KR101710892B1 - 발광소자 - Google Patents
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Abstract
실시 예에 따른 발광소자는, 기판 상에 형성되는 활성층이 초격자구조를 갖도록, 실시 예는, 제1 반도체층, 제2 반도체층 및 상기 제1, 2 반도체층 사이에 배치된 활성층을 포함하는 발광구조물을 포함하고, 상기 활성층은, InGaN 배리어층 및 InGaN 웰층의 양자우물구조로 이루어진 발광층 및 상기 발광층 하부에 배치되며, In의 농도가 다른 제1 InGaN층 및 제2 InGaN층이 적어도 6이상의 초격자구조로 이루어진 초격자층을 포함하는 발광소자를 제공한다.
Description
실시 예는 발광소자에 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.
실시 예는 기판 상에 형성되는 활성층이 초격자구조를 갖도록 함으로써, 결정결합의 감소, 휘도 향상 및 ESD 특성이 개선된 발광소자를 제공할 수 있다.
실시 예에 따른 발광소자는, 제1 반도체층, 제2 반도체층 및 상기 제1, 2 반도체층 사이에 배치된 활성층을 포함하는 발광구조물을 포함하고, 상기 활성층은, InGaN 배리어층 및 InGaN 웰층의 양자우물구조로 이루어진 발광층 및 상기 발광층 하부에 배치되며, In의 농도가 다른 제1 InGaN층 및 제2 InGaN층이 적어도 6이상의 초격자구조로 이루어진 초격자층을 포함한다.
실시 예에 따른 발광소자는, 활성층 내에 초격자층을 형성함으로써, 발광층과 버퍼층 사이의 결정결함을 감소시킬 수 있으며, 휘도 향상 및 신뢰성을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.
도 1은 실시 예에 따른 발광소자의 구조를 나타내는 단면도이다.
도 2는 도 1에 나타낸 활성층의 구조를 제1 실시 예에 따라 자세하게 나타낸 확대도이다.
도 2는 도 1에 나타낸 활성층의 구조를 제2 실시 예에 따라 자세하게 나타낸 확대도이다.
도 4는 실시 예에 따른 발광소자의 신뢰성 테스트를 나타낸 실험 그래프이다.
도 5는 실시 예에 따른 발광소자를 포함하는 발광소자 패키지의 절단면을 나타낸 단면도이다.
도 6은 실시 예에 따른 발광소자를 포함하는 조명 장치를 나타낸 사시도이다.
도 7은 도 9의 조명장치의 A-A' 단면을 나타낸 단면도이다.
도 8은 제1 실시 예에 따른 발광소자를 포함하는 액정표시장치의 분해 사시도이다.
도 9는 제2 실시 예에 따른 발광소자를 포함하는 액정표시장치의 분해 사시도이다.
도 2는 도 1에 나타낸 활성층의 구조를 제1 실시 예에 따라 자세하게 나타낸 확대도이다.
도 2는 도 1에 나타낸 활성층의 구조를 제2 실시 예에 따라 자세하게 나타낸 확대도이다.
도 4는 실시 예에 따른 발광소자의 신뢰성 테스트를 나타낸 실험 그래프이다.
도 5는 실시 예에 따른 발광소자를 포함하는 발광소자 패키지의 절단면을 나타낸 단면도이다.
도 6은 실시 예에 따른 발광소자를 포함하는 조명 장치를 나타낸 사시도이다.
도 7은 도 9의 조명장치의 A-A' 단면을 나타낸 단면도이다.
도 8은 제1 실시 예에 따른 발광소자를 포함하는 액정표시장치의 분해 사시도이다.
도 9는 제2 실시 예에 따른 발광소자를 포함하는 액정표시장치의 분해 사시도이다.
실시 예에 대한 설명에 앞서, 본 명세서에서 언급하는 각 층(막), 영역, 패턴, 또는 구조물들의 기판, 각 층(막) 영역, 패드, 또는 패턴들의 "위(on)", "아래(under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "위(on)"와, "아래(under)"는 직접(directly)", 또는 "다른 층을 개재하여(indirectly)" 형성되는 모든것을 포함한다. 또한, 각 층의 위, 또는 아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다.
도면에서, 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의, 및 명확성을 위하여 과장되거나, 생략되거나, 또는 개략적으로 도시되었다. 따라서, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다.
또한, 본 명세서에서 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.
도 1은 실시 예에 따른 발광소자의 구조를 나타내는 단면도이다.
도 1을 참조하면, 발광소자(100)는 기판(110), 기판(110) 상에 배치되며, 제1 반도체층(122), 제2 반도체층(124) 및 제1, 2 반도체층(122, 124) 사이에 배치되는 활성층(126)을 포함하는 발광구조물(120)을 포함할 수 있다.
기판(110)은 질화물 반도체 단결정을 성장시키기에 적합한 기판으로서, 바람직하게, 사파이어를 포함하는 투광성을 갖는 재질을 이용하여 형성되며. 사파이어 이외에, 기판(110)은 징크 옥사이드(zinc oxide, ZnO), 갈륨 나이트라이드(gallium nitride, GaN), 실리콘 카바이드(silicon carbide, SiC) 및 알루미늄 나이트라이드(AlN)로 형성될 수 있다.
기판(110) 상에는 기판(110)과 발광구조물(120) 간의 격자 부정합을 완화하는 버퍼층(112)이 위치할 수 있다. 버퍼층(112)은 저온 분위기에서 형성할 수 있으며, GaN, InN, AlN, AlInN, InGaN, AlGaN, 및 InAlGaN 과 같은 재질 중 선택할 수 있으며, 실시 예에서의 버퍼층(112)은 AlN를 포함하는 것으로 설명한다.
발광구조물(120)는 제1 반도체층(122), 제2 반도체층(124) 및 제1, 2 반도체층(122, 124) 사이에 배치된 활성층(126)을 포함할 수 있다.
즉, 제1 반도체층(122)은 버퍼층(112) 상에 배치되며, NH3, TMGa, Si와 같은 제1 도펀트를 포함한 사일렌(SiH4) 가스를 공급하여 형성할 수 있으며, 다층막으로 형성할 수 있고, 클래드층이 더 포함될 수 있다.
제1 반도체층(122)은 n형 반도체층을 포함하여 형성되어 활성층(126)에 전자를 제공할 수 있으며, 제1 반도체층(122)은 제1 도전형 반도체층으로만 형성되거나, 제1 도전형 반도체층 아래에 언도프트 반도체층(미도시)을 더 포함할 수 있으나, 이에 대해 한정을 두지 않는다.
제1 도전형 반도체층은 예를 들어, n형 반도체층으로 형성할 수 있으며, InxAlyGa1-x-yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 재료, 예를 들어 GaN, AlN, AlGaN, InGaN, InN, InAlGaN, AlInN 등에서 선택될 수 있으며, Si, Ge, Sn 등의 n형 도펀트가 도핑될 수 있다.
언도프트 반도체층은 제1 도전형 반도체층의 결정성 향상을 위해 형성되는 층으로, 도펀트가 도핑되지 않아 제1 도전형 반도체층에 비해 낮은 전기전도성을 갖을 수 있다.
따라서, 제1 반도체층(122)에는 활성층(126) 및 제2 반도체층(124)이 순차적으로 적층될 수 있다.
먼저, 활성층(126)은 전자와 정공이 재결합되는 영역을 포함하며, 전자와 정공이 재결합함에 따라 낮은 에너지 준위로 천이하며, 그에 상응하는 파장을 가지는 빛을 생성할 수 있다.
활성층(126)은 예를 들어, InxAlyGa1-x-yN(0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 가지는 반도체 재료를 포함하여 형성할 수 있으며, 단일 양자 우물 구조 또는 다중 양자 우물 구조(MQW : Multi Quantum Well)로 형성될 수 있다.
실시 예에서 활성층(126)는 InGaN 배리어층(미도시) 및 InGaN 웰층(미도시)의 양자우물구조로 이루어진 발광층(126_1) 및 발광층(126_1) 하부에 배치되며, In의 농도가 다른 제1 InGaN(미도시) 및 제2 InGaN(미도시)이 적어도 6이상의 초격자구조로 이루어진 초격자층(126_2, SLs, Superlattices)을 포함할 수 있다.
여기서, 상기 InGaN 배리어층 및 상기 InGaN 웰층은 InxGa(1-x)N, InyGa(1-y)N (0＜x＜1, 0＜y＜1, x<y)의 조성식으로 표현될 수 있으며, 상기 제1 InGaN은 InaGa(1-a)N, 상기 제2 InGaN은 InbGa(1-b)N, (0＜a＜1, 0＜b＜1, a<b)의 조성식으로 표현될 수 있다.
즉, 초격자층(126_2)을 이루는 상기 제1 InGaN 및 상기 제2 InGaN은 적어도 6 주기 이상으로 반복 적층됨에 따라, 고품질 발광층(126_1)의 성장에 도움이 되는 성장 표면을 제공할 뿐만 아니라, 발광소자(100)의 동작 전압에 영향을 미쳐, 적절한 초격자층(126_2) 두께와 In 함량 변수는 동작 전압을 감소시킬 수 있고 광학 효율을 증가시킬 수 있다.
또한, 초격자층(126_2)은 활성층(126) 내의 압축응력이 감소하고, 발광층(126_1) 내의 전자와 정공을 효과적으로 구속함에 따라 내부양자효율을 향상시킬 수 있다.
이러한, 활성층(126)의 자세한 구조는 도 2를 참조하여 후술한다.
제2 반도체층(124)은 상술한 활성층(126)에 캐리어(carrier)를 주입하며, 제2 반도체층(124)은 예를 들어, p형 반도체층으로 구현될 수 있는데, p형 반도체층은 InxAlyGa1 -x-yN(0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 재료, 예를 들어 GaN, AlN, AlGaN, InGaN, InN, InAlGaN, AlInN 등에서 선택될 수 있으며, Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등의 p형 도펀트가 도핑될 수 있다.
상술한 제1 반도체층(122), 활성층(126) 및 제2 반도체층(124)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.
또한, 제2 반도체층(124) 상에는 n형 또는 p형 반도체층을 포함하는 제3 도전형 반도체층(미도시)이 형성될 수도 있다. 제2 반도체층(124)은 n형 반도체층, 제1 반도체층(122)는 p형 반도체층으로 형성할 수 있다. 이에 따라, 발광소자(100)는 np, pn, npn, pnp 접합 구조 중 적어도 어느 하나를 가질 수 있다.
제1 반도체층(122) 및 제2 반도체층(124) 내의 도전형 도펀트의 도핑 농도는 균일 또는 불균일하게 형성될 수 있다. 즉, 복수의 반도체층의 구조는 다양하게 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
달리 제1 반도체층(122)이 p형 반도체층을 포함하고, 제2 반도체층(124)이 n형 반도체층을 포함할 수도 있다. 즉, 제1 반도체층(122)과 제2 반도체층(124)은 활성층(126)을 중심으로 서로 형성되는 위치가 바뀌어도 무방하나, 하기에서는 제1 반도체층(122)이 n형 반도체층을 포함하여 형성되고 기판(110) 상에 적층되는 것으로 기술한다.
활성층(126)과 제2 반도체층(124) 및 제1 반도체층(122)은 일부가 메사 식각되어 제1 반도체층(122)의 일부가 노출되고, 노출된 제1 반도체층(122) 상면 일측에는 티탄(Ti) 등으로 이루어지는 제1 전극(130)이 형성될 수 있다.
또한, 제2 반도체층(124) 상에는 투광성전극층(150)이 형성될 수 있으며, 투광성전극층(150)의 외측 일면에는 니켈(Ni) 등으로 이루어진 제2 전극(140)이 형성될 수 있다.
투광성 전극층(150)은 ITO, IZO(In-ZnO), GZO(Ga-ZnO), AZO(Al-ZnO), AGZO(Al-Ga ZnO), IGZO(In-Ga ZnO), IrOx, RuOx, RuOx/ITO, Ni/IrOx/Au 및 Ni/IrOx/Au/ITO 중 적어도 하나를 포함하여 형성될 수 있으며, 제2 반도체층(124)의 외측 일면 전체 또는 일부에 형성됨으로써, 전류군집현상을 방지할 수 있다.
실시 예에서의 발광소자는 수평형 타입의 발광소자로 설명하였으나, 수직형 타입의 발광소자일 수 있으며, 이와 또 다른 타입의 발광소자도 적용할 수 있으며, 이에 한정을 두지 않는다.
도 2는 도 1에 나타낸 활성층의 구조를 제1 실시 예에 따라 자세하게 나타낸 확대도이다.
도 2를 참조하면, 활성층(126)은 발광층(126_1) 및 초격자층(126_2)을 포함할 수 있다.
발광층(126_1)은 InGaN 배리어층(b) 및 InGaN 웰층(w)의 양자우물구조로 형성될 수 있으며, 이때 InGaN 배리어층(b) 및 InGaN 웰층(w)은 1 내지 5 주기를 갖도록 형성될 수 있다.
여기서, InGaN 배리어층(b) 및 InGaN 웰층(w) 각각에 대한 인듐(In)의 조성비는 3% 내지 18%로 포함될 수 있다.
즉, InGaN 배리어층(b)의 인듐(In)의 함량은 InGaN 웰층(w)의 In 함량 대비 5배 내지 6배 작은 것이 바람직하며, 이때, InGaN 배리어층(b)은 In0 .03Ga0 .97N의 조성식로 이루어질 수 있으며, InGaN 웰층(w)은 In0 .18Ga0 .82N의 조성식으로 이루어질 수 있다.
이때, InGaN 배리어층(b)의 두께는 InGaN 웰층(w)의 두께 1.7배 내지 2배인 것이 바람직하며, 이는 인듐(In)의 조성비에 따라 그 두께가 달라질 수 있다.
즉, 하기의 [표 1]을 참조하면, InGaN 웰층(w)의 두께를 300nm로 고정하고 InGaN 배리어층(b)의 두께를 400nm, 500nm, 600nm 및 900nm로 변경하여, 80mA의 전격 전류를 공급하는 경우의 광출력(po)에 대한 그래프 및 데이터를 나타낸다.
즉, InGaN 웰층(w)의 두께는 300nm 인 경우, InGaN 배리어층(b)은 두께가 400nm 이면 광 출력(po)이 59.463이며, 두께가 500nm 이면 광 출력(po)이 72.485이고, 두께가 600nm 이면 광 출력(po)이 70.580이며, 두께가 900nm 이면 광 출력(po)이 68.286임을 알 수 있다.
이때, InGaN 배리어층(b)의 두께는 InGaN 웰층(w)의 두께 대비 1.7배 내지 2배인 경우 광 출력(po)의 변화폭이 적으며, InGaN 웰층(w)의 두께 대비 2배 이상 또는 1.7배 미만인 경우 광출력(po)이 낮아지는 것을 알 수 있다.
초격자층(126_2)은 제1 InGaN(c1) 및 제2 InGaN(c2)이 적어도 6주기로 초격자구조를 이룰 수 있으며, 초격자층(126_2)의 두께는 발광층(126_1)의 두께 대비 8배 내지 9배인 것이 바람직할 것이다.
여기서, 제1 InGaN(c1)의 인듐(In) 함량은 제2 InGaN(c2)의 인듐(In) 함량 대비 4배 내지 5배 더 작은 것이 바람직하며, 이때 제1 InGaN(c1) 및 제2 InGaN(c2) 각각의 조성식은 In0 .02Ga0 .98N 및 In0 .09Ga0 .91N으로 이루어질 수 있다.
이와 같이, 제1 InGaN(c1) 및 제2 InGaN(c2) 각각의 조성식은 In0 .02Ga0 .98N 및 In0 .09Ga0 .91N을 갖는 적어도 6주기로 반복 적층됨에 따라, 더 많은 전자가 발광층(126_1)의 낮은 에너지 준위로 모이게 되며, 결과적으로 전자와 정공의 재결합 확률이 증가되어 발광효율이 향상될 수 있다.
또한, 초격자층(126_2)는 발광층(126_1)과 제1 반도체층(122) 사이의 격자 불일치에 기인한 응력을 효과적으로 완화시킬 수 있다.
이때, 제1 InGaN(c1)의 두께는 제2 InGaN(c2)의 두께 대비 4배 내지 5배인 것이 바람직하며, 이는 인듐(in)의 함량에 따라 조절될 수 있다.
도 3은 도 1에 나타낸 활성층의 구조를 제2 실시 예에 따라 자세하게 나타낸 확대도이다.
도 3은 도 2에서 설명된 부분과 중복되는 부분은 생략하거나, 또는 간략하게 설명한다.
도 3을 참조하면, 발광층(126_1)은 도 2에서 설명된바 설명을 생략한다.
초격자층(126_2)은 제1 InGaN(c1), 제1 InGaN(c1)과 다른 조성식을 가지는 적어도 하나의 InGaN(c11) 및 제2 InGaN(c2), 제2 InGaN(c2)과 다른 조성식을 가지는 적어도 하나의 InGaN(c21)이 적어도 6주기의 초격자구조를 이룰수 있으며, 이에 대한 설명은 도 2에서 설명한바 간략하게 설명한다.
즉, 도 3을 참조하면, 제1 InGaN(c1) 및 제2 InGaN(c2)은 초격자층(126_2)의 최하부에 위치되며, 제1 InGaN(c1) 및 제2 InGaN(c2) 상에 InGaN(c11) 및 InGaN(c21)이 적층될 수 있다.
여기서, 제1 InGaN(c1) 및 제2 InGaN(c2)의 두께는 InGaN(c11) 및 InGaN(c21)의 두께와 다르게 형성될 수 있다.
예를들어, 초격자층(126_2)이 최하층 1 주기의 제1 InGaN(c1) 및 제2 InGaN(c2)이 위치하며, 최하층 1 주기 상에 5주기의 InGaN(c11) 및 InGaN(c21)가 반복 적층되며, 이때 제1 InGaN(c1) 및 제2 InGaN(c2)의 두께는 다른 5 주기의 InGaN(c11) 및 InGaN(c21)의 두께와 다르게 형성될 수 있다.
즉, 제1 반도체층(122) 상에 배치되는 제1 InGaN(c1) 및 제2 InGaN(c2)의 두께는 나머지 5 주기의 InGaN(c11) 및 InGaN(c21)의 두께 대비 1.5배 내지 2배인 것이 바람직하며, 이는 제1 InGaN(c1) 및 제2 InGaN(c2)는 제1 반도체층(122) 및 상위 주기의 InGaN(c11) 및 제2 InGaN(c21)과의 결합 응력을 증가시키기 위함이다.
다시 말하면, 제1 반도체층(122) 상에 배치되는 최하층의 제1 InGaN(c1)은 Si 도핑 레벨을 낮추고 다른 InGaN(c11)보다 두껍게 함으로써, 다른 InGaN(c11) 및 InGaN(c21)의 변형률 및 성장균일성을 향상시킬 수 있다.
이때, 제1 InGaN(c1) 및 제2 InGaN(c2)은 알루미늄(Al)을 포함할 수 있으며, 이에 한정을 두지 않는다.
도 4는 실시 예에 따른 발광소자의 신뢰성 테스트를 나타낸 실험 그래프이다.
도 4는 도 2 및 도 3에 나타낸 활성층(126)의 초격자층(126_2)이 6주기, 8주기 및 11주기로 형성된 제1 InGaN(c1) 및 제2 InGaN(c2)에 대하여 가혹 신뢰성 테스트에 대한 결과를 나타낸 실험 그래프이다.
이때, 6주기, 8주기 및 11주기는 제2 InGaN(c2) 상에 적층된 제1 InGaN(c1)을 한 주기로 하며, 복수의 제1 InGaN(c1) 및 제2 InGaN(c2)가 교대로 적층된 총 주기를 나타낸다.
도 4에 나타낸 실험 그래프를 살펴보면, 좌측이 정격전압(VF_V)을 나타내며, 우측은 실험 시간(h)을 나타내며, 2 uA의 전류를 인가한 실험 그래프이다.
즉, 초격자층(126_2)이 6주기, 8주기 및 11주기의 제1 InGaN(c1) 및 제2 InGaN(c2)을 갖는 경우 에이징시 드롭율이 0%에 가깝게 나타나지만, 6주기인 경우가 8주기 및 11주기에 비하여 정격전압(VF_V)의 변화가 적게 나타난다.
도 4에 나타낸 실험그래프는 6주기, 8주기 및 11주기의 초격자층(126_6)은 각각 7개의 시료를 통한 평균치를 나타낸 것이며, 각각의 주기에 따라 실험 그래프와 차이가 발생할 수 있으며, 이에 한정을 두지 않는다.
실험 그래프를 살펴본 결과, 초격자층(126_2)은 6주기의 제1 InGaN(c1) 및 제2 InGaN(c2)가 반복 적층되는 것이 제조공정 및 제조비용 측면에서 8주기 및 11 주기를 가지는 것보다 이점이 높을 수 있다.
도 5는 실시 예에 따른 발광소자를 포함하는 발광소자 패키지의 절단면을 나타낸 단면도이다.
도 5를 참조하면, 발광소자 패키지(200)는 캐비티가 형성된 몸체(210), 몸체(210)의 바닥면에 실장된 발광소자(220) 및 상기 캐비티에 충진되는 수지물(230)을 포함할 수 있고, 수지물(230)은 형광체(240)를 포함할 수 있다.
몸체(210)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(210)는 사출 성형, 에칭 공정 등에 의해 형성될 수 있으나 이에 대해 한정하지는 않는다.
몸체(210)의 내측면은 경사면이 형성될 수 있다. 이러한 경사면의 각도에 따라 발광소자(220)에서 방출되는 광의 반사각이 달라질 수 있으며, 이에 따라 외부로 방출되는 광의 지향각을 조절할 수 있다.
몸체(210)에 형성되는 캐비티를 위에서 바라본 형상은 원형, 사각형, 다각형, 타원형 등의 형상일 수 있으며, 특히 모서리가 곡선인 형상일 수도 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
발광소자(220)는 몸체(210)의 바닥면에 실장되며, 일 예로 발광소자(220)는 도 1에 나타내고 설명한 발광소자일 수 있다. 발광소자(220)는 예를 들어, 적색, 녹색, 청색, 백색 등의 빛을 방출하는 유색 발광 소자 또는 자외선을 방출하는 UV(Ultra Violet) 발광 소자일 수 있으나, 이에 대해 한정하지는 않는다. 또한, 발광 소자는 한 개 이상 실장될 수 있다.
한편, 몸체(210)는 제1 전극(252) 및 제2 전극(254)을 포함할 수 있다. 제1 전극(252) 및 제2 전극(254)은 발광소자(220)와 전기적으로 연결되어 발광소자(220)에 전원을 공급할 수 있다.
제1 전극(252) 및 제2 전극(254)은 서로 전기적으로 분리되며, 발광소자(220)에서 발생된 빛을 반사시켜 광 효율을 증가시킬 수 있고, 또한 발광소자(220)에서 발생된 열을 외부로 배출시킬 수 있다.
이러한 제1 전극(252) 및 제2 전극(254)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. 또한, 제1 전극(252) 및 제2 전극(254)은 단층 또는 다층 구조를 가지도록 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
수지물(230)은 캐비티에 충진될 수 있으며, 형광체(240)를 포함할 수 있다. 수지물(230)은 투명한 실리콘, 에폭시, 및 기타 수지 재질로 형성될 수 있으며, 캐비티 내에 충진한 후, 이를 자외선 또는 열 경화하는 방식으로 형성될 수 있다.
형광체(240)는 발광소자(220)에서 방출되는 광의 파장에 따라 종류가 선택되어 발광소자패키지(200)가 백색광을 구현하도록 할 수 있다.
수지물(230)에 포함되어 있는 형광체(240)는 발광소자(220)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.
즉, 형광체(240)는 발광소자(220)에서 방출되는 제1 빛을 가지는 광에 의해 여기 되어 제2 빛을 생성할 수 있다. 예를 들어, 발광소자(220)가 청색 발광 다이오드이고 형광체(240)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(200)는 백색 빛을 제공할 수 있다.
이와 유사하게, 발광소자(220)가 녹색 발광 다이오드인 경우는 magenta 형광체 또는 청색과 적색의 형광체(240)를 혼용하는 경우, 발광소자(220)가 적색 발광 다이오드인 경우는 Cyan형광체 또는 청색과 녹색 형광체를 혼용하는 경우를 예로 들 수 있다.
이러한 형광체(240)는 YAG계, TAG계, 황화물계, 실리케이트계, 알루미네이트계, 질화물계, 카바이드계, 니트리도실리케이트계, 붕산염계, 불화물계, 인산염계 등의 공지된 것일 수 있다.
도 6은 실시 예에 따른 발광소자를 포함하는 조명 장치를 나타낸 사시도이며, 도 7은 도 6의 조명장치의 A-A' 단면을 나타낸 단면도이다.
이하에서는, 실시 예에 따른 조명장치(300)의 형상을 보다 상세히 설명하기 위해, 조명장치(300)의 길이방향(Z)과, 길이방향(Z)과 수직인 수평방향(Y), 그리고 길이방향(Z) 및 수평방향(Y)과 수직인 높이방향(X)으로 설명하기로 한다.
즉, 도 7은 도 6의 조명장치(300)를 길이방향(Z)과 높이방향(X)의 면으로 자르고, 수평방향(Y)으로 바라본 단면도이다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 조명장치(300)는 몸체(310), 몸체(310)와 체결되는 커버(330) 및 몸체(310)의 양단에 위치하는 마감캡(350)을 포함할 수 있다.
몸체(310)의 하부면에는 발광소자모듈(340)이 체결되며, 몸체(310)는 발광소자모듈(340)에서 발생된 열이 몸체(310)의 상부면을 통해 외부로 방출할 수 있도록 전도성 및 열발산 효과가 우수한 금속재질로 형성될 수 있다.
발광소자모듈(340)은 PCB기판(342)과 발광소자(미도시)를 포함하는 발광소자패키지(344)를 포함하며, 발광소자패키지(344)는 PCB기판(342) 상에 다색, 다열로 실장될 수 있어 어레이를 이룰 수 있고, 동일한 간격으로 실장되거나 또는 필요에 따라 다양한 이격 거리를 가지고 실장되어 밝기 등을 조절할 수 있다. 이러한 PCB기판(342)으로는 MCPCB(Metal Core PCB) 또는 FR4 재질의 PCB 등을 사용할 수 있다.
커버(330)는 몸체(310)의 하부면을 감싸도록 원형의 형태로 형성될 수 있으나, 이에 한정되지 않음은 물론이다.
커버(330)는 내부의 발광소자모듈(340)을 외부의 이물질 등으로부터 보호한다. 또한, 커버(330)는 발광소자패키지(344)에서 발생한 광의 눈부심을 방지하고, 외부로 광을 균일하게 방출할 수 있도록 확산입자를 포함할 수 있으며, 또한 커버(330)의 내면 및 외면 중 적어도 어느 한 면에는 프리즘 패턴 등이 형성될 수 있다. 또한 커버(330)의 내면 및 외면 중 적어도 어느 한 면에는 형광체가 도포될 수도 있다.
한편, 발광소자패키지(344)에서 발생한 광은 커버(330)를 통해 외부로 방출되므로 커버(330)는 광투과율이 우수하여야하며, 발광소자패키지(344)에서 발생한 열에 견딜 수 있도록 충분한 내열성을 구비하고 있어야 하는바, 커버(330)는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylen Terephthalate; PET), 폴리카보네이트(Polycarbonate; PC) 또는 폴리메틸 메타크릴레이트(Polymethyl Methacrylate; PMMA) 등을 포함하는 재질로 형성되는 것이 바람직하다.
마감캡(350)은 몸체(310)의 양단에 위치하며 전원장치(미도시)를 밀폐하는 용도로 사용될 수 있다. 또한 마감캡(350)에는 전원핀(352)이 형성되어 있어, 실시예에 따른 조명장치(300)는 기존의 형광등을 제거한 단자에 별도의 장치 없이 곧바로 사용할 수 있게 된다.
도 8은 제1 실시 예에 따른 발광소자를 포함하는 액정표시장치의 분해 사시도이다.
도 8은 에지-라이트 방식으로, 액정표시장치(400)는 액정표시패널(410)과 액정표시패널(410)로 빛을 제공하기 위한 백라이트 유닛(470)을 포함할 수 있다.
액정표시패널(410)은 백라이트 유닛(470)으로부터 제공되는 광을 이용하여 화상을 표시할 수 있다. 액정표시패널(410)은 액정을 사이에 두고 서로 대향하는 컬러 필터 기판(412) 및 박막 트랜지스터 기판(414)을 포함할 수 있다.
컬러 필터 기판(412)은 액정표시패널(410)을 통해 디스플레이되는 화상의 색을 구현할 수 있다.
박막 트랜지스터 기판(414)은 구동 필름(417)을 통해 다수의 회로부품이 실장되는 인쇄회로기판(418)과 전기적으로 접속되어 있다. 박막 트랜지스터 기판(414)은 인쇄회로기판(418)으로부터 제공되는 구동 신호에 응답하여 인쇄회로기판(418)으로부터 제공되는 구동 전압을 액정에 인가할 수 있다.
박막 트랜지스터 기판(414)은 유리나 플라스틱 등과 같은 투명한 재질의 다른 기판상에 박막으로 형성된 박막 트랜지스터 및 화소 전극을 포함할 수 있다.
백라이트 유닛(470)은 빛을 출력하는 발광소자모듈(420), 발광소자모듈(420)로부터 제공되는 빛을 면광원 형태로 변경시켜 액정표시패널(410)로 제공하는 도광판(430), 도광판(430)으로부터 제공된 빛의 휘도 분포를 균일하게 하고 수직 입사성을 향상시키는 다수의 필름(450, 466, 464) 및 도광판(430)의 후방으로 방출되는 빛을 도광판(430)으로 반사시키는 반사 시트(440)로 구성된다.
발광소자모듈(420)은 복수의 발광소자패키지(424)와 복수의 발광소자패키지(424)가 실장되어 어레이를 이룰 수 있도록 PCB기판(322)을 포함할 수 있다.
한편, 발광소자패키지(424)에 포함되는 발광소자는 도 1에서 상술한바 생략한다.
한편, 백라이트유닛(470)은 도광판(430)으로부터 입사되는 빛을 액정 표시 패널(410) 방향으로 확산시키는 확산필름(466)과, 확산된 빛을 집광하여 수직 입사성을 향상시키는 프리즘필름(450)으로 구성될 수 있으며, 프리즘필름(450)를 보호하기 위한 보호필름(464)을 포함할 수 있다.
도 9는 제2 실시 예에 따른 발광소자를 포함하는 액정표시장치의 분해 사시도이다.
다만, 도 8에서 도시하고 설명한 부분에 대해서는 반복하여 상세히 설명하지 않는다.
도 9는 직하 방식으로, 액정표시장치(500)는 액정표시패널(510)과 액정표시패널(510)로 빛을 제공하기 위한 백라이트 유닛(570)을 포함할 수 있다.
액정표시패널(510)은 도 8에서 설명한 바와 동일하므로, 상세한 설명은 생략한다.
백라이트 유닛(570)은 복수의 발광소자모듈(523), 반사시트(524), 발광소자모듈(523)과 반사시트(524)가 수납되는 하부 섀시(530), 발광소자모듈(523)의 상부에 배치되는 확산판(540) 및 다수의 광학필름(560)을 포함할 수 있다.
발광소자모듈(523) 복수의 발광소자패키지(522)와 복수의 발광소자패키지(522)가 실장되어 어레이를 이룰 수 있도록 PCB기판(521)을 포함할 수 있다.
반사 시트(524)는 발광소자패키지(522)에서 발생한 빛을 액정표시패널(510)이 위치한 방향으로 반사시켜 빛의 이용 효율을 향상시킨다.
한편, 발광소자모듈(523)에서 발생한 빛은 확산판(540)에 입사하며, 확산판(540)의 상부에는 광학 필름(560)이 배치된다. 광학 필름(560)은 확산 필름(566), 프리즘필름(550) 및 보호필름(564)를 포함하여 구성될 수 있다.
이상에서 실시 예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
또한, 이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 실시 예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 실시 예의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
Claims (9)
- 제1 반도체층, 제2 반도체층 및 상기 제1, 2 반도체층 사이에 배치된 활성층을 포함하는 발광구조물;을 포함하고,
상기 활성층은,
InGaN 배리어층 및 InGaN 웰층의 양자우물구조로 이루어진 발광층; 및
상기 발광층 하부에 배치되며, In의 농도가 다른 제1 InGaN층 및 제2 InGaN층이 적어도 6이상의 초격자구조로 이루어진 초격자층;을 포함하며,
상기 제1 InGaN층은 Si가 도핑되고,
상기 제1 InGaN층 중 상기 제1 반도체층과 가장 가까운 제1 InGaN층은 나머지 상기 제1 InGaN층 보다 Si의 도핑 레벨이 낮은 발광소자. - 제 1 항에 있어서, 상기 제1 반도체층은,
언도프 GaN 층; 및
n 도프 GaN 층;을 포함하는 발광소자. - 제 1 항에 있어서, 상기 InGaN 배리어층의 In 함량은,
상기 InGaN 웰층의 In 함량 대비 5 내지 6배 작은 발광소자. - 제 1 항에 있어서, 상기 InGaN 배리어층의 두께는,
상기 InGaN 웰층의 두께 대비 1.7배 내지 2배인 발광소자. - 제 1 항에 있어서, 상기 초격자층의 두께는,
상기 발광층 두께 대비 8배 내지 9배인 발광소자. - 제 1 항에 있어서, 상기 제1 InGaN층의 In 함량은,
상기 제2 InGaN층의 In 함량 대비 4배 내지 5배 작은 발광소자. - 제 1 항에 있어서, 상기 제1 InGaN층의 두께는,
상기 제2 InGaN층의 두께 대비 4배 내지 5배인 발광소자. - 제 1 항에 있어서,
상기 적어도 6이상의 상기 제1 InGaN층 중 어느 하나의 두께는,
나머지 상기 제1 InGaN층의 두께보다 1.5배 내지 2배인 발광소자. - 삭제
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