KR102042437B1 - 발광소자 및 이를 구비하는 조명 시스템 - Google Patents
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Abstract
실시예에 따른 발광소자는 기판과, 상기 기판 상에 형성된 n형 반도체층과, 상기 n형 반도체층 상에 형성된 활성층과, 상기 활성층 상에 형성된 p형 반도체층과, 상기 n형 반도체층 내부에 형성된 다수의 나노필러 구조물을 포함한다.
실시예는 n형 반도체층 내에 나노필러 구조물을 형성함으로써, 실리콘 기판과 n형 반도체층 사이의 격자 부조화 및 열팽창 계수 차이에 의해 발광소자 내부에 스트레스가 발생되는 것을 방지할 수 있다.
실시예는 n형 반도체층 내에 나노필러 구조물을 형성함으로써, 실리콘 기판과 n형 반도체층 사이의 격자 부조화 및 열팽창 계수 차이에 의해 발광소자 내부에 스트레스가 발생되는 것을 방지할 수 있다.
Description
실시예는 발광소자에 관한 것으로, 보다 상세하게는 발광소자의 발광 효율을 향상시키기 위한 발광소자 및 이를 구비하는 조명 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 발광소자(Light Emitting Device)는 전기에너지가 빛 에너지로 변환되는 특성의 화합물 반도체로서, 주기율표상에서 Ⅲ족과 Ⅴ족 등의 화합물 반도체로 생성될 수 있고 화합물 반도체의 조성비를 조절함으로써 다양한 색상구현이 가능하다.
발광소자는 순방향전압 인가 시 n층의 전자와 p층의 정공(hole)이 결합하여 전도대(Conduction band)와 가전대(Valance band)의 밴드갭 에너지에 해당하는 만큼의 에너지를 발산하는데, 이 에너지는 주로 열이나 빛의 형태로 방출되며, 빛의 형태로 발산되면 발광소자가 되는 것이다.예를 들어, 질화물 반도체는 높은 열적 안정성과 폭넓은 밴드갭 에너지에 의해 광소자 및 고출력 전자소자 개발 분야에서 큰 관심을 받고 있다. 특히, 질화물 반도체를 이용한 청색(Blue) 발광소자, 녹색(Green) 발광소자, 자외선(UV) 발광소자 등은 상용화되어 널리 사용되고 있다.
종래 질화물 반도체는 실리콘(Si) 기판 상에 n형 반도체층, 활성층, p형 반도체층이 순차적으로 적층되어 형성된다.
하지만, 실리콘 기판 상에 GaN 재질의 n형 반도체층 성장 시, 기판과 n형 반도체층은 서로 결정 구조가 다르기 때문에 계면을 사이에 두고 격자 부조화(Lattice Mismatch)가 발생되거나, 열팽창 계수 차이(Thermal Expansion Coeifficient) 차이에 의한 스트레스(Stress)이 발생된다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위해, 실시예는 기판과 n형 반도체층 사이의 격자 부조화, 열팽창 계수 차이로 인해 발광소자 내부에 스트레스가 발생되는 것을 방지하기 위한 발광소자 및 이를 구비하는 조명 시스템을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위하여, 실시예에 따른 발광소자는 기판과, 상기 기판 상에 형성된 제1 도전형 반도체층과, 상기 제1 도전형 반도체층 상에 형성된 활성층과, 상기 활성층 상에 형성된 제2 도전형 반도체층과, 상기 제1 도전형 반도체층 내부에 형성된 다수의 나노필러 구조물을 포함한다.
실시예는 제1 도전형 반도체층 내에 나노필러 구조물을 형성함으로써, 실리콘 기판과 제1 도전형 반도체층 사이의 격자 부조화 및 열팽창 계수 차이에 의해 발광소자 내부에 스트레스가 발생되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 실시예는 발광소자 내부의 스트레인을 제거함으로써, 발광 효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 제1 실시예에 따른 발광소자를 나타낸 단면도이다.
도 2는 제1 실시예에 따른 나노필러 구조물이 형성된 제1 도전형 반도체층을 나타낸 단면도이다.
도 3은 제1 실시예에 따른 나노필러 구조물이 형성된 제1 도전형 반도체층을 나타낸 평면도이다.
도 4는 제2 실시예에 따른 발광소자를 나타낸 단면도이다.
도 5는 제2 실시예에 따른 나노필러 구조물이 형성된 제1 도전형 반도체층을 나타낸 단면도이다.
도 6은 제3 실시예에 따른 발광소자를 나타낸 단면도이다.
도 7은 제3 실시예에 따른 나노필러 구조물이 형성된 제1 도전형 반도체층을 나타낸 단면도이다.
도 8 및 도 9는 제3 실시예에 따른 나노필러 구조물이 형성된 제1 도전형 반도체층의 변형 예를 나타낸 단면도이다.
도 10은 실시예에 따른 발광소자 패키지의 단면도이다.
도 11 내지 도 13은 실시예에 따른 발광소자가 구비된 조명 시스템의 실시예들을 나타낸 분해 사시도이다.
도 2는 제1 실시예에 따른 나노필러 구조물이 형성된 제1 도전형 반도체층을 나타낸 단면도이다.
도 3은 제1 실시예에 따른 나노필러 구조물이 형성된 제1 도전형 반도체층을 나타낸 평면도이다.
도 4는 제2 실시예에 따른 발광소자를 나타낸 단면도이다.
도 5는 제2 실시예에 따른 나노필러 구조물이 형성된 제1 도전형 반도체층을 나타낸 단면도이다.
도 6은 제3 실시예에 따른 발광소자를 나타낸 단면도이다.
도 7은 제3 실시예에 따른 나노필러 구조물이 형성된 제1 도전형 반도체층을 나타낸 단면도이다.
도 8 및 도 9는 제3 실시예에 따른 나노필러 구조물이 형성된 제1 도전형 반도체층의 변형 예를 나타낸 단면도이다.
도 10은 실시예에 따른 발광소자 패키지의 단면도이다.
도 11 내지 도 13은 실시예에 따른 발광소자가 구비된 조명 시스템의 실시예들을 나타낸 분해 사시도이다.
이하, 도면을 참조하여 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 제1 실시예에 따른 발광소자를 나타낸 단면도이고, 도 2는 제1 실시예에 따른 나노필러 구조물이 형성된 제1 도전형 반도체층을 나타낸 단면도이고, 도 3은 제1 실시예에 따른 나노필러 구조물이 형성된 제1 도전형 반도체층을 나타낸 평면도이다.
도 1을 참조하면, 제1 실시예에 따른 발광소자(100)는 기판(110)과, 상기 기판(110) 상에 형성된 버퍼층(171)과, 상기 버퍼층(171) 상에 형성되어 내부에 나노필러 구조물(124)이 형성된 제1 도전형 반도체층(120)과, 상기 제1 도전형 반도체층(120) 상에 순차적으로 형성된 전류 확산층(173) 및 스트레인 제어층(175)과, 상기 스트레인 제어층(175) 상에 형성된 활성층(130)과, 상기 활성층(130) 상에 형성된 전자 차단층(177)과, 상기 전자 차단층(177) 상에 형성된 제2 도전형 반도체층(140)과, 상기 제2 도전형 반도체층(140) 상에 형성된 오믹층(179)과, 상기 제1 도전형 반도체층(120) 상에 형성된 제1 전극(150)과, 상기 오믹층(179) 상에 형성된 제2 전극(160)을 포함한다.
기판(110)은 열전도성이 뛰어난 물질로 형성될 수 있으며, 전도성 기판 또는 절연성 기판일 수 있다. 예를 들어, 상기 기판(110)은 사파이어(Al2O3), SiC, Si, GaAs, GaN, ZnO, GaP, InP, Ge, and Ga203 중 적어도 하나를 사용할 수 있다. 상기 기판(110) 위에는 요철 구조가 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 기판(110) 상에는 버퍼층(171)이 형성될 수 있다.
상기 버퍼층(171)은 상기 발광구조물의 재료와 기판(110)의 격자 부정합을 완화시켜 주는 역할을 한다. 버퍼층(171)으로는 3족-5족 화합물 반도체 예컨대, GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN 중 적어도 하나로 형성될 수 있으며, 스퍼터링법에 의해 형성될 수 있다. 이와 달리, 버퍼층(171)으로 언도프트 질화갈륨층일 수 있다.
상기 버퍼층(171)은 1개 이상의 층으로 형성될 수 있으며, 다수개로 적층 형성된 버퍼층(171)은 서로 다른 재질로 형성될 수 있다. 예컨대, 2개의 버퍼층(171)으로 형성될 경우, 제1 버퍼층은 언도프트 질화갈륨층일 수 있고, 제2 버퍼층은 AlxGa(1-x)N(0≤x≤1)/GaN 초격자층일 수 있다.
제2 버퍼층인 AlxGa(1-x)N(0≤x≤1)/GaN 초격자층은 발광구조물의 재료와 기판(110)의 격자 부정합에 따른 전위(dislocations)를 더욱 효과적으로 차단시켜 줄 수 있다.
상기 버퍼층(171) 상에는 실시예에 따른 제1 도전형 반도체층(120)이 형성될 수 있다.
상기 제1 도전형 반도체층(120)은 반도체 화합물 예컨대, 3족-5족, 2족-6족 등의 화합물 반도체로 구현될 수 있으며, n형 도펀트가 도핑될 수 있다. 상기 N형 도펀트로는 Si, Ge, Sn, Se, Te를 포함할 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
이와 달리, 상기 제1 도전형 반도체층(120)은 InxAlyGa1 -x- yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질을 포함할 수 있다. 상기 제1 도전형 반도체층(120)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(120) 내부에는 나노필러 구조물(124)이 형성될 수 있다. 나노필러 구조물(124)은 실리콘 재질의 기판(110) 상에 GaN 재질의 n형 반도체층을 성장 시, 기판(110)과 제1 도전형 반도체층(120)에 발생되는 격자 부조합, 열팽창 계수 차이로 인해 스트레인이 발생되는 것을 방지하는 역할을 한다.
나노필러 구조물(124)이 형성된 제1 도전형 반도체층(120)의 구조에 대해서는 이후 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하기로 한다.
상기 제1 도전형 반도체층(120) 상에는 전류 확산층(173)이 형성될 수 있다.
상기 전류 확산층(173)은 내부 양자 효율을 향상시켜 광 효율을 증대시킬 수 있으며, 언도프트 질화갈륨층(undoped GaN layer)일 수 있다.
또한, 전류 확산층(173) 상에는 전자 주입층(미도시)이 더 형성될 수도 있다. 상기 전자 주입층은 도전형 질화갈륨층일 수 있다. 예를 들어, 상기 전자 주입층은 n형 도핑원소가 6.0x1018atoms/cm3~3.0x1019atoms/cm3의 농도로 도핑 됨으로써 효율적으로 전자주입을 할 수 있다.
상기 전자 확산층(173) 상에는 스트레인 제어층(175)이 형성될 수 있다.
상기 스트레인 제어층(175)은 제1 도전형 반도체층(120)과 활성층(130) 사이의 격자 불일치에 기이한 응력을 효과적으로 완화시키는 역할을 한다. 상기 스트레인 제어층(175)은 다층(multi-layer)으로 형성될 수 있으며, 예컨대, 상기 스트레인 제어층(175)은 AlxInyGa1 -x- yN 및 GaN을 복수의 쌍(pair)으로 구비할 수 있다.
상기 스트레인 제어층(175)의 격자상수는 상기 제1 도전형 반도체층(120)의 격자상수보다는 크되, 상기 활성층(130)의 격자상수보다는 작을 수 있다. 이에 따라 활성층(130)과 제1 도전형 반도체층(120) 사이에 격자상수 차이에 의한 스트레스를 최소화할 수 있다.
상기 스트레인 제어층(175) 상에는 활성층(130)이 형성될 수 있다.
상기 활성층(130)은 제1 도전형 반도체층(120)을 통해서 주입되는 전자와 이후 형성되는 제2 도전형 반도체층(140)을 통해서 주입되는 정공이 서로 만나서 활성층(발광층) 물질 고유의 에너지 밴드에 의해서 결정되는 에너지를 갖는 빛을 방출하는 층이다.
상기 활성층(130)은 단일 양자 우물 구조, 다중 양자 우물 구조(MQW: Multi Quantum Well), 양자 선(Quantum-Wire) 구조, 또는 양자 점(Quantum Dot) 구조 중 적어도 어느 하나로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 활성층(130)은 트리메틸 갈륨 가스(TMGa), 암모니아 가스(NH3), 질소 가스(N2), 및 트리메틸 인듐 가스(TMIn)가 주입되어 다중 양자우물구조가 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 활성층(130)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(130) 상에는 전자 차단층(177)이 형성될 수 있다.
상기 전자 차단층(177)은 전자 차단(electron blocking) 및 활성층의 클래딩(MQW cladding) 역할을 하며, 이로 인해 발광 효율을 향상시킬 수 있다. 전자 차단층(177)은 AlxInyGa(1-x-y)N(0≤x≤1,0≤y≤1)계 반도체로 형성될 수 있으며, 상기 활성층(130)의 에너지 밴드 갭보다는 높은 에너지 밴드 갭을 가질 수 있으며, 약 100Å~ 약 600Å의 두께로 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 이와 달리, 상기 전자 차단층(177)은 AlzGa(1-z)N/GaN(0≤z≤1) 초격자(superlattice)로 형성될 수 있다.
상기 전자 차단층(177) 상에는 제2 도전형 반도체층(140)이 형성될 수 있다.
상기 제2 도전형 반도체층(140)은 반도체 화합물로 형성될 수 있다. 3족-5족, 2족-6족 등의 화합물 반도체로 구현될 수 있으며, 제2 도전형 도펀트가 도핑될 수 있다.
예컨대, 상기 제2 도전형 반도체층(140)은 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(140)의 도펀트로서, Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등을 포함할 수 있다.
상기 제2 도전형 반도체층(140) 상에는 오믹층(179)이 형성될 수 있다.
오믹층(179)은 캐리어 주입을 효율적으로 할 수 있도록 단일 금속 또는 금속합금, 금속 산화물 등을 다중으로 적층할 수도 있다. 예컨대, 오믹층(179)은 반도체와 전기적인 접촉이 우수한 물질로 형성될 수 있으며, 오믹층(179)으로는 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, 및 Ni/IrOx/Au/ITO, Ag, Ni, Cr, Ti, Al, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au, Hf 중 적어도 하나를 포함하여 형성될 수 있으며, 이러한 재료에 한정되는 않는다.
오믹층(179) 상에는 제2 전극(160)이 형성되며, 상부 일부가 노출된 n형 반도체층(130) 상에는 제1 전극(150)이 형성된다. 이후, 최종적으로 제1 전극(150) 및 제2 전극(160)은 서로 연결됨으로써 발광 소자의 제작이 완료될 수 있다.
한편, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 제1 실시예에 따른 나노필러 구조물이 형성된 제1 도전형 반도체층(120)은 제1 n형 반도체층(122)과, 상기 제1 n형 반도체층(122) 상에 형성된 사다리꼴 기둥 형상의 나노필러 구조물(124)과, 상기 나노필러 구조물(124) 상에 형성된 제2 n형 반도체층(126)을 포함한다.
제1 제1 도전형 반도체층(120)은 반도체 화합물 예컨대, 3족-5족, 2족-6족 등의 화합물 반도체로 구현될 수 있으며, 기판 상에 MOCVD 법에 의해 일정 두께로 형성될 수 있다.
나노필러 구조물(124)은 제1 n형 반도체층(122) 상에 형성되며, 상기 제1 n형 반도체층(122) 상에 일정 간격 이격되도록 형성될 수 있다. 여기서, 나노필러 구조물(124)들의 간격은 나노 사이즈를 가지도록 형성될 수 있다.
나노필러 구조물(124)은 단면이 사다리꼴 형상을 가지는 기둥으로 형성될 수 있다. 나노필러 구조물(124)은 단면이 사다리꼴 형상을 가지는 기둥 외에도 사각 기둥, 원기둥 등 다양한 형상의 기둥 형상으로 형성될 수 있다.
나노필러 구조물(124)의 단면이 사다리꼴 형상의 기둥으로 형성될 경우, 나노필러 구조물(124)의 측면은 경사를 가지게 되기 때문에 사각 기둥, 원기둥으로 형성한 나노필러 구조물에 비해 발광소자의 각 층에 걸리는 스트레스를 더욱 완화시켜주게 된다.
나노필러 구조물(124)의 상부 지름(Diameter, L1)은 100nm 내지 200nm로 형성될 수 있으며, 나노필러 구조물(124)의 하부 지름(L2)은 상부 지름(L1)보다 더 크게 형성될 수 있다. 예컨대, 나노필러 구조물(124)의 하부 지름(L2)은 나노 필러 구조물(124) 상부 지름(L1)의 1.5 내지 2.0배로 형성될 수 있으며, 150nm 내지 400nm로 형성될 수 있다.
나노필러 구조물(124)의 높이(H1)는 나노필러 구조물(124)의 상부 지름(L1)의 0.5배 내지 1배로 형성될 수 있으며, 예컨대, 50nm 내지 200nm로 형성될 수 있다.
나노필러 구조물(124)은 GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN,AlGaAs, InGaAs, AlInGaAs, GaP, AlGaP, InGaP, AlInGaP, InP 중 어느 하나로 형성될 수 있다. 예컨대, 나노필러 구조물(124)은 제1 n형 반도체층(122)의 재질과 대응되게 형성될 수 있다.
이러한 나노필러 구조물(124)은 기판(110) 상에 제1 n형 반도체층(122)을 성장 후, 유도결합 플라즈마(Inductively coupled plasma, ICP) 식각법을 이용하여 제1 n형 반도체층(122)의 일부를 식각함으로써, 단면이 사다리꼴의 기둥 형상인 나노필러 구조물(124)을 형성할 수 있다.
상기와 같이, 제1 n형 반도체층(122)에 나노필러 구조물(124)이 형성되면, 나노필러 구조물(124) 상에는 제2 n형 반도체층(126)을 MOCVD 법에 의해 형성할 수 있다.
나노필러 구조물(124)은 제1 n형 반도체층(122) 상에 일정 영역에만 형성되어 있기 때문에 제2 n형 반도체층(126)은 나노필러 구조물(124)과 나노필러 구조물(124)이 형성되지 않은 제1 n형 반도체층(122) 영역을 덮도록 형성될 수 있다.
상기와 같이, 실시예는 제1 도전형 반도체층(120) 내에 나노필러 구조물(124)을 형성함으로써, 전위가 많은 GaN층 영역과 결정질이 양호한 GaN층 영역이 고르게 분포될 수 있으며, 이로부터 발광소자 내의 스트레스를 감소시킬 수 있게 된다.
도 4는 제2 실시예에 따른 발광소자를 나타낸 단면도이고, 도 5는 제2 실시예에 따른 나노필러 구조물이 형성된 제1 도전형 반도체층을 나타낸 단면도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 제2 실시예에 따른 발광소자(100)는 기판(110)과, 상기 기판(110) 상에 형성된 버퍼층(171)과, 상기 버퍼층(171) 상에 형성되어 내부에 나노필러 구조물(224)이 형성된 제1 도전형 반도체층(220)과, 상기 제1 도전형 반도체층(220) 상에 순차적으로 형성된 전류 확산층(173) 및 스트레인 제어층(175)과, 상기 스트레인 제어층(175) 상에 형성된 활성층(130)과, 상기 활성층(130) 상에 형성된 전자 차단층(177)과, 상기 전자 차단층(177) 상에 형성된 제2 도전형 반도체층(140)과, 상기 제2 도전형 반도체층(140) 상에 형성된 오믹층(179)과, 상기 제1 도전형 반도체층(220) 상에 형성된 제1 전극(150)과, 상기 오믹층(179) 상에 형성된 제2 전극(160)을 포함한다. 여기서, 제1 도전형 반도체층(220)을 제외한 구성은 제1 실시예와 중복되므로 생략한다.
도 5에 도시된 바와 같이, 제2 실시예에 따른 제1 도전형 반도체층(220)은 제1 n형 반도체층(222)과, 상기 제1 n형 반도체층(222) 상에 형성된 역사다리꼴 기둥 형상의 나노필러 구조물(224)과, 상기 나노필러 구조물(224) 상에 형성된 제2 n형 반도체층(226)을 포함한다.
나노필러 구조물(224)은 제1 n형 반도체층(222) 상에 형성되며, 상기 제1 n형 반도체층(222) 상에 일정 간격 이격되도록 형성될 수 있다. 여기서, 나노필러 구조물(224)들의 간격은 나노 사이즈를 가지도록 형성될 수 있다.
나노필러 구조물(224)은 제1 실시예의 나노필러 구조물과 달리, 단면이 역사다리꼴 형상을 가지는 기둥 형상으로 형성될 수 있다.
나노필러 구조물(224)의 하부 지름(Diameter, L4)은 100nm 내지 200nm로 형성될 수 있으며, 나노필러 구조물(224)의 상부 지름(L3)은 하부 지름(L4)보다 더 크게 형성될 수 있다. 예컨대, 나노필러 구조물(224)의 상부 지름(L3)은 나노 필러 구조물(224) 하부 지름(L4)의 1.5 내지 2.0배로 형성될 수 있으며, 150nm 내지 400nm로 형성될 수 있다.
나노필러 구조물(224)의 높이(H2)는 나노필러 구조물(224)의 하부 지름의 0.5배 내지 1배로 형성될 수 있으며, 예컨대, 50nm 내지 200nm로 형성될 수 있다.
나노필러 구조물(224)은 GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN,AlGaAs, InGaAs, AlInGaAs, GaP, AlGaP, InGaP, AlInGaP, InP 중 어느 하나로 형성될 수 있다.
나노필러 구조물(224)은 제1 n형 반도체층(222) 상에 상기에서 개시된 물질로 성장 후, 유도결합 플라즈마(Inductively coupled plasma, ICP) 식각법을 이용하여 단면이 역사다리꼴 형상의 기둥을 형성할 수 있다.
제2 n형 반도체층(226)은 나노필러 구조물(224) 상에 MOCVD 법에 의해 형성될 수 있으며, 나노필러 구조물(224)과 제1 n형 반도체층(222)을 덮도록 형성될 수 있다.
상기와 같이, 나노필러 구조물(224)은 단면이 역사다리꼴 형상의 기둥 형상으로 형성됨으로써, 제1 n형 반도체층(222)과의 접촉 면적을 줄일 수 있으며, 이로 인해 단면이 사다리꼴인 기둥 형상인 제1 실시예에 따른 나노필러 구조물에 비해 발광소자 내의 스트레스를 더욱 줄일 수 있는 효과를 가지게 된다.
도 6은 제3 실시예에 따른 발광소자를 나타낸 단면도이고, 도 7은 제3 실시예에 따른 나노필러 구조물이 형성된 제1 도전형 반도체층을 나타낸 단면도이고, 도 8 및 도 9는 제3 실시예에 따른 나노필러 구조물이 형성된 제1 도전형 반도체층의 변형 예를 나타낸 단면도이다.
도 6을 참조하면, 제3 실시예에 따른 발광소자(100)는 기판(110)과, 상기 기판(110) 상에 형성된 버퍼층(171)과, 상기 버퍼층(171) 상에 형성되어 내부에 나노필러 구조물(323, 327)이 형성된 제1 도전형 반도체층(320)과, 상기 제1 도전형 반도체층(320) 상에 순차적으로 형성된 전류 확산층(173) 및 스트레인 제어층(175)과, 상기 스트레인 제어층(175) 상에 형성된 활성층(130)과, 상기 활성층(130) 상에 형성된 전자 차단층(177)과, 상기 전자 차단층(177) 상에 형성된 제2 도전형 반도체층(140)과, 상기 제2 도전형 반도체층(140) 상에 형성된 오믹층(179)과, 상기 제1 도전형 반도체층(320) 상에 형성된 제1 전극(150)과, 상기 오믹층(179) 상에 형성된 제2 전극(160)을 포함한다. 여기서, 제1 도전형 반도체층(320)을 제외한 구성은 제1 실시예와 동일하므로 생략한다.
도 7에 도시된 바와 같이, 제3 실시예에 따른 제1 도전형 반도체층(320)은 제1 n형 반도체층(321)과, 상기 제1 n형 반도체층(321) 상에 형성된 다수의 제1 나노필러 구조물(323)과, 상기 제1 나노필러 구조물(323) 상에 형성된 제2 n형 반도체층(325)과, 상기 제2 n형 반도체층(325) 상에 형성된 다수의 제2 나노필러 구조물(327)과, 상기 제2 나노필러 구조물(327) 상에 형성된 제3 n형 반도체층(329)을 포함한다.
제1 나노필러 구조물(323)은 제1 n형 반도체층(321) 상에 이격되도록 다수개가 형성될 수 있으며, 제1 나노필러 구조물(323)은 단면이 사다리꼴인 기둥 형상으로 형성될 수 있다. 여기서, 제1 나노필러 구조물(323)은 기판(110) 상에 MOCVD 법에 의해 제1 n형 반도체층(321)이 증착된 후, ICP 식각법에 의해 식각되어 나노 사이즈를 가지도록 형성될 수 있다.
제2 나노필러 구조물(327)은 제2 n형 반도체층(325) 상에 이격되도록 다수개가 형성될 수 있으며, 제1 나노필러 구조물(323)과 대응되도록 단면이 사다리꼴인 기둥 형상으로 형성될 수 있다.
제2 나노필러 구조물(327)의 상부에는 제3 n형 반도체층(329)이 형성되며, 제3 n형 반도체층(329)은 제2 나노필러 구조물(327)과, 제2 n형 반도체층(325)의 상부를 덮도록 형성될 수 있다.
제2 나노필러 구조물(327)은 제1 나노필러 구조물(323)과 중첩되지 않은 영역에 형성될 수 있다. 예컨대, 제2 나노필러 구조물(327)은 제1 나노필러 구조물(323) 사이의 영역과 대응되는 제2 n형 반도체층(325) 상에 형성될 수 있다.
제1 나노필러 구조물(323) 및 제2 나노필러 구조물(327)의 상부 지름, 하부 지름, 높이는 제1 실시예에 따른 나노필러 구조물의 사이즈와 동일하게 형성될 수 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 제1 나노필러 구조물(323)의 상부 지름(L5)은 제2 나노필러 구조물(327)의 상부 지름(L6)과 대응될 수 있으며, 제1 나노필러 구조물(323)의 하부 지름(L7)은 제2 나노필러 구조물(327)의 하부 지름(L8)과 대응될 수 있다. 또한, 제1 나노필러 구조물(323)의 높이(H3)는 제2 나노필러 구조물(327)의 높이(H4)와 대응될 수 있다.
제1 나노필러 구조물(323)들은 서로 이격되도록 형성되어 있으며, 제1 나노필러 구조물(323) 사이의 거리(D1)는 제2 나노필러 구조물(327)의 하부 지름(L8)과 대응될 수 있다.
상기와 같은 구조는 제1 나노필러 구조물(323)들 사이의 영역에 제2 나노필러 구조물(327)을 형성함으로써, 이로부터 발광소자 내에 걸려 있는 스트레스를 더욱 완화시켜 줄 수 있는 효과를 가지게 된다.
상기에서는 제2 나노필러 구조물(327)의 하부 지름(L8)이 제1 나노필러 구조물들(323) 사이의 거리(D1)와 동일하게 형성하였으나, 이와 달리, 제1 나노필러 구조물(323)과 제2 나노필러 구조물(327)은 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이 형성될 수 있다.
도 8에 도시된 바와 같이, 제1 나노필러 구조물(323)은 제1 n형 반도체층(321) 상에 형성되며, 제1 나노필러 구조물(323) 상에는 제2 n형 반도체층(325)이 형성된다. 제2 n형 반도체층(325) 상에는 제2 나노필러 구조물(327)이 형성되고, 제2 나노필러 구조물(327) 상에는 제3 n형 반도체층(329)이 형성된다. 여기서, 제1 나노필러 구조물(323) 및 제2 나노필러 구조물(327)의 배치 구조를 제외한 나머지 구성은 제3 실시예에 따른 구조와 중복되므로 생략한다.
제1 나노필러 구조물(321)의 상부 지름(L5), 하부 지름(L7), 높이(H3)는 제2 나노필러 구조물(327)의 상부 지름(L6), 하부 지름(L8), 높이(H4)와 대응되도록 형성될 수 있다.
제1 나노필러 구조물(323)들은 일정 거리 이격되도록 형성되어 있으며, 제1 나노필러 구조물(323)들 사이의 거리(D2)는 제2 나노필러 구조물(327)들의 하부 지름(L8)보다 크게 형성될 수 있다. 이로부터 제1 나노필러 구조물(323)은 제2 나노필러 구조물(327)과 중첩되지 않은 영역에 형성될 수 있다.
이와 다르게, 도 9에 도시된 바와 같이, 제1 나노필러 구조물(323)은 제1 n형 반도체층(321) 상에 형성되며, 제1 나노필러 구조물(323) 상에는 제2 n형 반도체층(325)이 형성된다. 제2 n형 반도체층(325) 상에는 제2 나노필러 구조물(327)이 형성되고, 제2 나노필러 구조물(327) 상에는 제3 n형 반도체층(329)이 형성된다. 여기서, 제1 나노필러 구조물(323) 및 제2 나노필러 구조물(327)의 배치 구조를 제외한 나머지 구성은 제3 실시예에 따른 구조와 대응되므로 생략한다.
제1 나노필러 구조물(323)들은 일정 거리 이격되도록 형성되어 있으며, 제2 나노필러 구조물(327)은 제1 나노필러 구조물(323)들과 중첩되도록 형성될 수 있다. 예컨대, 제1 나노필러 구조물(323)들 사이의 거리(D3)는 제2 나노필러 구조물(327)들의 하부 지름(L9)보다 작도록 형성될 수 있다.
상기와 같이, 제2 나노필러 구조물(327)은 제1 나노필러 구조물(323)들과 일부 중첩되도록 형성함으로써, 발광소자 내에 걸리는 스트레스를 더욱 효과적으로 차단할 수 있게 된다.
상기와 같이, 제3 실시예에 따른 제1 도전형 반도체층은 내부에 나노필러 구조물을 다층에 걸쳐 형성함으로써, 발광소자 내의 스트레스에 의한 스트레인을 더욱 효과적으로 방지할 수 있다.
상기에서는 제1 나노필러 구조물(323)과 제2 나노필러 구조물(327)을 단면이 사다리꼴인 기둥 형상으로 형성하였지만, 이에 한정되지 않으며, 제1 나노필러 구조물(323)과 제2 나노필러 구조물(327)을 모두 역사다리꼴인 기둥 형상으로 형성할 수 있다.
이와 달리, 제1 나노필러 구조물(323)을 사다리꼴 형상으로 형성하고, 제2 나노필러 구조물(327)을 역사다리꼴 형상으로 형성할 수 있다. 또한, 제1 나노필러 구조물(323)을 역사다리꼴 형상으로 형성하고, 제2 나노필러 구조물(327)을 사다리꼴 형상으로 형성할 수 있다.
도 10은 실시예에 따른 발광소자 패키지의 단면도이다. 실시예에 따른 발광소자 패키지는 제1 실시예 내지 제3 실시예에 따른 발광소자가 장착될 수 있다.
발광 소자 패키지(400)는 패키지 몸체부(405)와, 상기 패키지 몸체부(405) 상에 배치된 제3 전극층(413) 및 제4 전극층(414)과, 상기 패키지 몸체부(405) 상에 배치되어 상기 제3 전극층(413) 및 제4 전극층(414)과 전기적으로 연결되는 발광 소자(100)와, 상기 발광 소자(100)를 포위하는 몰딩부재(430)가 포함된다.
상기 패키지 몸체부(405)는 실리콘 재질, 합성수지 재질, 또는 금속 재질을 포함하여 형성될 수 있으며, 상기 발광 소자(100)의 주위에 경사면이 형성될 수 있다.
상기 제3 전극층(413) 및 제4 전극층(414)은 서로 전기적으로 분리되며, 상기 발광 소자(100)에 전원을 제공하는 역할을 한다. 또한, 상기 제3 전극층(413) 및 제4 전극층(414)은 상기 발광 소자(100)에서 발생된 빛을 반사시켜 광 효율을 증가시키는 역할을 할 수 있으며, 상기 발광 소자(100)에서 발생된 열을 외부로 배출시키는 역할을 할 수도 있다.
상기 발광 소자(100)는 상기 패키지 몸체부(405) 상에 배치되거나 상기 제3 전극층(413) 또는 제4 전극층(414) 상에 배치될 수 있다.
상기 발광 소자(100)는 상기 제3 전극층(413) 및/또는 제4 전극층(414)과 와이어 방식, 플립칩 방식 또는 다이 본딩 방식 중 어느 하나에 의해 전기적으로 연결될 수도 있다. 실시예에서는 상기 발광 소자(100)가 상기 제3 전극층(413) 및 제4 전극층(414)과 각각 와이어를 통해 전기적으로 연결된 것이 예시되어 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 몰딩부재(430)는 상기 발광 소자(100)를 포위하여 상기 발광 소자(100)를 보호할 수 있다. 또한, 상기 몰딩부재(430)에는 형광체(432)가 포함되어 상기 발광 소자(100)에서 방출된 광의 파장을 변화시킬 수 있다.
도 11 내지 도 13은 실시예에 따른 발광소자가 구비된 조명 시스템의 실시예들을 나타낸 분해 사시도이다.
도 11에 도시된 바와 같이, 실시예에 따른 조명 장치는 커버(2100), 광원 모듈(2200), 방열체(2400), 전원 제공부(2600), 내부 케이스(2700), 소켓(2800)을 포함할 수 있다. 또한, 실시 예에 따른 조명 장치는 부재(2300)와 홀더(2500) 중 어느 하나 이상을 더 포함할 수 있다. 상기 광원 모듈(2200)은 실시예에 따른 발광소자(100) 또는 발광소자 패키지(200)를 포함할 수 있다.
예컨대, 상기 커버(2100)는 벌브(bulb) 또는 반구의 형상을 가지며, 속이 비어 있고, 일 부분이 개구된 형상으로 제공될 수 있다. 상기 커버(2100)는 상기 광원 모듈(2200)과 광학적으로 결합될 수 있다. 예를 들어, 상기 커버(2100)는 상기 광원 모듈(2200)로부터 제공되는 빛을 확산, 산란 또는 여기 시킬 수 있다. 상기 커버(2100)는 일종의 광학 부재일 수 있다. 상기 커버(2100)는 상기 방열체(2400)와 결합될 수 있다. 상기 커버(2100)는 상기 방열체(2400)와 결합하는 결합부를 가질 수 있다.
상기 커버(2100)의 내면에는 유백색 도료가 코팅될 수 있다. 유백색의 도료는 빛을 확산시키는 확산재를 포함할 수 있다. 상기 커버(2100)의 내면의 표면 거칠기는 상기 커버(2100)의 외면의 표면 거칠기보다 크게 형성될 수 있다. 이는 상기 광원 모듈(2200)로부터의 빛이 충분히 산란 및 확산되어 외부로 방출시키기 위함이다.
상기 커버(2100)의 재질은 유리(glass), 플라스틱, 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 폴리카보네이트(PC) 등일 수 있다. 여기서, 폴리카보네이트는 내광성, 내열성, 강도가 뛰어나다. 상기 커버(2100)는 외부에서 상기 광원 모듈(2200)이 보이도록 투명할 수 있고, 불투명할 수 있다. 상기 커버(2100)는 블로우(blow) 성형을 통해 형성될 수 있다.
상기 광원 모듈(2200)은 상기 방열체(2400)의 일 면에 배치될 수 있다. 따라서, 상기 광원 모듈(2200)로부터의 열은 상기 방열체(2400)로 전도된다. 상기 광원 모듈(2200)은 광원부(2210), 연결 플레이트(2230), 커넥터(2250)를 포함할 수 있다.
상기 부재(2300)는 상기 방열체(2400)의 상면 위에 배치되고, 복수의 광원부(2210)들과 커넥터(2250)이 삽입되는 가이드홈(2310)들을 갖는다. 상기 가이드홈(2310)은 상기 광원부(2210)의 기판 및 커넥터(2250)와 대응된다.
상기 부재(2300)의 표면은 빛 반사 물질로 도포 또는 코팅된 것일 수 있다. 예를 들면, 상기 부재(2300)의 표면은 백색의 도료로 도포 또는 코팅된 것일 수 있다. 이러한 상기 부재(2300)는 상기 커버(2100)의 내면에 반사되어 상기 광원 모듈(2200)측 방향으로 되돌아오는 빛을 다시 상기 커버(2100) 방향으로 반사한다. 따라서, 실시 예에 따른 조명 장치의 광 효율을 향상시킬 수 있다.
상기 부재(2300)는 예로서 절연 물질로 이루어질 수 있다. 상기 광원 모듈(2200)의 연결 플레이트(2230)는 전기 전도성의 물질을 포함할 수 있다. 따라서, 상기 방열체(2400)와 상기 연결 플레이트(2230) 사이에 전기적인 접촉이 이루어질 수 있다. 상기 부재(2300)는 절연 물질로 구성되어 상기 연결 플레이트(2230)와 상기 방열체(2400)의 전기적 단락을 차단할 수 있다. 상기 방열체(2400)는 상기 광원 모듈(2200)로부터의 열과 상기 전원 제공부(2600)로부터의 열을 전달받아 방열한다.
상기 홀더(2500)는 내부 케이스(2700)의 절연부(2710)의 수납홈(2719)를 막는다. 따라서, 상기 내부 케이스(2700)의 상기 절연부(2710)에 수납되는 상기 전원 제공부(2600)는 밀폐된다. 상기 홀더(2500)는 가이드 돌출부(2510)를 갖는다. 상기 가이드 돌출부(2510)는 상기 전원 제공부(2600)의 돌출부(2610)가 관통하는 홀을 갖는다.
상기 전원 제공부(2600)는 외부로부터 제공받은 전기적 신호를 처리 또는 변환하여 상기 광원 모듈(2200)로 제공한다. 상기 전원 제공부(2600)는 상기 내부 케이스(2700)의 수납홈(2719)에 수납되고, 상기 홀더(2500)에 의해 상기 내부 케이스(2700)의 내부에 밀폐된다.
상기 전원 제공부(2600)는 돌출부(2610), 가이드부(2630), 베이스(2650), 연장부(2670)를 포함할 수 있다.
상기 가이드부(2630)는 상기 베이스(2650)의 일 측에서 외부로 돌출된 형상을 갖는다. 상기 가이드부(2630)는 상기 홀더(2500)에 삽입될 수 있다. 상기 베이스(2650)의 일 면 위에 다수의 부품이 배치될 수 있다. 다수의 부품은 예를 들어, 외부 전원으로부터 제공되는 교류 전원을 직류 전원으로 변환하는 직류변환장치, 상기 광원 모듈(2200)의 구동을 제어하는 구동칩, 상기 광원 모듈(2200)을 보호하기 위한 ESD(ElectroStatic discharge) 보호 소자 등을 포함할 수 있으나 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 연장부(2670)는 상기 베이스(2650)의 다른 일 측에서 외부로 돌출된 형상을 갖는다. 상기 연장부(2670)는 상기 내부 케이스(2700)의 연결부(2750) 내부에 삽입되고, 외부로부터의 전기적 신호를 제공받는다. 예컨대, 상기 연장부(2670)는 상기 내부 케이스(2700)의 연결부(2750)의 폭과 같거나 작게 제공될 수 있다. 상기 연장부(2670)에는 "+ 전선"과 "- 전선"의 각 일 단이 전기적으로 연결되고, "+ 전선"과 "- 전선"의 다른 일 단은 소켓(2800)에 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 내부 케이스(2700)는 내부에 상기 전원 제공부(2600)와 함께 몰딩부를 포함할 수 있다. 몰딩부는 몰딩 액체가 굳어진 부분으로서, 상기 전원 제공부(2600)가 상기 내부 케이스(2700) 내부에 고정될 수 있도록 한다.
또한, 도 12에 도시된 바와 같이, 실시예에 따른 조명 장치는 커버(3100), 광원부(3200), 방열체(3300), 회로부(3400), 내부 케이스(3500), 소켓(3600)을 포함할 수 있다. 상기 광원부(3200)는 실시 예에 따른 발광소자 또는 발광소자 패키지를 포함할 수 있다.
상기 커버(3100)는 벌브(bulb) 형상을 가지며, 속이 비어 있다. 상기 커버(3100)는 개구(3110)를 갖는다. 상기 개구(3110)를 통해 상기 광원부(3200)와 부재(3350)가 삽입될 수 있다.
상기 커버(3100)는 상기 방열체(3300)와 결합하고, 상기 광원부(3200)와 상기 부재(3350)를 둘러쌀 수 있다. 상기 커버(3100)와 상기 방열체(3300)의 결합에 의해, 상기 광원부(3200)와 상기 부재(3350)는 외부와 차단될 수 있다. 상기 커버(3100)와 상기 방열체(3300)의 결합은 접착제를 통해 결합할 수도 있고, 회전 결합 방식 및 후크 결합 방식 등 다양한 방식으로 결합할 수 있다. 회전 결합 방식은 상기 방열체(3300)의 나사홈에 상기 커버(3100)의 나사선이 결합하는 방식으로서 상기 커버(3100)의 회전에 의해 상기 커버(3100)와 상기 방열체(3300)가 결합하는 방식이고, 후크 결합 방식은 상기 커버(3100)의 턱이 상기 방열체(3300)의 홈에 끼워져 상기 커버(3100)와 상기 방열체(3300)가 결합하는 방식이다.
상기 커버(3100)는 상기 광원부(3200)와 광학적으로 결합한다. 구체적으로 상기 커버(3100)는 상기 광원부(3200)의 발광 소자(3230)로부터의 광을 확산, 산란 또는 여기시킬 수 있다. 상기 커버(3100)는 일종의 광학 부재일 수 있다. 여기서, 상기 커버(3100)는 상기 광원부(3200)로부터의 광을 여기시키기 위해, 내/외면 또는 내부에 형광체를 가질 수 있다.
상기 커버(3100)의 내면에는 유백색 도료가 코팅될 수 있다. 여기서, 유백색 도료는 빛을 확산시키는 확산재를 포함할 수 있다. 상기 커버(3100)의 내면의 표면 거칠기는 상기 커버(3100)의 외면의 표면 거칠기보다 클 수 있다. 이는 상기 광원부(3200)로부터의 광을 충분히 산란 및 확산시키기 위함이다.
상기 커버(3100)의 재질은 유리(glass), 플라스틱, 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 폴리카보네이트(PC) 등일 수 있다. 여기서, 폴리카보네이트는 내광성, 내열성, 강도가 뛰어나다. 상기 커버(3100)는 외부에서 상기 광원부(3200)와 상기 부재(3350)가 보일 수 있는 투명한 재질일 수 있고, 보이지 않는 불투명한 재질일 수 있다. 상기 커버(3100)는 예컨대 블로우(blow) 성형을 통해 형성될 수 있다.
상기 광원부(3200)는 상기 방열체(3300)의 부재(3350)에 배치되고, 복수로 배치될 수 있다. 구체적으로, 상기 광원부(3200)는 상기 부재(3350)의 복수의 측면들 중 하나 이상의 측면에 배치될 수 있다. 그리고, 상기 광원부(3200)는 상기 부재(3350)의 측면에서도 상단부에 배치될 수 있다.
상기 광원부(3200)는 상기 부재(3350)의 6 개의 측면들 중 3 개의 측면들에 배치될 수 있다. 그러나 이에 한정하는 것은 아니고, 상기 광원부(3200)는 상기 부재(3350)의 모든 측면들에 배치될 수 있다. 상기 광원부(3200)는 기판(3210)과 발광 소자(3230)를 포함할 수 있다. 상기 발광 소자(3230)는 기판(3210)의 일 면 상에 배치될 수 있다.
상기 기판(3210)은 사각형의 판 형상을 갖지만, 이에 한정되지 않고 다양한 형태를 가질 수 있다. 예를 들면, 상기 기판(3210)은 원형 또는 다각형의 판 형상일 수 있다. 상기 기판(3210)은 절연체에 회로 패턴이 인쇄된 것일 수 있으며, 예를 들어, 일반 인쇄회로기판(PCB: Printed Circuit Board), 메탈 코아(Metal Core) PCB, 연성(Flexible) PCB, 세라믹 PCB 등을 포함할 수 있다. 또한, 인쇄회로기판 위에 패키지 하지 않은 LED 칩을 직접 본딩할 수 있는 COB(Chips On Board) 타입을 사용할 수 있다. 또한, 상기 기판(3210)은 광을 효율적으로 반사하는 재질로 형성되거나, 표면이 광을 효율적으로 반사하는 컬러, 예를 들어 백색, 은색 등으로 형성될 수 있다. 상기 기판(3210)은 상기 방열체(3300)에 수납되는 상기 회로부(3400)와 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 기판(3210)과 상기 회로부(3400)는 예로서 와이어(wire)를 통해 연결될 수 있다. 와이어는 상기 방열체(3300)를 관통하여 상기 기판(3210)과 상기 회로부(3400)를 연결시킬 수 있다.
상기 발광 소자(3230)는 적색, 녹색, 청색의 광을 방출하는 발광 다이오드 칩이거나 UV를 방출하는 발광 다이오드 칩일 수 있다. 여기서, 발광 다이오드 칩은 수평형(Lateral Type) 또는 수직형(Vertical Type)일 수 있고, 발광 다이오드 칩은 청색(Blue), 적색(Red), 황색(Yellow), 또는 녹색(Green)을 발산할 수 있다.
상기 발광 소자(3230)는 형광체를 가질 수 있다. 형광체는 가넷(Garnet)계(YAG, TAG), 실리케이드(Silicate)계, 나이트라이드(Nitride)계 및 옥시나이트라이드(Oxynitride)계 중 어느 하나 이상일 수 있다. 또는 형광체는 황색 형광체, 녹색 형광체 및 적색 형광체 중 어느 하나 이상일 수 있다.
상기 방열체(3300)는 상기 커버(3100)와 결합하고, 상기 광원부(3200)로부터의 열을 방열할 수 있다. 상기 방열체(3300)는 소정의 체적을 가지며, 상면(3310), 측면(3330)을 포함한다. 상기 방열체(3300)의 상면(3310)에는 부재(3350)가 배치될 수 있다. 상기 방열체(3300)의 상면(3310)은 상기 커버(3100)와 결합할 수 있다. 상기 방열체(3300)의 상면(3310)은 상기 커버(3100)의 개구(3110)와 대응되는 형상을 가질 수 있다.
상기 방열체(3300)의 측면(3330)에는 복수의 방열핀(3370)이 배치될 수 있다. 상기 방열핀(3370)은 상기 방열체(3300)의 측면(3330)에서 외측으로 연장된 것이거나 측면(3330)에 연결된 것일 수 있다. 상기 방열핀(3370)은 상기 방열체(3300)의 방열 면적을 넓혀 방열 효율을 향상시킬 수 있다. 여기서, 측면(3330)은 상기 방열핀(3370)을 포함하지 않을 수도 있다.
상기 부재(3350)는 상기 방열체(3300)의 상면(3310)에 배치될 수 있다. 상기 부재(3350)는 상면(3310)과 일체일 수도 있고, 상면(3310)에 결합된 것일 수 있다. 상기 부재(3350)는 다각 기둥일 수 있다. 구체적으로, 상기 부재(3350)는 육각 기둥일 수 있다. 육각 기둥의 부재(3350)는 윗면과 밑면 그리고 6 개의 측면들을 갖는다. 여기서, 상기 부재(3350)는 다각 기둥뿐만 아니라 원 기둥 또는 타원 기둥일 수 있다. 상기 부재(3350)가 원 기둥 또는 타원 기둥일 경우, 상기 광원부(3200)의 상기 기판(3210)은 연성 기판일 수 있다.
상기 부재(3350)의 6 개의 측면에는 상기 광원부(3200)가 배치될 수 있다. 6 개의 측면 모두에 상기 광원부(3200)가 배치될 수도 있고, 6 개의 측면들 중 몇 개의 측면들에 상기 광원부(3200)가 배치될 수도 있다. 도 16에서는 6 개의 측면들 중 3 개의 측면들에 상기 광원부(3200)가 배치되어 있다.
상기 부재(3350)의 측면에는 상기 기판(3210)이 배치된다. 상기 부재(3350)의 측면은 상기 방열체(3300)의 상면(3310)과 실질적으로 수직을 이룰 수 있다. 따라서, 상기 기판(3210)과 상기 방열체(3300)의 상면(3310)은 실질적으로 수직을 이룰 수 있다.
상기 부재(3350)의 재질은 열 전도성을 갖는 재질일 수 있다. 이는 상기 광원부(3200)로부터 발생되는 열을 빠르게 전달받기 위함이다. 상기 부재(3350)의 재질로서는 예를 들면, 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 구리(Cu), 마그네슘(Mg), 은(Ag), 주석(Sn) 등과 상기 금속들의 합금일 수 있다. 또는 상기 부재(3350)는 열 전도성을 갖는 열 전도성 플라스틱으로 형성될 수 있다. 열 전도성 플라스틱은 금속보다 무게가 가볍고, 단방향성의 열 전도성을 갖는 이점이 있다.
상기 회로부(3400)는 외부로부터 전원을 제공받고, 제공받은 전원을 상기 광원부(3200)에 맞게 변환한다. 상기 회로부(3400)는 변환된 전원을 상기 광원부(3200)로 공급한다. 상기 회로부(3400)는 상기 방열체(3300)에 배치될 수 있다. 구체적으로, 상기 회로부(3400)는 상기 내부 케이스(3500)에 수납되고, 상기 내부 케이스(3500)와 함께 상기 방열체(3300)에 수납될 수 있다. 상기 회로부(3400)는 회로 기판(3410)과 상기 회로 기판(3410) 상에 탑재되는 다수의 부품(3430)을 포함할 수 있다.
상기 회로 기판(3410)은 원형의 판 형상을 갖지만, 이에 한정되지 않고 다양한 형태를 가질 수 있다. 예를 들면, 상기 회로 기판(3410)은 타원형 또는 다각형의 판 형상일 수 있다. 이러한 회로 기판(3410)은 절연체에 회로 패턴이 인쇄된 것일 수 있다.
상기 회로 기판(3410)은 상기 광원부(3200)의 기판(3210)과 전기적으로 연결된다. 상기 회로 기판(3410)과 상기 기판(3210)의 전기적 연결은 예로서 와이어(wire)를 통해 연결될 수 있다. 와이어는 상기 방열체(3300)의 내부에 배치되어 상기 회로 기판(3410)과 상기 기판(3210)을 연결할 수 있다.
다수의 부품(3430)은 예를 들어, 외부 전원으로부터 제공되는 교류 전원을 직류 전원으로 변환하는 직류변환장치, 상기 광원부(3200)의 구동을 제어하는 구동칩, 상기 광원부(3200)를 보호하기 위한 ESD(ElectroStatic discharge) 보호 소자 등을 포함할 수 있다.
상기 내부 케이스(3500)는 내부에 상기 회로부(3400)를 수납한다. 상기 내부 케이스(3500)는 상기 회로부(3400)를 수납하기 위해 수납부(3510)를 가질 수 있다.
상기 수납부(3510)는 예로서 원통 형상을 가질 수 있다. 상기 수납부(3510)의 형상은 상기 방열체(3300)의 형상에 따라 달라질 수 있다. 상기 내부 케이스(3500)는 상기 방열체(3300)에 수납될 수 있다. 상기 내부 케이스(3500)의 수납부(3510)는 상기 방열체(3300)의 하면에 형성된 수납부에 수납될 수 있다.
상기 내부 케이스(3500)는 상기 소켓(3600)과 결합될 수 있다. 상기 내부 케이스(3500)는 상기 소켓(3600)과 결합하는 연결부(3530)를 가질 수 있다. 상기 연결부(3530)는 상기 소켓(3600)의 나사홈 구조와 대응되는 나사산 구조를 가질 수 있다. 상기 내부 케이스(3500)는 부도체이다. 따라서, 상기 회로부(3400)와 상기 방열체(3300) 사이의 전기적 단락을 막는다. 예로서 상기 내부 케이스(3500)는 플라스틱 또는 수지 재질로 형성될 수 있다.
상기 소켓(3600)은 상기 내부 케이스(3500)와 결합될 수 있다. 구체적으로, 상기 소켓(3600)은 상기 내부 케이스(3500)의 연결부(3530)와 결합될 수 있다. 상기 소켓(3600)은 종래 재래식 백열 전구와 같은 구조를 가질 수 있다. 상기 회로부(3400)와 상기 소켓(3600)은 전기적으로 연결된다. 상기 회로부(3400)와 상기 소켓(3600)의 전기적 연결은 와이어(wire)를 통해 연결될 수 있다. 따라서, 상기 소켓(3600)에 외부 전원이 인가되면, 외부 전원은 상기 회로부(3400)로 전달될 수 있다. 상기 소켓(3600)은 상기 연결부(3550)의 나사선 구조과 대응되는 나사홈 구조를 가질 수 있다.
또한, 도 13에 도시된 바와 같이, 실시예에 따른 조명 장치 예컨대, 백라이트 유닛은 도광판(1210)과, 상기 도광판(1210)에 빛을 제공하는 발광모듈부(1240)와, 상기 도광판(1210) 아래에 반사 부재(1220)와, 상기 도광판(1210), 발광모듈부(1240) 및 반사 부재(1220)를 수납하는 바텀 커버(1230)를 포함할 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
상기 도광판(1210)은 빛을 확산시켜 면광원화 시키는 역할을 한다. 상기 도광판(1210)은 투명한 재질로 이루어지며, 예를 들어, PMMA(polymethyl metaacrylate)와 같은 아크릴 수지 계열, PET(polyethylene terephthlate), PC(poly carbonate), COC(cycloolefin copolymer) 및 PEN(polyethylene naphthalate) 수지 중 하나를 포함할 수 있다.
상기 발광모듈부(1240)은 상기 도광판(1210)의 적어도 일 측면에 빛을 제공하며, 궁극적으로는 상기 백라이트 유닛이 배치되는 디스플레이 장치의 광원으로써 작용하게 된다.
상기 발광모듈부(1240)은 상기 도광판(1210)과 접할 수 있으나 이에 한정되지 않는). 구체적으로는, 상기 발광모듈부(1240)은 기판(1242)과, 상기 기판(1242)에 탑재된 다수의 발광소자 패키지(200)를 포함하는데, 상기 기판(1242)이 상기 도광판(1210)과 접할 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
상기 기판(1242)은 회로패턴(미도시)을 포함하는 인쇄회로기판(PCB, Printed Circuit Board)일 수 있다. 다만, 상기 기판(1242)은 일반 PCB 뿐 아니라, 메탈 코어 PCB(MCPCB, Metal Core PCB), 연성 PCB(FPCB, Flexible PCB) 등을 포함할 수도 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
그리고, 상기 다수의 발광소자 패키지(200)는 상기 기판(1242) 상에 빛이 방출되는 발광면이 상기 도광판(1210)과 소정 거리 이격되도록 탑재될 수 있다.
상기 도광판(1210) 아래에는 상기 반사 부재(1220)가 형성될 수 있다. 상기 반사 부재(1220)는 상기 도광판(1210)의 하면으로 입사된 빛을 반사시켜 위로 향하게 함으로써, 상기 백라이트 유닛의 휘도를 향상시킬 수 있다. 상기 반사 부재(1220)는 예를 들어, PET, PC, PVC 레진 등으로 형성될 수 있으나, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 바텀 커버(1230)는 상기 도광판(1210), 발광모듈부(1240) 및 반사 부재(1220) 등을 수납할 수 있다. 이를 위해, 상기 바텀 커버(1230)는 상면이 개구된 박스(box) 형상으로 형성될 수 있으나, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 바텀 커버(1230)는 금속 재질 또는 수지 재질로 형성될 수 있으며, 프레스 성형 또는 압출 성형 등의 공정을 이용하여 제조될 수 있다.
상기에서는 도면 및 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 실시예의 기술적 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 실시예는 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음은 이해할 수 있을 것이다.
100: 발광소자 110: 기판
120, 220, 320: n형 반도체층 124, 224, 323, 327: 나노필러 구조물
130: 활성층 140: p형 반도체층
150: 제1 전극 160: 제2 전극
120, 220, 320: n형 반도체층 124, 224, 323, 327: 나노필러 구조물
130: 활성층 140: p형 반도체층
150: 제1 전극 160: 제2 전극
Claims (15)
- 기판;
상기 기판 상에 형성되며 제1 n형 반도체층과 상기 제1 n형 반도체층 상에 배치되는 제2 n형 반도체층을 포함하는 제1도전형 반도체층;
상기 제1도전형 반도체층 내부에 배치되며 소정 간격 이격되어 배치되는 다수의 제1나노 필러 구조물;
상기 제1도전형 반도체층 상에 형성된 활성층; 및
상기 활성층 상에 형성된 제2도전형 반도체층을 포함하고,
상기 제1나노 필러 구조물은 상기 제1 n형 반도체층의 상면과 접촉하고 상기 제2 n형 반도체층 내부에 배치되며,
상기 제1도전형 반도체층은 상기 제2 n형 반도체층 상에 배치되는 제3 n형 반도체층을 포함하고,
상기 제3 n형 반도체층 내부에 소정 간격 이격되어 배치되는 다수의 제2나노 필러 구조물이 배치되며,
상기 제2나노 필러 구조물은 상기 제2 n형 반도체층의 상면과 접촉하며,
상기 제1나노 필러 구조물과 상기 제2나노 필러 구조물의 일부는 수직방향으로 중첩되어 배치되고,
상기 제1나노 필러 구조물 및 상기 제2나노 필러 구조물은 단면이 사다리꼴 형상을 가지는 기둥으로 형성되고,
인접한 상기 제1나노 필러 구조물 사이의 거리는 상기 제2나노 필러 구조물의 하부 지름보다 작은 발광소자. - 제1항에 있어서,
상기 제1나노 필러 구조물 및 상기 제2나노 필러 구조물의 하부 지름은 상기 제1나노 필러 구조물 및 상기 제2나노 필러 구조물의 상부 지름의 1.5배 내지 2.0배로 형성되는 발광소자. - 제2항에 있어서,
상기 제1나노 필러 구조물 및 상기 제2나노 필러 구조물은 GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN,AlGaAs, InGaAs, AlInGaAs, GaP, AlGaP, InGaP, AlInGaP, InP 중 어느 하나로 형성되는 발광소자. - 제3항에 있어서,
상기 제1나노 필러 구조물 및 상기 제2나노 필러 구조물의 높이는 상기 제1나노 필러 구조물 및 상기 제2나노 필러 구조물의 상부 지름의 0.5배 내지 1배로 형성되는 발광소자. - 삭제
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| KR1020130046061A KR102042437B1 (ko) | 2013-04-25 | 2013-04-25 | 발광소자 및 이를 구비하는 조명 시스템 |
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| KR20140127567A KR20140127567A (ko) | 2014-11-04 |
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|---|---|---|---|---|
| JP2008270431A (ja) * | 2007-04-18 | 2008-11-06 | Sony Corp | 発光ダイオードの製造方法、半導体装置の製造方法、電子装置の製造方法および窒化物系ｉｉｉ−ｖ族化合物半導体基板の製造方法 |
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| KR100887067B1 (ko) * | 2006-02-14 | 2009-03-04 | 삼성전기주식회사 | 나노 패턴 구조를 지닌 반도체 발광 소자의 제조 방법 |
| KR101125397B1 (ko) * | 2009-10-20 | 2012-04-02 | 엘지이노텍 주식회사 | 반도체 발광소자 및 그 제조방법 |
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-
2013
- 2013-04-25 KR KR1020130046061A patent/KR102042437B1/ko active IP Right Grant
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| JP2008270431A (ja) * | 2007-04-18 | 2008-11-06 | Sony Corp | 発光ダイオードの製造方法、半導体装置の製造方法、電子装置の製造方法および窒化物系ｉｉｉ−ｖ族化合物半導体基板の製造方法 |
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