a)의 높이 d는 1~10um일 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다.
또한, 상기 요철구조(112)의 철부(112b)의 폭, 요부(112a)의 폭, 인접한 두 철부(112b) 사이의 거리, 또는 인접한 두 요부(112a) 사이의 거리 w는 1~10um일 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다.
상기 철부(112b)의 높이 d와 철부(112b)의 폭 w가 너무 크거나 작으면, 빛을 난반사 시키는 효과에 비해 요철구조(112)를 형성하는 공정성만 저해될 수 있다.
도 3a 및 도 3b는 발광소자의 제조방법의 일실시예를 나타낸 도면이다. 도 3a는 측단면도이고, 도 3b는 도 3a의 구조물을 하면에서 바라본 저면도이다.
도 3a를 참조하면, 기판(110) 상에 제1 도전형 반도체층(122)과 활성층(124) 및 제2 도전형 반도체층(126)을 포함하는 발광 구조물(120)을 성장시킨다.
이때, 상기 기판(110)과 발광 구조물(120) 사이의 격자상수 부정합 및 열팽창 계수의 차이를 완화하기 위하여, 사이에 버퍼층(150)이 개재될 수 있다.
발광 구조물(120)이 성장되면, 제2 도전형 반도체층(126)과 활성층(124) 및 제1 도전형 반도체층(124)의 일부를 메사 에칭하여 제1 도전형 반도체층(124)의 일부를 노출시킨다.
그리고, 노출된 상기 제1 도전형 반도체층(124) 상에 제1 전극(130)을 형성하고, 제2 도전형 반도체층(126) 상에 제2 전극(140)을 형성한다.
이렇게 에피택셜 층의 성장과 전극의 배치가 완료된 웨이퍼를 발광소자 단위로 다이싱하기 전에, 도 3a의 A에 나타난 바와 같이, 각각의 발광소자에 포함될 발광 구조물(120)을 분리하는 아이솔레이션 에칭이 수행될 수 있다.
아이솔레이션 에칭에 의해 각각의 발광 구조물(120)로 분리되면, 발광 구조물(120)의 하부에 위치하는 기판(110)을 분리하여 발광소자 단위로 다이싱하는 공정이 진행된다.
다이싱 공정은 기판(110)의 하면에서, 기판(110) 전체 높이의 30~50%까지 레이저를 조사하여 기판(110)을 스크라이빙(scribing)한 후, 물리적인 힘을 가해 기판(110)을 브레이킹(breaking)함으로써 이루어질 수 있다.
레이저를 조사하여 기판(110)을 스크라이빙할 때, 상기 레이저에 진동을 줌으로써 기판(110)을 스크라이빙함과 동시에 기판(110)의 적어도 일측면에 요철구조(112)를 형성할 수 있다.
기판(110)의 스크라이빙과 동시에 요철구조(112)를 형성하는 경우, 상기 요철구조(112)는 기판(110)의 하부에서 시작하여 기판(110)의 전체 높이 H의 30~50%에 해당하는 높이 h를 갖도록 형성될 수 있다.
상기 요철구조(112)는 형성 방법에 따라 소정의 높이 h를 가질 수 있고, 상기 소정의 높이 h는 기판(110)의 전체 높이 H와 동일할 수도 있으나, 기판(110)의 스크라이빙과 동시에 형성되는 경우 레이저를 기판(110)의 전체 높이 H만큼 조사하면 기판(110) 상에 위치하는 발광 구조물(120)에 데미지를 가할 우려가 있으므로, 기판(110) 전체 높이 H의 30~50%에 해당하는 부분까지 레이저를 조사하여 요철구조(112)를 형성할 수 있다.
도 3b를 참조하면, 기판(110)에 조사되는 레이저의 진동 궤적(200)이 점선으로 도시되어 있으며, 삼각형 형상의 단면을 갖는 요철구조(122)를 형성하고 있음을 알 수 있다.
도 4a는 측면에 요철구조가 형성되지 않은 기판에서 방출되는 빛의 진행 경로를 나타낸 도면이고, 도 4b는 실시예에 따라 측면에 요철구조가 형성된 기판에서 방출되는 빛의 진행 경로를 나타낸 도면이다.
도 4a를 참조하면, 기판의 측면에 요철구조를 형성하지 않을 경우 대부분의 빛이 기판 내부에서 전반사되어 소멸되거나 기판의 하면으로 방출되는 반면, 도 4b를 참조하면, 기판(110)의 일측면 이상에 요철구조(112)를 형성한 경우 상기 요철구조(112)에서 빛이 난반사되어 기판(110)의 측면으로 방출되는 빛이 현저히 증가했음을 확인할 수 있다.
도 5는 상술한 실시예에 따른 발광소자가 배치된 발광소자 패키지의 일실시예를 나타낸 단면도이다.
실시예에 따른 발광소자 패키지(300)는 캐비티가 형성된 몸체(310)와, 상기 몸체(310)에 설치된 제1 리드 프레임(321) 및 제2 리드 프레임(322)과, 상기 몸체(310)에 설치되어 상기 제1 리드 프레임(321) 및 제2 리드 프레임(322)과 전기적으로 연결되는 상술한 실시예들에 따른 발광소자(100)와, 상기 캐비티에 형성된 몰딩부(340)를 포함한다.
상기 몸체(310)는 실리콘 재질, 합성수지 재질, 또는 금속 재질을 포함하여 형성될 수 있다. 상기 몸체(310)가 금속 재질 등 도전성 물질로 이루어지면, 도시되지는 않았으나 상기 몸체(310)의 표면에 절연층이 코팅되어 상기 제1,2 리드 프레임(321, 322) 간의 전기적 단락을 방지할 수 있다.
상기 제1 리드 프레임(321) 및 제2 리드 프레임(322)은 서로 전기적으로 분리되며, 상기 발광소자(100)에 전류를 공급한다. 또한, 상기 제1 리드 프레임(321) 및 제2 리드 프레임(322)은 상기 발광소자(100)에서 발생된 광을 반사시켜 광 효율을 증가시킬 수 있으며, 상기 발광소자(100)에서 발생된 열을 외부로 배출시킬 수도 있다.
상기 발광소자(100)는 상기 몸체(310) 상에 설치되거나 상기 제1 리드 프레임(321) 또는 제2 리드 프레임(322) 상에 설치될 수 있다. 본 실시예에서는 제1 리드 프레임(321)과 발광소자(100)가 직접 통전되고, 제2 리드 프레임(322)과 상기 발광소자(100)는 와이어(330)를 통하여 연결되어 있다. 발광소자(100)는 와이어 본딩 방식 외에 플립칩 방식 또는 다이 본딩 방식 등에 의하여 리드 프레임(321, 322)과 연결될 수 있다.
상기 몰딩부(340)는 상기 발광소자(100)를 포위하여 보호할 수 있다. 또한, 상기 몰딩부(340) 상에는 형광체(350)가 포함되어, 상기 발광소자(100)로부터 방출되는 빛의 파장을 변화시킬 수 있다.
형광체(350)는 가넷(Garnet)계 형광체, 실리케이트(Silicate)계 형광체, 니트라이드(Nitride)계 형광체, 또는 옥시니트라이드(Oxynitride)계 형광체를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 가넷계 형광체는 YAG(Y3Al5O12:Ce3 +) 또는 TAG(Tb3Al5O12:Ce3 +)일 수 있고, 상기 실리케이트계 형광체는 (Sr,Ba,Mg,Ca)2SiO4:Eu2 +일 수 있고, 상기 니트라이드계 형광체는 SiN을 포함하는 CaAlSiN3:Eu2 +일 수 있고, 상기 옥시니트라이드계 형광체는 SiON을 포함하는 Si6 - xAlxOxN8 -x:Eu2 +(0<x<6)일 수 있다.
상기 발광소자(100)에서 방출된 제1 파장 영역의 광이 상기 형광체(250)에 의하여 여기되어 제2 파장 영역의 광으로 변환되고, 상기 제2 파장 영역의 광은 렌즈(미도시)를 통과하면서 광경로가 변경될 수 있다.
실시예에 따른 발광소자 패키지는 복수 개가 기판 상에 어레이되며, 상기 발광소자 패키지의 광 경로 상에 광학 부재인 도광판, 프리즘 시트, 확산 시트 등이 배치될 수 있다. 이러한 발광소자 패키지, 기판, 광학 부재는 라이트 유닛으로 기능할 수 있다. 또 다른 실시 예는 상술한 실시 예들에 기재된 반도체 발광소자 또는 발광소자 패키지를 포함하는 표시 장치, 지시 장치, 조명 시스템으로 구현될 수 있으며, 예를 들어, 조명 시스템은 램프, 가로등을 포함할 수 있다.
이하에서는 상술한 발광소자 패키지가 배치된 조명 시스템의 일실시예로서, 조명 장치와 백라이트 유닛을 설명한다.
도 6은 실시예에 따른 발광소자 패키지가 배치된 조명 장치의 일실시예를 나타낸 분해사시도이다.
실시예에 따른 조명 장치는 광을 투사하는 광원(600)과 상기 광원(600)이 내장되는 하우징(400)과 상기 광원(600)의 열을 방출하는 방열부(500) 및 상기 광원(600)과 방열부(500)를 상기 하우징(400)에 결합하는 홀더(700)를 포함하여 이루어진다.
상기 하우징(400)은 전기 소켓(미도시)에 결합되는 소켓 결합부(410)와, 상기 소켓결합부(410)와 연결되고 광원(600)이 내장되는 몸체부(420)를 포함한다. 몸체부(420)에는 하나의 공기유동구(430)가 관통하여 형성될 수 있다.
상기 하우징(400)의 몸체부(420) 상에 복수 개의 공기유동구(430)가 구비되어 있는데, 상기 공기유동구(430)는 하나의 공기유동구로 이루어지거나, 복수 개의 유동구를 도시된 바와 같은 방사상 배치 이외의 다양한 배치도 가능하다.
상기 광원(600)은 회로 기판(610) 상에 복수 개의 상술한 발광소자 패키지(650)가 구비된다. 여기서, 상기 회로 기판(610)은 상기 하우징(400)의 개구부에 삽입될 수 있는 형상일 수 있으며, 후술하는 바와 같이 방열부(500)로 열을 전달하기 위하여 열전도율이 높은 물질로 이루어질 수 있다.
상기 광원의 하부에는 홀더(700)가 구비되는데 상기 홀더(700)는 프레임과 또 다른 공기 유동구를 포함할 수 있다. 또한, 도시되지는 않았으나 상기 광원(100)의 하부에는 광학 부재가 구비되어 상기 광원(100)의 발광소자 패키지(150)에서 투사되는 빛을 확산, 산란 또는 수렴시킬 수 있다.
도 7은 실시예에 따른 발광소자 패키지가 배치된 표시장치의 일실시예를 나타낸 분해사시도이다.
실시예에 따른 표시장치(800)는 광원 모듈(830, 835)과, 바텀 커버(820) 상의 반사판(820)과, 상기 반사판(820)의 전방에 배치되며 상기 광원모듈에서 방출되는 빛을 표시장치 전방으로 가이드하는 도광판(840)과, 상기 도광판(840)의 전방에 배치되는 제1 프리즘시트(850)와 제2 프리즘시트(860)와, 상기 제2 프리즘시트(860)의 전방에 배치되는 패널(870)과 상기 패널(870)의 전반에 배치되는 컬러필터(880)를 포함하여 이루어진다.
상기 바텀 커버(810)는 표시 장치(800) 내의 구성 요소들을 수납할 수 있다. 상기 반사판(820)은 본 도면처럼 별도의 구성요소로 마련될 수도 있고, 상기 도광판(840)의 후면이나, 상기 바텀 커버(810)의 전면에 반사도가 높은 물질로 코팅되는 형태로 마련되는 것도 가능하다.
여기서, 반사판(820)은 반사율이 높고 초박형으로 사용 가능한 소재를 사용할 수 있고, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PolyEthylene Terephtalate; PET)를 사용할 수 있다.
도광판(840)은 발광소자 패키지 모듈에서 방출되는 빛을 산란시켜 그 빛이 액정 표시 장치의 화면 전영역에 걸쳐 균일하게 분포되도록 한다. 따라서, 도광판(830)은 굴절률과 투과율이 좋은 재료로 이루어지는데, 폴리메틸메타크릴레이트(PolyMethylMethAcrylate; PMMA), 폴리카보네이트(PolyCarbonate; PC), 또는 폴리에틸렌(PolyEthylene; PE) 등으로 형성될 수 있다. 그리고, 도광판이 생략되어 반사시트(820) 위의 공간에서 빛이 전달되는 에어 가이드 방식도 가능하다.
상기 제1 프리즘 시트(850)는 지지필름의 일면에, 투광성이면서 탄성을 갖는 중합체 재료로 형성되는데, 상기 중합체는 복수 개의 입체구조가 반복적으로 형성된 프리즘층을 가질 수 있다. 여기서, 상기 복수 개의 패턴은 도시된 바와 같이 마루와 골이 반복적으로 스트라이프 타입으로 구비될 수 있다.
상기 제2 프리즘 시트(860)에서 지지필름 일면의 마루와 골의 방향은, 상기 제1 프리즘 시트(850) 내의 지지필름 일면의 마루와 골의 방향과 수직할 수 있다. 이는 광원 모듈과 반사시트로부터 전달된 빛을 상기 패널(870)의 전방향으로 고르게 분산하기 위함이다.
본 실시예에서 상기 제1 프리즘시트(850)과 제2 프리즘시트(860)가 광학시트를 이루는데, 상기 광학시트는 다른 조합 예를 들어, 마이크로 렌즈 어레이로 이루어지거나 확산시트와 마이크로 렌즈 어레이의 조합 또는 하나의 프리즘 시트와 마이크로 렌즈 어레이의 조합 등으로 이루어질 수 있다.
상기 패널(870)은 액정 표시 패널(Liquid crystal display)가 배치될 수 있는데, 액정 표시 패널(860) 외에 광원을 필요로 하는 다른 종류의 디스플레이 장치가 구비될 수 있다.
상기 패널(870)은, 유리 바디 사이에 액정이 위치하고 빛의 편광성을 이용하기 위해 편광판을 양 유리바디에 올린 상태로 되어있다. 여기서, 액정은 액체와 고체의 중간적인 특성을 가지는데, 액체처럼 유동성을 갖는 유기분자인 액정이 결정처럼 규칙적으로 배열된 상태를 갖는 것으로, 상기 분자 배열이 외부 전계에 의해 변화되는 성질을 이용하여 화상을 표시한다.
표시장치에 사용되는 액정 표시 패널은, 액티브 매트릭스(Active Matrix) 방식으로서, 각 화소에 공급되는 전압을 조절하는 스위치로서 트랜지스터를 사용한다.
상기 패널(870)의 전면에는 컬러 필터(880)가 구비되어 상기 패널(870)에서 투사된 빛을, 각각의 화소마다 적색과 녹색 및 청색의 빛만을 투과하므로 화상을 표현할 수 있다.
이상과 같이 실시예는 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
110: 기판 112: 요철구조
116: 광 추출 구조 120: 발광 구조물
122: 제1 도전형 반도체층 124: 활성층
126: 제2 도전형 반도체층 130: 제1 전극
140: 제2 전극 200: 레이저의 진동 궤적
310: 패키지 몸체 321, 322: 제1,2 리드 프레임
330: 와이어 340: 몰딩부
400: 하우징 500: 방열부
600 : 광원 700 : 홀더
800: 표시장치 810: 바텀 커버
820: 반사판 840: 도광판
850: 제1 프리즘시트 860: 제2 프리즘시트
870: 패널 880: 컬러필터

Claims (9)

  1. 기판;
    상기 기판 상부에 배치되며, 제1 도전형 반도체층과 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하는 발광 구조물;
    상기 제1 도전형 반도체층 상의 제1 전극; 및
    상기 제2 도전형 반도체층 상의 제2 전극을 포함하고,
    상기 기판의 적어도 일측면에 요부와 철부를 포함하는 요철구조가 형성된 발광소자.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 요철구조는 요부와 철부가 주기적으로 형성된 발광소자.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 철부의 높이는 1~10um인 발광소자.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 요철구조는 상기 기판의 하부에서 시작하여 소정의 높이까지 형성된 발광소자.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 철부의 단면 형상은 반구형, 삼각형, 또는 다각형 중 어느 하나를 포함하는 발광소자.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 요철구조는 상기 기판의 하부에서 시작하여 기판 전체 높이의 30~50%까지 형성된 발광소자.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판과 상기 발광 구조물 사이에 위치하는 버퍼층을 더 포함하는 발광소자.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 발광 구조물에 인접한 상기 기판의 표면에 광 추출 구조가 형성된 발광소자.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 철부의 폭은 1~10um인 발광소자.
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