JP6831801B2 - 分布ブラッグ反射器を有する発光ダイオードチップ - Google Patents
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Description
分布ブラッグ反射器を有する発光ダイオードチップに関する。
れており、特に、バックライトユニットまたは一般照明等に求められる混色光、例えば、
白色光を放出する様々な種類の発光ダイオードパッケージが市販されている。
ため、発光ダイオードチップの光効率を改善しようとする努力が続けられている。例えば
、光放出面に粗い表面を形成したり、エピ層の形状または透明基板の形状を調節して光抽
出効率を改善しようとする努力がされてきた。
プ実装面側に進行する光を反射させることによって、光効率を改善する方法がある。金属
反射器を用いて光を反射させることによって光損失を減らし、発光効率を改善できる。し
かし、反射性金属は一般的に酸化し、反射率が劣りやすく、かつ金属反射器の反射率は相
対的に高くない。
tributeDBRaggReflector:DBR)を用いて高い反射率を達成す
るとともに、相対的に安定した反射特性を達成している。
層して形成される。特に、それぞれ中心波長に対してλ/4の光学厚さ(実際厚さ×屈折
率)を有する高屈折物質層と低屈折物質層とを交互に積層することによって中心波長を含
む一定範囲のスペクトル領域、つまり、ストップバンドで反射率の高いDBRを提供でき
る。
するだけでは、ストップバンドの幅を満たすほど広げることはできない。これを補完する
ために、中心波長より長い波長に対するDBR1と中心波長より短い波長に対するDBR
2とを重畳することによってストップバンドの幅をさらに広げることができ、これを用い
て可視領域のほぼ全領域に亘って高い反射率を表すDBRを作ることができる。DBR各
層の厚さは、例えば、MacleodやFilmstarのようなシミュレーションツー
ルを用いて微細に調整できる。
広いストップバンドを有するDBRを設計する過程を説明するためのシミュレーショング
ラフである。
設計するために、先ず、中心波長(λ)555nmを基準として555nmないし700
nmで反射率の高いDBR1と、555nm以下の短波長領域で反射率の高いDBR2を
設計し、このように設計されたDBR1とDBR2とを重畳させる。このとき、シミュレ
ーションツールを用いてDBR1とDBR2内の各物質層の厚さを調整することによって
、425nmないし700nm波長帯域で反射率が90%以上になるDBRを設計できる
。
Rを設けた場合、活性層から放出される光の一部は基板を透過して反射器に到達する。こ
のとき、光は、0も入射角(反射器に垂直)だけでなく様々な入射角で入射する。特に、
パターニングされたサファイア基板を用いる場合、垂直な入射角より射角に入射する光量
が増加する。
で、Exは基板下面中、X方向の入射角を表し、Ezは基板下面中、X方向に垂直なZ軸
方向の入射角を表す。パターニングされたサファイア基板を有する発光ダイオードチップ
の実際寸法を用いて、基板下面に到達する光の入射角をFDTD(Finite−dif
ferencetime−domain)数値分析を用いて、10度間隔で光出力を表し
た。
いし10度である場合の光出力は、略3.5%に過ぎない。これに反して、20度以上、
特に、20度ないし50度範囲の入射角で入射する光の出力は、約60%以上で基板下面
に到達する光出力の大部分を占める。PSS基板を用いる場合、基板に形成されたパター
ンによって光が散乱し、これにより、基板下面に到達する光の入射角が大きくなる。よっ
て、PSS基板のように相当な量の光が基板下面に相対的に大きい入射角を有して到達す
るため、基板下面から光を反射させるためのDBRは光の入射角を考慮して設計されなけ
ればならない。
範囲に亘ってほぼ100%の高い反射率を表す。しかし、入射角が変わることによって、
DBRのストップバンド(stopband)が短波長側に移動するとともに、ストップ
バンドのスペクトルの幅が狭くなる現象が発生する。さらに、ストップバンド内でも局部
的に反射率が落ちるリップルが発生する。
の変化を表しているシミュレーショングラフである。
ることによって、ストップバンドが短波長側に移動し、ストップバンドの幅が狭くなるこ
とが確認できる。例えば、入射角が20度である場合、長波長側から約65nmが左側に
移動し、短波長側から約20nmが左側に移動し、全体的にストップバンドの幅が約45
nm減少した。また、入射角が25度である場合、長波長側から約90nmが左側に移動
し、短波長側から約25nmが左側に移動し、全体的にストップバンドの幅が約65nm
減少した。また、入射角が30度である場合、長波長側から約120nmが左側に移動し
、短波長側から約30nmが左側に移動し、全体的にストップバンドの幅が約90nm減
少した。このように、ストップバンドの幅は、入射角が増加することによってさらに減少
するものと予想される。
相対的に低いリップル(ripples:R)が観察される。リップル(R)で、反射率
は入射角が増加することによってさらに減少することを確認できる。また、リップル(R
)も、入射角が増加することによって短波長側に移動することを把握できる。これにより
、例えば、約450nm波長(λe)の光を放出する発光ダイオードチップにおいて、ス
トップバンドが450nmを十分に包括しても20度ないし50度の入射角で入射する光
は、リップル(R)によって反射率が急激に減少し得る。
角で入射する光に対して良好な反射率を有するDBRを提供し、発光効率が改善された発
光ダイオードチップを提供するものである。
によって反射率の低いリップルが発生することを防止または緩和できるDBRを提供する
ものである。
するように前記発光構造体の一側に配置された分布ブラッグ反射器(DBR)と、を含み
、前記DBRは交互に積層された低屈折率を有する第1材料層および高屈折率を有する第
2材料層を含み、可視領域の中心波長(λ:554nm)に対して、0.25λ+10%
より大きい光学厚さを有する第1群の第1材料層と、0.25λ+10%より小さく0.
25λ−10%より大きい光学厚さを有する第2群の第1材料層とが交互に配置された第
1領域と、0.25λ−10%より小さい光学厚さを有し連続して配置された第3群の第
1材料層を含む第2領域と、前記第1領域と第2領域との間に位置し、0.25λ−10
%より小さい光学厚さを有する第1材料層、および0.25λより大きい光学厚さを有す
る第1材料層を含む第3領域と、を含み、前記第1領域が前記第2領域より前記発光構造
体により近くに位置する発光ダイオードチップが提供される。
、前記発光構造体から放出された光を反射するように前記発光構造体の一側に配置された
分布ブラッグ反射器(DBR)と、を含み、前記DBRは交互に積層された低屈折率を有
する第1材料層および高屈折率を有する第2材料層を含み、前記第1波長より75nmな
いし125nm範囲内の長さほど長い第2波長(λ)に対して、0.25λ+10%より
大きい光学厚さを有する第1群の第1材料層と、0.25λ+10%より小さく0.25
λ−10%より大きい光学厚さを有する第2群の第1材料層とが交互に配置された第1領
域と、0.25λ−10%より小さい光学厚さを有し連続して配置された第3群の第1材
料層を含む第2領域と、前記第1領域と第2領域との間に位置し、0.25λ−10%よ
り小さい光学厚さを有する第1材料層、および0.25λより大きい光学厚さを有する第
1材料層を含む第3領域と、を含み、前記第1領域が前記第2領域より前記発光構造体に
より近くに位置する発光ダイオードチップが提供される。
好な反射率を有するDBRを提供して、発光効率が改善された発光ダイオードチップを提
供できる。特に、本発明の実施例によれば、ストップバンド内で入射角が増加することに
よって反射率の低いリップルが発生することを防止または緩和できるDBRを提供でき、
これにより、発光ダイオードチップの発光効率を改善できる。さらに、前記DBRを採択
した発光ダイオードチップを用いることにより発光ダイオードパッケージおよびさらに照
明装置の光効率を改善できる。
する実施例は、当業者に本発明の思想を十分に伝達できるようにするために例として提供
するものである。よって、本発明は、以下で説明する実施例に限定されなく、他の形態で
具体化し得る。そして、図面において、構成要素の幅、長さ、厚さ等は、便宜のために誇
張して表現し得る。明細書全体に亘って、同一の参照番号は同一の構成要素を表す。
記発光構造体から放出された光を反射するように前記発光構造体の一側に配置された分布
ブラッグ反射器(DBR)を含む。ここで、前記DBRは、交互に積層された低屈折率を
有する第1材料層および高屈折率を有する第2材料層を含み、可視領域の中心波長(λ:
554nm)に対して、0.25λ+10%より大きい光学厚さを有する第1群の第1材
料層と、0.25λ+10%より小さく0.25λ−10%より大きい光学厚さを有する
第2群の第1材料層とが交互に配置された第1領域;0.25λ−10%より小さい光学
厚さを有し連続して配置された第3群の第1材料層を含む第2領域;および前記第1領域
と第2領域との間に位置し、0.25λ−10%より小さい光学厚さを有する第1材料層
および0.25λより大きい光学厚さを有する第1材料層を含む第3領域を含む。また、
前記第1領域が前記第2領域より前記発光構造体により近くに位置する。
0.25λ付近の光学厚さを有する第2群に分離し、これらを交互に配置することによっ
て中心波長(λ)付近および中心波長より長波長のスペクトル領域でのDBRの反射特性
を強化させることができる。これにより、DBRに入射する光の入射角が変わっても、ス
トップバンド内にリップル(ripple)が発生することを防止できる。
ら中心領域付近でリップルが発生することを防止できる。
域にかけて入射される光の反射効率を増加させることができる。これは、短波長の光が長
波長の光よりDBR内でさらに深くに浸透するためであると理解できる。
1材料層を含み、前記第3群の第1材料層は、0.2λ−10%より大きい光学厚さを有
し得る。前記第1群の第1材料層は大体、0.3λ付近の光学厚さを有し、前記第3群の
第1材料層は大体0.2λ付近の光学厚さを有する。よって、前記第1群の第1材料層は
中心波長より長波長領域で反射率を高め、前記第3群の第1材料層は中心波長より短波長
領域での反射率を高める。
領域内の第1材料層の光学厚さの偏差より大きい。第1領域内の第1材料層の光学厚さの
偏差は、第1群の第1材料層と第2群の第1材料層との光学厚さをはっきり分離すること
によって増加する。
る第1群の第2材料層および0.25λ−10%より大きく0.25λ+10%より小さ
い光学厚さを有する第2群の第2材料層を含み、前記第2領域内の第2材料層は、0.2
5λ−10%より小さい光学厚さを有し連続して配置された第3群の第2材料層を含み、
前記第3領域内の第2材料層は0.25λ−10%より小さい第2材料層、および0.2
5λより大きく0.25λ+10%より小さい光学厚さを有する第2材料層を含む。
2材料層もまた、大体第1群の第2材料層と第2群の第2材料層とが交互に配置されても
よい。
もよい。また、前記第1群の第2材料層の光学厚さの平均値は、前記第1群の第1材料層
の光学厚さの平均値より小さい。
特性を有する。よって、高屈折率を有する第2材料層の光学厚さを低屈折率を有する第1
材料層の光学厚さより小さく制御することが、光吸収による損失を減らすことができる。
特に、光学厚さが相対的に分厚い第1領域の第2材料層の厚さを相対的に小さくすること
によって効果的に光吸収による損失を減らすことができる。
光学厚さの偏差より大きい。第1領域内の第2材料層は、第1材料層と同様に光学厚さが
互いに異なる2つの群に分けられる。これに対し、第2領域内の第2材料層は大体類似す
る光学厚さを有するため、厚さ偏差が相対的に小さい。
い光学厚さを有する第2材料層をさらに含んでもよい。さらに、前記DBRは前記第3領
域内に位置し、0.25λ−10%より大きく0.25λより小さい光学厚さを有する第
1材料層をさらに含んでもよい。
、第3領域内に含まれる層は、第1領域や第2領域に比べて相対的に様々な光学厚さを有
してもよい。
の間に配置された基板をさらに含んでもよい。前記基板は、パターニングされたサファイ
ア基板(PSS)でもよい。DBRに入射される光は、大体20度ないし50度範囲の入
射角で入射し、よって、本実施例によるDBRによって高い反射率を維持できる。
1材料層と同一の材料で形成され、前記第1材料層より相対的にさらに分厚い界面層をさ
らに含んでもよい。前記界面層は、前記基板底面の粗い表面が基板底面に形成されるDB
Rに影響を及ぼすことを減少させる。
位置するが、前記DBR内の第1材料層と同一の材料で形成され、前記第1材料層より相
対的にさらに分厚い表面層をさらに含んでもよい。前記表面層は、前記発光ダイオードチ
ップをパッケージングするとき、発光ダイオードチップの実装面の粗い表面によってDB
Rが損傷することを防止する。
DBRに対向して配置された基板をさらに含んでもよい。例えば、前記発光ダイオードチ
ップはフリップ型でもよく、活性層で生成された光はDBRから反射され基板を通じて外
部に放出してもよい。
5nmないし475nm範囲内の波長を有する光を放出することができ、特に、中心波長
(554nm)に比べて約100nm短い波長の青色光を放出できる。
屈折率の差異を相対的に表したもので、低屈折率の第1材料層は高屈折率の第2材料層に
比べて低い屈折率を有する。一実施例において、前記第1材料層はSiO2層であり、前
記第2材料層はTiO2層でもよい。例えば、SiO2層は約1.47の屈折率を有し、
TiO2層は約2.41の屈折率を有してもよい。しかし、前記第1材料層および第2材
料層がSiO2層およびTiO2層に限定されるものではない。第1材料層および第2材
料層が互いに異なる屈折率を有し、光透過性であれば、絶縁層だけでなく半導体層が第1
材料層および第2材料層で用いられてもよい。但し、SiO2層およびTiO2層のよう
な誘電層は、光透過率が高く、蒸着が容易で、屈折率の差異が相対的に大きいため、より
適している。
層を含む発光構造体;および前記発光構造体から放出された光を反射するように前記発光
構造体の一側に配置された分布ブラッグ反射器(DBR)を含む。ここで、前記DBRは
、交互に積層された低屈折率を有する第1材料層および高屈折率を有する第2材料層を含
み、前記第1波長より75nmないし125nm範囲内の長さほど長い第2波長(λ)に
対して、0.25λ+10%より大きい光学厚さを有する第1群の第1材料層と、0.2
5λ+10%より小さく0.25λ−10%より大きい光学厚さを有する第2群の第1材
料層とが交互に配置された第1領域;0.25λ−10%より小さい光学厚さを有し連続
して配置された第3群の第1材料層を含む第2領域;および前記第1領域と第2領域との
間に位置し、0.25λ−10%より小さい光学厚さを有する第1材料層、および0.2
5λより大きい光学厚さを有する第1材料層を含む第3領域を含み、前記第1領域が前記
第2領域より前記発光構造体により近くに位置する。
から放出される光の第1波長より75nmないし125nm範囲内の長さほど長い第2波
長に設定したものである。前記第2波長は、例えば、前記第1波長より100nm長い波
長でもよい。活性層から放出される光の波長は活性層の材料によって変わり得る。よって
、活性層から放出される光を効果的に反射させることと併せて、様々な入射角で入射する
光に対して高い反射率を維持するために第1波長より100nm長い第2波長(λ)を基
準としてDBRを製作できる。
断面図である。
(30)、およびDBR(43)を含む。また、発光ダイオードチップ(100)は、バ
ッファー層(23)、透明電極(31)、第1電極パッド(33)、第2電極パッド(3
5)、電流遮断層(39)、界面層(41)および表面層(45)を含んでもよい。
C基板でもよい。基板(21)は、窒化ガリウム系列の化合物半導体層を成長させるのに
適した成長基板でもよい。例えば、基板(21)は、パターニングされたサファイア基板
(PSS)のように上部面に所定のパターンを有してもよい。パターニングされたサファ
イア基板は、基板(21)底面に入射する光が大体20度ないし50度範囲内の入射角を
有するため、本願発明のDBRがより適し、その効果を発揮できる。
導電型半導体層(25)、第2導電型半導体層(29)および前記第1および第2導電型
半導体層(25,29)の間に介在する活性層(27)を含む。ここで、第1導電型と第
2導電型は、互いに反対の導電型で、第1導電型がn型であり、第2導電型がp型でもよ
く、またはその反対でもよい。
は、窒化ガリウム系列の化合物半導体物質、つまり、(Al,In,Ga)Nで形成され
てもよい。前記活性層(27)は、求められる波長の光、例えば、紫外線または青色光を
放出するように組成元素および組成比が決められる。前記第1導電型半導体層(25)お
よび/または第2導電型半導体層(29)は、図示したように、単一層に形成されてもよ
いが、多層構造に形成されてもよい。また、活性層(27)は単一量子井戸または多重量
子井戸構造に形成されてもよい。また、前記基板(21)と第1導電型半導体層(25)
との間にバッファー層(23)を介してもよい。
ことができ、フォトリソグラフィおよびエッチング工程を用いて前記第1導電型半導体層
(25)の一部領域が露出するようにパターニングすることができる。
nOまたはNi/Auで形成されてもよい。透明電極層(31)は、第2導電型半導体層
(29)に比べて比抵抗が低いため、電流を分散させる。第1導電型半導体層(25)上
に第1電極パッド(33)、例えば、n−電極パッド(33)が形成され、透明電極層(
31)上に第2電極パッド(35)、例えば、p−電極パッド(35)が形成される。p
−電極パッド(35)は図示したように、透明電極層(31)によって第2導電型半導体
層(29)に電気的に接続することができる。
置する。前記電流遮断層(39)は、透明電極(31)の下に位置してもよいが、これに
制限されるものではなく、透明電極(31)上に位置してもよい。電流遮断層(39)が
、透明電極(31)と電極パッド(35)との間に位置する場合、電極パッド(35)は
、延長部(図示していない)によって透明電極(31)に電気的に接続できる。
する光を反射させる。このような電流遮断層(39)は、活性層(27)で生成された光
に対して高い反射率を有するように形成することができ、例えば、TiO2とSiO2の
ような屈折率が互いに異なる誘電層を交互に積層した分布ブラッグ反射器で形成されても
よい。これにより、前記電極パッド(35)によって光が吸収され、損失することを防止
することによって、発光効率を改善できる。
R(43)との間に基板(21)が配置される。前記DBR(43)は、第1屈折率(低
屈折率)を有する第1材料層、例えば、SiO2(n:約1.47)と第2屈折率(高屈
折率)とを有する第2材料層、例えば、TiO2(n:約2.41)を交互に積層するこ
とによって形成される。DBR(43)の具体的な積層構造については、図5を参照して
後で詳しく説明する。
(41)は、第1材料層と同一材料の層、例えば、SiO2層で形成されてもよい。界面
層(41)は、基板(21)底面に形成されるDBR(43)が、基板(21)底面の表
面状態によって影響を受けることを防止するためのもので、第1材料層より相対的に分厚
く形成される。例えば、界面層(41)は、300nmないし500nmの厚さの範囲で
形成されてもよく、より具体的に、400nmで形成されてもよい。
る。表面層(45)は、発光ダイオードチップ(100)をパッケージングするとき、発
光ダイオードチップ(100)が実装される実装面の表面状態によってDBR(43)が
影響を受けることを緩和するためのもので、界面層(41)と同様に相対的に分厚く形成
される。例えば、表面層(45)は、300nmないし500nmの厚さの範囲で形成す
ることができ、さらに具体的に、400nmで形成することができる。
に対向して配置される。活性層(27)で生成された光は、DBR(43)で反射し発光
ダイオードチップ(100)の上方に放出される。
ための概略的な断面図である。
するが、発光構造体(30)に対して基板(21)に対向して配置される点で差異がある
。DBR(53)は図示した通り、透明電極層(31)を覆うことができ、第1導電型半
導体層(25)の露出面を覆うことができる。DBR(53)は、活性層(27)で生成
された光を基板(21)側に反射させる。DBR(53)の具体的な構造については、図
5を参照して後で詳しく説明する。
ップでもよい。よって、透明電極層(31)、n−電極パッド(33)およびp−電極パ
ッド(35)の具体的な形状および位置は、フリップチップ型発光ダイオードチップに合
わせて変形してもよい。
下面または発光構造体(30)上部に形成されてもよい。図示はしていないが、DBRは
、基板(21)と発光構造体(30)との間に位置してもよい。この場合、DBRは、例
えば、半導体層を用いて形成することもできる。
層(SiO2/TiO2)ペアの位置別光学厚さを表すグラフである。ここで、光学厚さ
は、可視領域の中心波長(λ:554nm)に対する厚さである。
できる。例えば、図4aの実施例のように、第1材料層(例、SiO2)と同一材料の界
面層(41)が形成される場合、DBR(43)の一つ目の層は第2材料層でもよい。こ
れとは異なり、界面層(41)が省略された場合、DBR(43)の一つ目の層は第1材
料層でもよい。また、図4bの実施例のように界面層(41)を必要としない場合、DB
R(53)の一つ目の層は第1材料層または第2材料層のいずれでもよい。一般的に、S
iO2層の接着力がTiO2層より優れるため、基板(21)または発光構造体(30)
に接着される層をSiO2層にすることができる。
,53)を保護する機能を遂行するために相対的に分厚く形成され、第1材料層と同一材
料で形成されてもよい。よって、表面層(45)を除いたDBR(43)の最終層は、一
般的に、第2材料層になり、この層は、ペアを形成できないこともある。
目の層および最終層が第2材料層(TiO2層)であることを表している。よって、第2
材料層(TiO2層)/第1材料層(SiO2層)の順序でペアをなし、最後の第2材料
層はペアを形成しない。
きり区分されることを確認できる。ここで、第1領域が、第2領域より発光構造体(30
)により近くに配置され、第3領域は、第1領域と第2領域との間に配置される。
第1領域は、中心波長(λ)付近および中心波長より長波長のスペクトル領域での反射
率を高めるために設けられる。よって、第1領域の第1材料層および第2材料層の光学厚
さは、大体0.25λ付近または0.25λより大きい。
大きい光学厚さを有する第1群の第1材料層と、0.25λ+10%より小さく0.25
λ−10%より大きい光学厚さを有する第2群の第1材料層とに分けられる。これら第1
群の第1材料層および第2群の第1材料層は交互に配置される。図5に図示した通り、相
対的に分厚い第1群の第1材料層と相対的に薄い第2群の第1材料層とが交互に配置され
る。第1群の第1材料層が先に形成され得るが、これに制限されるものではなく、第2群
の第1材料層が先に形成されてもよい。
る。本実施例において、第1群の第1材料層は5つの層を含み、一つ目の層を除いた4つ
の層が0.3λ+10%より小さい光学厚さを有することが分かる。
きい光学厚さを有する第1群の第2材料層および0.25λ−10%より大きく0.25
λ+10%より小さい光学厚さを有する第2群の第2材料層を含む。
。さらに、これら第1群の第2材料層および第2群の第2材料層がすべて交互に配置され
るわけではなく、大部分交互に配置されることが分かる。
。また、前記第1群の第2材料層の光学厚さの平均値は、前記第1群の第1材料層の光学
厚さの平均値より小さい。相対的に高屈折率を有する第2材料層が相対的に低屈折率を有
する第1材料層より光吸収率が大きいため、第1群の第2材料層を相対的に薄く形成する
ことによって光損失を減らすことができる。
厚さを有し得る。これに対し、第1群の第1材料層は大体0.25λ+20%より大きい
光学厚さを有する。
さい光学厚さを有し得るが、第1群の第2材料層に比べて光学厚さが相対的に小さいため
、厚さを減少しても光損失を減らすのにさほど効果がない。よって、第2群の第2材料層
と第2群の第1材料層は大体類似する光学厚さを有し得る。
第2領域は、中心波長(λ)より短波長のスペクトル領域での反射率を高めるために設
けられる。よって、第2領域の第1材料層および第2材料層の光学厚さは、大体0.25
λより小さい。
れた第3群の第1材料層を含む。さらに、前記第3群の第1材料層は、0.2λ−10%
より大きい光学厚さを有する。
の第1材料層の光学厚さ偏差より小さい。第1領域内の第1群の第1材料層および第2群
の第1材料層は互いにはっきり異なる光学厚さを有するため、大体類似する光学厚さを有
する第2領域内の第1材料層に比べて光学厚さ偏差が相対的に大きくなる。
続して配置された第3群の第2材料層を含む。第2領域内で一つ目の第2材料層(つまり
、13番目のペアの第2材料層)のみ0.25λ−10%より大きい光学厚さを有し、そ
の他の第2材料層は全て0.25λ−10%より小さい光学厚さを有する。
第3領域は、第1領域と第2領域との間に配置され、互いに異なる反射帯域を有するD
BRを互いに重畳するときに発生するリップルを除去するために配置される。
第1領域が最も多い数のペアで構成され、第3領域が最も小さい数のペアで構成される。
よび0.25λより大きい光学厚さを有する第1材料層を含む。さらに、第3領域は、0
.25λ−10%より大きく0.25λより小さい光学厚さを有する第1材料層を含んで
もよい。
び0.25λより大きく0.25λ+10%より小さい光学厚さを有する第2材料層を含
んでもよい。さらに、第3領域内の第2材料層は、0.25λ+10%より大きい光学厚
さを有する第2材料層をさらに含んでもよい。
は、第1領域および第2領域内の材料層に比べて相対的に様々な光学厚さを有するように
構成される。
射させる第1領域の第1および第2材料層を、相対的に分厚い光学厚さを有する第1群と
、相対的に小さい光学厚さを有する第2群とに分けることによって入射角が増加すること
によってストップバンド内に発生するリップルを除去できる。
成され、第3領域が3つのペアで構成されるが、ペア数は変更し得る。但し、第1領域内
のペア数が他の領域よりさらに多い方が、長波長領域の反射率を補強するのに有利である
。
レーションツールを用いて調整できる。また、DBRの各材料層は、イオンアシスト蒸着
装備を用いて基板(21)の底面または発光構造体(30)上部に形成されてもよい。
る反射率変化を表しているシミュレーショングラフである。
また、SiO2界面層(41)400nm、SiO2表面層(45)400nmを追加し
て入射角による反射特性変化をシミュレーションし、これを0度入射角グラフと一緒に表
した。
して約410nmないし700nmのスペクトル領域で90%以上の反射率を表す。よっ
て、発光ダイオードチップが蛍光体と併せて用いられる場合、蛍光体で生成された光が発
光ダイオードチップで入射するときのそれらの光もまた、DBRを用いて反射させること
ができる。
長側に移動し、その幅が減少することを確認できる。しかし、依然として約550nmの
波長でもほぼ100%の反射率を維持し、さらに、ストップバンド内でリップルが発生し
ないことを確認できる。
を放出する発光ダイオードチップで光を効果的に反射させるために用いることができる。
第1材料層と光学厚さが相対的に薄い第2群の第1材料層とが交互に配置され、光学厚さ
が相対的に分厚い第1群の第2材料層と、光学厚さが相対的に薄い第2群の第2材料層も
また大体交互に配置される。このように、光学厚さが互いに異なる第1材料層および第2
材料層を交互に配置することによって、第1群と第2群とを互いに分離した場合に比べて
さらに優れた反射特性を表すDBRを作製できる。これに対して、図7および図8を参照
して付加説明する。
とを互いに分離して配置した例を表している位置別光学厚さのグラフである。図7bは、
光学厚さが相対的に大きい第1群の材料層と相対的に小さい第2群の材料層とを互いに混
合して配置した例を表している位置別光学厚さのグラフである。
学厚さを有する第2群の第1材料層および第2材料層は、様々な方法で配置できる。例え
ば、第1群と第2群とが互いに分離するように配置されてもよく(図7a)、第1群と第
2群とが交互に配置されてもよい(図7b)。ここでは、8.5ペアでDBRを構成した
。
ある。
っきりとした境を有しないストップバンドを表している。これに対し、図7bによるDB
Rの0度入射角に対する反射率(b−0度)ははっきりとした境を有するストップバンド
を表している。このようなストップバンドの形状は、入射角30度に対しても互いにa−
30度とb−30度で表したように、図7bによるDBRが相対的にさらにはっきりとし
た境を表す。
を互いに交互に配置することが反射特性を強化できることが分かる。
分析を用いてチップレベルおよびパッケージレベルでの光抽出効率を分析した。DBRは
、基板下面に位置するものと設定し、他の構成要素は実際用いられる発光ダイオードチッ
プの実際数値を用いた。
0%)に比べ、本実施例によるDBRを用いた場合(63.35%)で約0.25%増加
することを確認できた。併せて、チップレベルで基板下部に透過して放出される光は従来
技術で0.35%である一方で、本実施例で0.15%減少した。また、パッケージレベ
ルで全体光抽出効率は、従来のDBRを用いた場合(65%)に比べて本実施例によるD
BRを用いた場合(65.53%)で約0.53%増加することを確認できた。このよう
な光抽出効率の増加は、全ての条件を同一にし、DBRのみを変更して発生したもので相
当意味のある結果である。
の発光ダイオードチップに適用して、チップレベルでの光出力を比較して図9に表した。
は、81.91mWの光出力を表した。よって、DBRの設計を変更することによって発
光ダイオードチップの光抽出効率を改善でき、それによって、発光ダイオードチップの光
出力を増加させられることを確認できた。
料層の光学厚さを設定した。発光ダイオードチップから放出される光の波長が青色光であ
る場合、入射角が増加することによってストップバンドが短波長側に移動することを考慮
すると、中心波長を可視領域の中心波長に設定することは意味がある。さらに、発光ダイ
オードチップが蛍光体と併せて用いられる場合、蛍光体から放出される光に対する反射を
考慮すると、中心波長を基準としてDBRを設計する必要がある。
はなく、また、蛍光体が併せて用いられるものに限定されるものでもない。よって、本発
明は、紫外線を放出する発光ダイオードチップにも適用でき、この場合、可視領域の中心
波長の代わりに、発光ダイオードチップから放出される光の波長(第1波長)を考慮して
新たな基準波長(第2波長)を選択できる。
でもよい。入射角が増加することによってストップバンドが短波長側に移動しても、第2
波長を上の通り設定することによって発光ダイオードチップから放出される光に対して高
い反射率を維持することができる。第2波長が第1波長に比べて75nm未満の長波長で
ある場合、第1波長と第2波長とが近すぎるために入射角が増加することによって第1波
長の光に対する反射率が減少し得る。また、第2波長が第1波長に比べて125nm以上
長い長波長の場合、0度入射角で第1波長に対する反射率の高いDBRを作製することが
難しい。具体的に、前記第2波長は第1波長に比べて約100nm長い波長でもよい。
および第2材料層の光学厚さは、前述の実施例で説明した通りに設定することができる。
はこれらの材料層に限定されるものではなく、他の絶縁層または半導体層が用いられても
よい。
装置を説明するための分解斜視図である。
モジュール(1020)およびボディ部(1030)を含む。ボディ部(1030)は、
発光素子モジュール(1020)を収容でき、拡散カバー(1010)は発光素子モジュ
ール(1020)の上部をカバーできるようにボディ部(1030)上に配置してもよい
。
素子モジュール(1020)に電気的電源を供給できる形態であれば、制限されない。例
えば、図示した通り、ボディ部(1030)はボディケース(1031)、電源供給装置
(1033)、電源ケース(1035)および電源接続部(1037)を含んでもよい。
ール(1020)と電気的に連結され、少なくとも一つのICチップを含んでもよい。前
記ICチップは発光素子モジュール(1020)で供給される電源の特性を調節、変換ま
たは制御できる。電源ケース(1035)は電源供給装置(1033)を収容して支持す
ることができ、電源供給装置(1033)がその内部に固定された電源ケース(1035
)は、ボディケース(1031)の内部に位置できる。電源接続部(115)は、電源ケ
ース(1035)の下段に配置され、電源ケース(1035)と結束できる。これにより
、電源接続部(1037)は、電源ケース(1035)内部の電源供給装置(1033)
と電気的に連結され、外部電源が電源供給装置(1033)に供給できる通路の役割をす
る。
置された発光素子(1021)を含む。発光素子モジュール(1020)は、ボディケー
ス(1031)上部に設けられ、電源供給装置(1033)に電気的に連結できる。
例えば、配線を含む印刷回路基板でもよい。基板(1023)は、ボディケース(103
1)に安定的に固定されるようにボディケース(1031)上部の固定部に対応する形態
を有し得る。発光素子(1021)は、上述の本発明の実施例による発光素子のうち、少
なくとも一つを含んでもよい。
1031)に固定され、発光素子(1021)をカバーできる。拡散カバー(1010)
は、透過性材質を有し得、拡散カバー(1010)の形態および光透過性を調節して照明
装置の指向特性を調節できる。よって、拡散カバー(1010)は、照明装置の利用目的
および適用態様によって様々な形態に変形できる。
するための断面図である。
光を提供するバックライトユニットおよび前記表示パネル(2110)の下部端部を支持
するパネルガイドを含む。
もよい。表示パネル(2110)の端部には、前記ゲートラインに駆動信号を供給するゲ
ート駆動PCBがさらに位置できる。ここで、ゲート駆動PCBは別途のPCBに構成さ
れなく、薄膜トランジスタ基板上に形成されてもよい。
含む光源モジュールを含む。さらに、バックライトユニットは、ボトムカバー(2180
)、反射シート(2170)、拡散プレート(2131)および光学シート(2130)
をさらに含んでもよい。
(2170)、拡散プレート(2131)および光学シート(2130)を収納できる。
また、ボトムカバー(2180)はパネルガイドと結合できる。基板は反射シート(21
70)の下部に位置し、反射シート(2170)に囲まれた形態で配置されてもよい。但
し、これに限定されなく、反射物質が表面にコーティングされている場合には、反射シー
ト(2170)上に位置してもよい。また、基板は複数形成され、複数の基板が並んで配
置された形態で配置されてもよいが、これに限定されなく、単一の基板で形成されてもよ
い。
を含んでも良い。発光素子(2160)は、基板上に一定のパターンで規則的に配列でき
る。また、それぞれの発光素子(2160)上にはレンズ(2210)が配置され、複数
の発光素子(2160)から放出される光の均一性を向上させることができる。拡散プレ
ート(2131)および光学シート(2130)は、発光素子(2160)上に位置する
。発光素子(2160)から放出された光は拡散プレート(2131)および光学シート
(2130)を経て面光源形態で表示パネル(2110)に供給されてもよい。
装置に適用できる。
たディスプレイ装置を説明するための断面図である。
プレイされる表示パネル(3210)、表示パネル(3210)の背面に配置され、光を
照射するバックライトユニットを含む。さらに、前記ディスプレイ装置は、表示パネル(
3210)を支持し、バックライトユニットが収納されるフレーム(240)および前記
表示パネル(3210)を包むカバー(3240,3280)を含む。
もよい。表示パネル(3210)の端部には前記ゲートラインに駆動信号を供給するゲー
ト駆動PCBをさらに位置できる。ここで、ゲート駆動PCBは別途のPCBに構成され
なく、薄膜トランジスタ基板上に形成されてもよい。表示パネル(3210)はその上下
部に位置するカバー(3240,3280)によって固定され、下部に位置するカバー(
3280)はバックライトユニットと結束できる。
れた下部カバー(3270)、下部カバー(3270)の内部一側に配置された光源モジ
ュールおよび前記光源モジュールと並んで位置され、点光を面光に変換する導光板(32
50)を含む。また、本実施例のバックライトユニットは導光板(3250)上に位置し
、光を拡散および集光させる光学シート(3230)、導光板(3250)の下部に配置
され、導光板(3250)の下部方向に進行する光を表示パネル(3210)方向に反射
させる反射シート(3260)をさらに含んでもよい。
離隔して配置された複数の発光素子(3110)を含む。基板(3220)は発光素子(
3110)を支持し、発光素子(3110)に電気的に連結されたものであれば制限され
なく、例えば、印刷回路基板でもよい。発光素子(3110)は上述の本発明の実施例に
よる発光素子を少なくとも一つ含み得る。光源モジュールから放出された光は導光板(3
250)に入射し、光学シート(3230)によって表示パネル(3210)に供給され
る。導光板(3250)および光学シート(3230)によって発光素子(3110)か
ら放出された点光源が面光源に変形されてもよい。
イ装置に適用できる。
ランプに適用した例を説明するための断面図である。
0)、発光素子(4010)およびカバーレンズ(4050)を含む。さらに、前記ヘッ
ドランプは、放熱部(4030)、支持ラック(4060)および連結部材(4040)
をさらに含んでもよい。
70)上に離隔配置される。基板(4020)は、発光素子(4010)を支持できる基
板であれば制限されなく、例えば、印刷回路基板のような導電パターンを有する基板でも
よい。発光素子(4010)は基板(4020)上に位置し、基板(4020)によって
支持および固定できる。また、基板(4020)の導電パターンによって発光素子(40
10)は外部の電源と電気的に連結されてもよい。また、発光素子(4010)は、上述
の本発明の実施例による発光素子を少なくとも一つ含み得る。
上に位置する。例えば、図示した通り、カバーレンズ(4050)は、連結部材(404
0)によって発光素子(4010)から離隔して配置されてもよく、発光素子(4010
)から放出された光を提供しようとする方向に配置されてもよい。カバーレンズ(405
0)によってヘッドランプから外部に放出される光の指向角および/またはカラーが調節
できる。一方、連結部材(4040)は、カバーレンズ(4050)を基板(4020)
と固定させるとともに、発光素子(4010)を囲むように配置し、発光経路(4045
)を提供する光ガイドの役割をすることもできる。このとき、連結部材(4040)は光
反射性物質で形成されるか、光反射性物質でコーティングされてもよい。一方、放熱部(
4030)は放熱ピン(4031)および/または放熱ファン(4033)を含んでもよ
く、発光素子(4010)の駆動時に発生する熱を外部に放出させる。
車両用ヘッドランプに適用できる。
発明が限定されるものではなく、本発明の特許請求の範囲による技術的事項から外れない
範囲内で様々な変形と変更が可能である。
2導電型半導体層、30:発光構造体、31:透明電極、33:第1電極パッド、35:
第2電極パッド、39:電流遮断層、41:界面層、43:DBR、45:表面層、47
:DBR、53:DBR、100:発光ダイオードチップ、200:発光ダイオードチッ
プ、240:フレーム、1010:拡散カバー、1020:発光素子モジュール、102
1:発光素子、1023:基板、1030:ボディ部、1031:ボディケース、103
3:電源供給装置、1035:電源ケース、1037:電源接続部、2110:表示パネ
ル、3110:発光素子、3210:表示パネル、3220:基板、3230:光学シー
ト、3240:カバー、3250:導光板、3260:反射シート、3270:カバー、
3280:カバー、4010:発光素子、4020:基板、4030:放熱部、4031
:放熱ピン、4033:放熱ファン、4040:連結部材、4050:カバーレンズ、4
060:支持ラック、4070:ランプボディ
Claims (15)
- 活性層を含む発光構造体と、
前記発光構造体から放出された光を反射するように前記発光構造体の一側に配置された分布ブラッグ反射器(DBR)と、を含み、
前記DBRは、
交互に積層された低屈折率を有する第1材料層および高屈折率を有する第2材料層を含み、30度の入射角で入射する光に対して、420nmないし500nmにかけて90%以上の反射率を表し、
第1の光学厚さより大きい光学厚さを有する第1群の第1材料層と、前記第1の光学厚さより小さく第2の光学厚さより大きい光学厚さを有する第2群の第1材料層とが交互に配置された第1領域と、
前記第2の光学厚さより小さい光学厚さを有し、連続して配置された第3群の第1材料層を含む第2領域と、
前記第1領域と第2領域との間に位置し、前記第2の光学厚さより小さい光学厚さを有する第1材料層および、第3の光学厚さより大きい光学厚さを有する第1材料層を含む第3領域と、を含み、
前記第3の光学厚さは、前記第2の光学厚さより大きく前記第1の光学厚さより小さい発光ダイオードチップ。 - 前記DBRは、30度の入射角で入射する光に対して、400nmないし550nmにかけて90%以上の反射率を表す、請求項1に記載の発光ダイオードチップ。
- 前記DBRは、30度の入射角で入射する光に対して、375nmないし575nmにかけて90%以上の反射率を表す、請求項2に記載の発光ダイオードチップ。
- 前記DBRは、0度の入射角で入射する光に対して、425nmないし700nmにかけて90%以上の反射率を表す、請求項1ないし3のいずれか1項に記載の発光ダイオードチップ。
- 前記DBRは、0度の入射角で入射する光に対して、400nm以下で90%以下の反射率を表す、請求項1ないし4のいずれか1項に記載の発光ダイオードチップ。
- 前記DBRは、0度の入射角で入射する光に対して、少なくとも725nm以上で90%以下の反射率を表す、請求項1ないし5のいずれか1項に記載の発光ダイオードチップ。
- 前記DBRは、20度の入射角で入射する光に対して、400nmないし600nmにかけて90%以上の反射率を表す、請求項1ないし6のいずれか1項に記載の発光ダイオードチップ。
- 前記DBRは、20度の入射角で入射する光に対して、400nmないし650nmにかけて90%以上の反射率を表す、請求項1ないし7のいずれか1項に記載の発光ダイオードチップ。
- 活性層を含む発光構造体と、
前記発光構造体から放出された光を反射するように前記発光構造体の一側に配置された分布ブラッグ反射器(DBR)と、を含み、
前記DBRは、
交互に積層された低屈折率を有する第1材料層および高屈折率を有する第2材料層を含み、30度の入射角で入射する光に対して、420nmないし500nmにかけて90%以上の反射率を表し、
前記DBRは、
0.25λ+10%より大きい光学厚さを有する第1群の第1材料層と、0.25λ+10%より小さく0.25λ-10%より大きい光学厚さを有する第2群の第1材料層とが交互に配置された第1領域と、
0.25λ-10%より小さい光学厚さを有し連続して配置された第3群の第1材料層を含む第2領域と、
前記第1領域と第2領域との間に位置し、0.25λ-10%より小さい光学厚さを有する第1材料層および0.25λより大きい光学厚さを有する第1材料層を含む第3領域と、を含み、
ここで、λは554nmである発光ダイオードチップ。 - 前記第1群の第1材料層は、0.3λ+10%より小さい光学厚さを有する第1材料層を含み、
前記第3群の第1材料層は、0.2λ-10%より大きい光学厚さを有する、請求項9に記載の発光ダイオードチップ。 - 前記発光構造体と前記DBRとの間に配置された基板をさらに含む、請求項1ないし10のいずれか1項に記載の発光ダイオードチップ。
- 前記基板は、パターニングされたサファイア基板(PSS)である、請求項11に記載の発光ダイオードチップ。
- 前記発光構造体を間に置き、前記DBRに対向して配置された基板をさらに含む、請求項1ないし10のいずれか1項に記載の発光ダイオードチップ。
- 前記活性層は、青色光を生成する、請求項1ないし13のいずれか1項に記載の発光ダイオードチップ。
- 前記第1材料層は、SiO2層で、
前記第2材料層は、TiO2層である、請求項1ないし14のいずれか1項に記載の発光ダイオードチップ。
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