KR20130011042A - 발광소자 - Google Patents

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Abstract

실시 예에 따른 발광소자는 제1 반도체층, 제2 반도체층 및 상기 제1, 2 반도체층 사이에 활성층을 포함하는 발광구조물, 상기 제1 반도체층 상에 제1 전극, 상기 제2 반도체층 상에 배치되며, 표면에 패턴이 형성된 전류제한층(CBL, Current blocking layer), 상기 전류제한층 상에 상기 패턴에 대응하는 반사패턴이 형성된 반사층 및 상기 반사층 상에 제2 전극을 포함할 수 있다.

Description

발광소자{LIGHT EMITTITNG DEVICE}
실시 예는 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 가능하다.
이러한 발광소자는 형광등, 백열등 등 기존의 광원에 비해 저소비전력, 반영구적인 수명, 빠른 응답속도, 안전성, 환경친화성의 장점을 가짐에 따라, 점차 사용 영역이 증가하고 있으며, 이와 같이 발광소자의 사용영역이 넓어지면서, 생활에 사용되는 전등, 구조 신호용 전등 등에 요구되는 휘도가 높이지는 바, 발광소자의 효율을 증가시키는 것이 중요하다.
여기서, 수평형 타입의 발광소자는 제1, 2 반도체층 및 상기 제1, 2 반도체층 사이에 활성층을 포함하는 발광구조물, 제1 반도체층 상에 제1 전극 및 제2 반도체층 상에 제2 전극을 포함할 수 있다.
이때, 상기 제2 전극은 상기 활성층에서 발생된 광을 흡수함에 따라 광 효율을 낮아질 수 있으며, 최근 들어 이러한 광 효율이 낮아지는 것을 방지하기 위한 연구가 진행 중에 있다.
실시 예에 따른 발광소자는, 광 효율 및 신뢰성 향상이 용이한 발광소자를 제공한다.
실시 예에 따른 발광소자는, 제1 반도체층, 제2 반도체층 및 상기 제1, 2 반도체층 사이에 활성층을 포함하는 발광구조물, 상기 제1 반도체층 상에 제1 전극, 상기 제2 반도체층 상에 배치되며, 표면에 패턴이 형성된 전류제한층(CBL, Current blocking layer), 상기 전류제한층 상에 상기 패턴에 대응하는 반사패턴이 형성된 반사층 및 상기 반사층 상에 제2 전극을 포함할 수 있다.
실시 예에 따른 발광소자는, 제2 반도체층 상에 배치된 전류제한층에 패턴 및 상기 전류제한층에 배치된 반사층에 상기 패턴과 대응하는 반사패턴을 형성함에 따라 발광구조물에서 발생된 광을 난반사시켜 광 효율을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.
또한, 실시 예에 따른 발광소자는, 반사층 상에 제2 전극을 형성함에 따라 반사층과 제2 전극 사이의 결합력을 향상시킴으로써, 신뢰성이 향상되는 이점이 있다.
도 1은 실시 예에 따른 발광소자를 나타낸 평면도이다.
도 2는 도 1에 나타낸 발광소자를 P1-P1 선을 따라 절단한 단면도이다.
도 3은 도 1에 나타낸 발광소자를 P2-P2선을 따라 절단한 단면도이다.
도 4는 도 3에 나타낸 블록 'C'를 확대한 확대도이다.
도 5는 도 1에 나타낸 발광소자를 포함하는 발광소자 패키지에 대한 실시 예를 나타낸 사시도이다.
도 6은 실시 예에 따른 발광소자를 포함하는 조명장치를 도시한 사시도이다.
도 7은 도 6에 나타낸 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.
본 발명 예의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 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 동작 시 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.
도 1은 실시 예에 따른 발광소자를 나타낸 평면도이고, 도 2는 도 1에 나타낸 발광소자를 P1-P1 선을 따라 절단한 단면도이고, 도 3은 도 1에 나타낸 발광소자를 P2-P2선을 따라 절단한 단면도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 발광소자(100)는 기판(110), 제1 반도체층(122), 제2 반도체층(124) 및 제1, 2 반도체층(122, 124) 사이에 활성층(126)을 포함하는 발광구조물(120) 및 제1 반도체층(122) 상에 제1 전극(130) 및 제2 반도체층(124) 상에 제2 전극(140)을 포함할 수 있다.
이때, 기판(110)은 전도성 기판 또는 절연성 기판으로 이루어질 수 있으며, 예를들어, 사파이어(Al2O3), SiC, Si, GaAs, GaN, ZnO, Si, GaP, InP, Ge, 및 Ga203 중 적어도 어느 하나로 형성될 수 있다.
이러한 기판(110)은 습식세척을 하여 표면의 불순물을 제거할 수 있고, 기판(110)은 광 추출 효과를 향상시키기 위해 표면에 광추출 패턴(Patterned SubStrate, PSS) 이 패터닝 될 수 있으나, 이에 한정하지는 않는다.
또한, 기판(110)은 열의 방출을 용이하게 하여 열적 안정성을 향상시킬 수 있는 재질을 사용할 수 있다.
한편, 기판(110) 상에는 광추출 효율을 향상시키는 반사 방지층(미도시)이 배치될 수 있으며, 상기 반사 방지층은 AR 코팅층(Anti-Reflective Coating Layer)이라고 불리는 것으로, 기본적으로 복수의 계면으로부터의 반사광끼리의 간섭 현상을 이용한다. 즉, 다른 계면으로부터 반사되어 오는 광의 위상을 180도 어긋나도록 해서, 서로 상쇄되도록 하여, 반사광의 강도를 약하게 하고자 하는 것이다. 다만 이에 한정되는 것은 아니다.
그리고, 기판(110) 상에는 기판(110)과 발광구조물(120) 간의 격자 부정합을 완화하고 복수의 반도체층이 용이하게 성장될 수 있도록 버퍼층(112)이 배치될 수 있다.
버퍼층(112)은 기판(110) 상에 단결정으로 성장할 수 있으며, 단결정으로 성장한 버퍼층(112)은 버퍼층(112) 상에 성장하는 발광구조물(120)의 결정성을 향상시킬 수 있다.
또한, 버퍼층(112)은 AlN, GaN를 포함하여 AlInN/GaN 적층 구조, InGaN/GaN 적층 구조, AlInGaN/InGaN/GaN의 적층 구조 등의 구조로 형성될 수 있다.
여기서, 제1 반도체층(122)은 기판(110) 또는 버퍼층(112) 상에 배치될 수 있으며, n형 반도체층으로 구현되는 경우, 예건데, 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, 예를 들어, Si, Ge, Sn, Se, Te 와 같은 n형 도펀트가 도핑될 수 있다.
제1 반도체층(122) 상에는 활성층(126)이 배치될 수 있으며, 활성층(126)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.
활성층(126)은 양자우물구조로 형성된 경우 예컨데, 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 갖을 수 있다. 상기 우물층은 상기 장벽층의 밴드 갭보다 작은 밴드 갭을 갖는 물질로 형성될 수 있다.
또한, 활성층(126)의 위 또는/및 아래에는 도전형 클래드층(미도시)이 배치될 수 있으며, 상기 도전형 클래드층은 AlGaN계 반도체로 형성될 수 있으며, 활성층(126)의 밴드 갭 보다는 큰 밴드 갭을 가질 수 있다.
활성층(126) 상에는 제2 반도체층(124)가 배치될 수 있으며, 제2 반도체층(124)은 p형 반도체층으로 구현될 수 있으며, p형 반도체층으로 구현되는 경우, 예컨데 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, 제1 반도체층(122) 및 제2 반도체층(124)에 도핑되는 n형 및 p형 도펀트의 도핑 농도는 균일 또는 불균일하게 형성될 수 있다. 즉, 복수의 반도체층의 구조는 다양하게 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
또한, 제1 반도체층(122)은 p형 반도체층이고, 제2 반도체층(124)은 n형 반도체층으로 구현될 수 있으며, 이에 따라 발광구조물(120)은 N-P 접합, P-N 접합, N-P-N 접합 및 P-N-P 접합 구조 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
도 1 내지 도 3에 나타낸 제1 반도체층(122)은 n형 반도체층이고, 제2 반도체층(124)는 p형 반도체층인 것으로 설명한다.
제1 전극(130)은 발광구조물(120) 예건데, 제2 반도체층(124) 및 활성층(126)의 일부을 메사 식각하여 제거하여 제1 반도체층(122)의 일부가 노출되고, 노출된 제1 반도체층(122) 상에 배치될 수 있다.
실시 예에서, 제1 전극(130)은 제1 반도체층(122)의 일측에 배치된 제1 전극 패드(132) 및 제1 전극패드(132)에서 제1 반도체층(122)의 타측 방향으로 배치된 제1 핑거전극(134)을 포함할 수 있다.
즉, 제1 전극패드(132)는 발광소자 패키지(미도시) 구성시, 와이어가 연결될 수 있으며, 제1 핑거전극(134)은 제1 전극패드(132)로 공급되는 전원을 제2 반도체층(124)으로 상기 전원을 확산시킬 수 있다.
이때, 제2 전극(140)은 제2 반도체층(124) 상에 배치될 수 있다.
제2 전극(140)은 제1 전극패드(132)와 마주하는 제2 전극패드(142) 및 제2 전극패드(142)에서 제1 전극패드(132) 방향으로 배치된 제2, 3 핑거전극(144, 146)을 포함할 수 있다.
제2 전극패드(142) 및 제2, 3 핑거전극(144, 146)은 제1 전극패드(132) 및 제1 핑거전극(134)와 동일한 특성을 가지므로, 자세한 설명은 생략한다.
다만, 제2 전극(140)은 2 개의 제2, 3 핑거전극(144, 146)을 포함하는 것으로 나타내었으나, 핑거전극의 개수에 대하여 한정을 두지 않는다.
여기서, 제2, 3 핑거전극(144, 146)은 제2 반도체층(124)의 양측 에지 부분에 제1 핑거전극(124)을 기준으로 서로 평행하게 배치될 수 있으며, 이에 한정을 두지 않는다.
제2 반도체층(124)과 제2 전극(140) 사이에는 전류제한층(Current Blocking Layer, CBL, 150) 및 반사층(160)이 배치될 수 있으며, 제2 반도체층(124) 상에는 전류제한층(150), 반사층(160) 및 제2 전극(120)에 접촉되는 투광성 전극층(170)이 배치될 수 있다.
전류제한층(150)은 광투과성을 가지며, 비전도성 또는 약전도성 재질로 형성될 수 있다. 바람직하게는 전류 제한층(150)은 이산화규소(SiO2), 또는 이산화규소(SiO2)를 포함하는 산화알루미늄(Al2O3) 일 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
전류제한층(150)은 전자가 제2 전극패드(142) 및 제2, 3 핑거전극(144, 146)의 하부에 밀집되는 전류군집현상을 방지할 수 있으며, 전류제한층(150)의 폭(미도시)은 제2 전극패드(142) 및 제2, 3 핑거전극(144, 146)의 폭(미도시)와 동일하거나, 넓게 형성될 수 있으며, 이에 한정을 두지 않는다.
여기서, 전류제한층(150)은 제2 반도체층(124)와 인접한 제1 면(미도시) 및 반사층(160)과 인접한 제2 면(미도시)을 포함할 수 있으며, 상기 제1, 2 면 중 적어도 한 면에는 패턴(160a)이 형성될 수 있다.
패턴(150a)은 복수의 홈(미도시) 및 돌기(미도시) 중 적어도 하나로 형성될 수 있으며, 이에 한정을 두지 않는다.
반사층(160)은 패턴(150a) 상에 배치됨에 따라 패턴(150a)에 대응하는 반사패턴(160a)이 형성될 수 있으며, 반사패턴(160a)은 전류제한층(150)에 인접한 제3 면(미도시) 및 제2 전극(140)에 인접한 제4 면(미도시) 중 적어도 한 면에 형성될 수 있다.
즉, 반사층(160)은 반사패턴(160a)이 형성됨에 따라 활성층(126)에서 발생된 광을 난반사시킴으로서, 제2 전극(140)으로 흡수되는 것을 방지할 수 있다.
반사층(160)은 반사특성이 우수한 물질, 예를 들어 Ag, Ni, Al, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au, Hf, Cu 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
또한, 반사층(160)은 IZO/Ni, AZO/Ag, IZO/Ag/Ni, AZO/Ag/Ni 등으로 적층할 수 있다. 반사층(160)은 E-beam, 또는 스퍼터링(sputtering) 공정 등을 통하여 형성될 수 있으며, 이에 한정하지 아니한다.
반사층(160)은 얇은 층의 형상을 가질 수 있으며, 반사층(160)을 연직 방향으로 본 형상 또한 다각형, 원형, 곡률을 갖는 형상 등일 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
실시 예에서, 반사층(160)은 전류제한층(150)의 상부에 배치된 것으로 나타내고 설명하였으나, 전류제한층(150)의 하부에 배치될 수 있다.
반사층(160)은 전류제한층(150)의 하부에 배치되는 경우, 전류제한층(150)에 인접한 면에 반사패턴(150a)이 형성되어, 전류제한층(150) 및 제2 전극(140)에 반사패턴(150a)과 대응하는 패턴이 형성될 수 있다.
반사층(160)은 제2 전극(140)의 하부에 형성됨으로써, 활성층(126)으로부터 발생한 광이 제2 전극(140)에 의해서 흡수되는 것이 방지될 수 있으므로, 발광소자(100)의 발광 효율이 더욱 개선될 수 있다.
투광성 전극층(170)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 상부에 형성됨으로써, 전류군집현상을 방지할 수 있다.
도 4는 도 3에 나타낸 블록 'C'를 확대한 확대도이다.
도 4에 나타낸 바와 같이, 제2 반도체층(124) 상에는 전류제한층(150), 반사층(160), 투광성 전극층(170) 및 제2 전극(140)이 배치될 수 있다.
이때, 전류제한층(150)은 제2 반도체층(124)에 접촉되는 제1 면(미도시) 및 상기 제1 면에 대향되며 반사층(160)에 접촉되는 제2 면(미도시)를 포함하며, 상기 제1, 2 면 사이의 전류제한층(150)은 제1 두께(w1)로 형성될 수 있다.
여기서, 전류제한층(150)의 상기 제2 면에는 제1 깊이(d1)를 가지는 복수의 홈(v)으로 이루어진 패턴(150a)이 형성될 수 있다.
이때, 패턴(150a)은 복수의 홈(v)이 동일하게 제1 깊이(d1)를 가지는 것으로 나타내었으나, 적어도 하나의 홈(v)에 대한 깊이가 다를 수 있으며, 이에 한정을 두지 않는다.
제1 깊이(d1)는 제1 두께(w1) 대비 0.1 배 내지 0.7 배 일 수 있으며, 제1 깊이(d1)가 제1 두께(w1) 대비 0.1배 미만인 경우 에칭 공정에 의해 홈(v)이 형성될때 포토레지스터(PR) 사이의 간격이 매우 좁게 되어 공정 효율이 낮아질 수 있으며, 0.7배 보다 큰 경우 포토레지스터(PR) 사이의 간격에 대해 용이할 수 있으나 공정 오차에 의하여 전류제한층(150)에 홀이 형성될 수 있어, 공정 효율이 떨어질 수 있다.
여기서, 패턴(150a)은 홈(v)이 형성됨에 따라 복수의 돌기(p)가 형성될 수 있으며, 즉, 복수의 홈(v)들 사이에 복수의 돌기(p)가 형성될 수 있다.
이때, 돌기(p)의 높이는 전류제한층(150)의 제1 두께(d1) 대비 0.1배 내지 0.4배일 수 있으며, 이는 제1 깊이(d1)를 형성할 수 있게 된다.
반사층(160)은 전류제한층(150)의 상기 제2 면 상에 배치될 수 있으며, 이때 패턴(150a) 상에 배치되는 제3 면(미도시) 및 상기 제3 면과 대향되는 제4 면(미도시)에는 패턴(150a)에 대응하는 반사패턴(160a)이 형성될 수 있다.
여기서, 반사패턴(160a)의 제2 깊이(d2)는 제1 깊이(d1)와 동일하거나, 또는 제1 깊이(d1) 보다 낮을 수 있다.
즉, 제2 깊이(d2)는 제1 깊이(d1) 상에 반사층(160)을 이루는 물질이 적층됨에 따라 제1 깊이(d1)와 동일하거나, 낮게 될 수 있다.
그리고, 제2 깊이(d2)는 반사층(160)의 제2 두께(w2)와 동일하거나 또는 제2 두께(w2) 보다 클 수 있으며, 이에 한정을 두지 않는다.
이때, 제2 두께(w2)는 제1 두께(w1) 대비 0.1 배 내지 0.3 배이거나, 또는 20 ㎛ 내지 50 ㎛일 수 있다. 즉, 제2 두께(w2)는 제1 두께(w1) 대비 0.1배 미만이거나, 20㎛ 미만인 경우 반사층(160)의 균일성이 낮아질 수 있으며, 제1 두께(w1) 대비 0.3 배 보다 두껍거나, 50 ㎛ 보다 두꺼운 경우 광의 반사율이 향상되지 않으며 제조 원가가 증가할 수 있다.
이때, 반사층(160)의 제2 폭(i2)은 전류제한층(150)의 제1 폭(i1)과 동일하거나, 또는 제1 폭(i1) 보다 작을 수 있다.
즉, 제2 폭(i2)은 제1 폭(i1)보다 큰 경우 전류제한층(150)의 측면을 따라 제2 반도체층(124)에 접촉될 수 있어 전류제한층(150)이 전류군집현상을 방지할 수 없게 된다.
투광성 전극층(170)은 제2 반도체층(124), 전류제한층(150) 및 반사층(160)의 측면 및 상면에 접촉될 수 있다.
여기서, 투광성 전극층(170)은 도 1 내지 도 3에서 설명한바, 자세한 설명을 생략한다.
이때, 제2 전극(140)은 투광성 전극층(170)의 상면 일부분에 형성된 홀(미도시)을 통하여 반사층(160)에 배치될 수 있다.
제2 전극(140)은 반사층(160)의 반사패턴(160a)에 대응하는 전극패턴(140a)이 형성될 수 있다.
여기서, 전극패턴(140a)은 제1, 2 깊이(d1, d2)와 동일하거나, 또는 제1, 2 깊이(d1, d2) 보다 낮은 제3 깊이(d3)로 형성될 수 있다.
전극패턴(140a)은 발광소자 패키지(미도시) 제조시, 리드프레임(미도시)와 전기적으로 접촉하는 와이어(미도시)와 본딩시 결합력을 증대시킬 수 있다.
도 4에 나타낸 바와 같이, 반사층(160) 및 제2 전극(140)의 상부면 및 하부면 상에 모두 반사패턴(160a) 및 전극패턴(140a)이 형성된 것으로 나타내었으나, 이에 한정을 두지 않는다.
즉, 반사층(160)은 제2 전극(140)과 인접한 상기 제4 면이 평탄(flat)하게 형성되거나, 또는 제2 전극(140)의 상면이 평탄(flat)하게 형성될 수 있다.
또한, 패턴(150a), 반사패턴(160a) 및 전극패턴(140a)은 모두 동일한 형상을 가지는 것으로 나타내었으나, 적어도 하나가 다른 형상으로 나타낼 수 있으며, 이에 한정을 두지 않는다.
도 5는 도 1에 나타낸 발광소자를 포함하는 발광소자 패키지에 대한 실시 예를 나타낸 사시도이다.
도 5는 발광소자 패키지의 일부분을 투시하여 나타낸 투과 사시도이며, 실시 예에서 발광소자 패키지는 탑 뷰 타입인 것으로 나타내었으나, 사이드 뷰 타입일 수 있으며 이에 한정을 두지 않는다.
도 5를 참조하면, 발광소자 패키지는 발광소자(10) 및 발광소자(10)가 배치된 몸체(20)를 포함할 수 있다.
몸체(20)는 제1 방향(미도시)으로 배치된 제1 격벽(22) 및 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향(미도시)으로 배치된 제2 격벽(24)을 포함할 수 있으며, 제1, 2 격벽(22, 24)은 서로 일체형으로 형성될 수 있으며, 사출 성형, 에칭 공정 등에 의해 형성될 수 있으며, 이에 대하여 한정을 두지 않는다.
즉, 제1, 2 격벽(22, 24)은 폴리프탈아미드(PPA:Polyphthalamide)와 같은 수지 재질, 실리콘(Si), 알루미늄(Al), 알루미늄 나이트라이드(AlN), AlOx, 액정폴리머(PSG, photo sensitive glass), 폴리아미드9T(PA9T), 신지오택틱폴리스티렌(SPS), 금속 재질, 사파이어(Al2O3), 베릴륨 옥사이드(BeO), 세라믹, 및 인쇄회로기판(PCB, Printed Circuit Board) 중 적어도 하나로 형성될 수 있다.
제1, 2 격벽(22, 24)의 상면 형상은 발광소자(10)의 용도 및 설계에 따라 삼각형, 사각형, 다각형 및 원형 등 다양한 형상을 가질 수 있으며, 이에 한정을 두지 않는다.
또한, 제1, 2 격벽(22, 24)은 발광소자(10)가 배치되는 캐비티(s)를 형성하며, 캐비티(s)의 단면 형상은 컵 형상, 오목한 용기 형상 등으로 형성될 수 있으며, 캐비티(s)를 이루는 제1, 2 격벽(22, 24)은 하부 방향으로 경사지게 형성될 수 있다.
그리고, 캐비티(s)의 평면 형상은 삼각형, 사각형, 다각형 및 원형 등 다양한 형상을 가질 수 있으며, 이에 한정을 두지 않는다.
몸체(20)의 하부면에는 제1, 2 리드프레임(13, 14)이 배치될 수 있으며, 제1, 2 리드프레임(13, 14)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) 및 철(Fe) 중에서 하나 이상의 물질 또는 합금을 포함할 수 있다.
그리고, 제1, 2 리드프레임(13, 14)은 단층 또는 다층 구조를 가지도록 형성될 수 있으며, 이에 한정을 두지 않는다.
제1, 2 격벽(22, 24)의 내측면은 제1, 2 리드프레임(13, 14) 중 어느 하나를 기준으로 소정의 경사각을 가지고 경사지게 형성되며, 상기 경사각에 따라 발광소자(10)에서 방출되는 광의 반사각이 달라질 수 있으며, 이에 따라 외부로 방출되는 광의 지향각을 조절할 수 있다. 광의 지향각이 줄어들수록 발광소자(10)에서 외부로 방출되는 광의 집중성은 증가하는 반면, 광의 지향각이 클수록 발광소자(10)에서 외부로 방출되는 광의 집중성은 감소한다.
몸체(20)의 내측면은 복수의 경사각을 가질 수 있으며, 이에 한정을 두지 않는다.
제1, 2 리드프레임(13, 14)은 발광소자(10)에 전기적으로 연결되며, 외부 전원(미도시)의 양(+)극 및 음(-)극에 각각 연결되어, 발광소자(10)로 전원을 공급할 수 있다.
실시 예에서, 제1 리드프레임(13) 상에는 발광소자(10)가 배치되며, 제2 리드프레임(14)은 제1 리드프레임(13)과 이격된 것으로 설명하며, 발광소자(10)는 제1 리드프레임(13)과 다이본딩되며, 제2 리드프레임(14)과 와이어(미도시)에 의한 와이어 본딩되어, 제1, 2 리드프레임(13, 14)로부터 전원을 공급받을 수 있다.
여기서, 발광소자(10)는 제1 리드프레임(13) 및 제2 리드프레임(14)에 서로 다른 극성을 가지며 본딩될 수 있다.
또한, 발광소자(10)는 제1, 2 리드프레임(13, 14) 각각에 와이어 본딩되거나, 또는 다이본딩 될수 있으며, 접속 방법에 대하여 한정을 두지 않는다.
실시 예에서, 발광소자(10)는 제1 리드프레임(13)에 배치된 것으로 설명하였으나, 이에 한정을 두지 않는다.
그리고, 발광소자(10)는 제1 리드프레임(13) 상에 접착부재(미도시)에 의해 접착될 수 있다.
여기서, 제1, 2 리드프레임(13, 14) 사이에는 제1, 2 리드프레임(13, 14)의 전기적인 단락(쇼트)를 방지하기 위한 절연댐(16)이 형성될 수 있다.
실시 예에서, 절연댐(16)은 상부가 반원형으로 형성될 수 있으며, 이에 한정을 두지 않는다.
몸체(13)에는 캐소드 마크(cathode mark, 17)가 형성될 수 있다. 캐소드 마크(17)는 발광소자(10)의 극성, 즉 제1, 2 리드프레임(13, 14)의 극성을 구분하여, 제1, 2 리드프레임(13, 14)을 전기적으로 연결할 때, 혼동을 방지하는데 이용될 수 있을 것이다.
발광소자(10)는 발광 다이오드일 수 있다. 상기 발광 다이오드는 예를 들어, 적색, 녹색, 청색, 백색 등의 빛을 방출하는 유색 발광 다이오드 또는 자외선을 방출하는 UV(Ultra Violet) 발광 다이오드일 수 있으나, 이에 한정을 두지 않으며, 또한 제1 리드프레임(13)에 실장되는 발광소자(10)는 복수 개 일 수 있으며, 제1, 2 리드프레임(13, 14) 상에 각각 적어도 하나의 발광소자(10)가 실장될 수 있으며, 발광소자(10)의 개수 및 실장위치에 대하여 한정을 두지 않는다.
몸체(20)는 캐비티(s)에 충진된 수지물(18)을 포함할 수 있다. 즉, 수지물(18)은 이중몰딩구조 또는 삼중몰딩구조로 형성될 수 있으며, 이에 한정을 두지 않는다.
그리고, 수지물(18)은 필름형으로 형성될 수 있으며, 형광체 및 광확산재 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 또한 형광체 및 광확산재를 포함하지 않는 투광성재질이 사용될 수 있으며 이에 한정을 두지 않는다.
도 6는 실시 예에 따른 발광소자를 포함하는 조명장치를 도시한 사시도이며, 도 7은 도 6에 나타낸 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 발광소자 어레이(340)가 체결되며, 몸체(310)는 발광소자 패키지(344)에서 발생된 열이 몸체(310)의 상부면을 통해 외부로 방출할 수 있도록 전도성 및 열발산 효과가 우수한 금속재질로 형성될 수 있다.
발광소자 어레이(340)는 발광소자패키지(344) 및 기판(342)을 포함할 수 있다.
발광소자패키지(344)는 기판(342) 상에 다색, 다열로 실장되어 어레이를 이룰 수 있으며, 동일한 간격으로 실장되거나 또는 필요에 따라 다양한 이격 거리를 가지고 실장될 수 있어 밝기 등을 조절할 수 있다. 이러한 기판(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.
여기서, 커버(330)는 내부의 발광소자 어레이(340)를 외부의 이물질 등으로부터 보호할 수 있다.
또한, 커버(330)는 발광소자 패키지(344)에서 발생한 광의 눈부심을 방지하고, 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, 발광소자 패키지(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, 액정 표시 장치(400)는 액정표시패널(410)과 액정표시패널(410)로 빛을 제공하기 위한 백라이트 유닛(470)을 포함할 수 있다.
액정표시패널(410)은 백라이트유닛(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 발광소자어레이(420), 발광소자어레이(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.
발광소자어레이(420)는 복수의 발광소자패키지(424)와 복수의 발광소자패키지(424)가 실장되어 어레이를 이룰 수 있도록 PCB기판(422)을 포함할 수 있다.
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)을 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, 액정 표시 장치(500)는 액정표시패널(510)과 액정표시패널(510)로 빛을 제공하기 위한 백라이트유닛(570)을 포함할 수 있다.
액정표시패널(510)은 도 8에서 설명한 바와 동일하므로, 상세한 설명은 생략한다.
백라이트유닛(570)은 복수의 발광소자어레이(523), 반사시트(524), 발광소자어레이(523)과 반사시트(524)가 수납되는 하부 섀시(530), 발광소자어레이(523)의 상부에 배치되는 확산판(540) 및 다수의 광학필름(560)을 포함할 수 있다.
발광소자 어레이(523)는 복수의 발광소자패키지(522)와 복수의 발광소자패키지(522)가 실장되어 어레이를 이룰 수 있도록 PCB기판(521)을 포함할 수 있다.
반사시트(524)는 발광소자패키지(522)에서 발생한 빛을 액정표시패널(510)이 위치한 방향으로 반사시켜 빛의 이용 효율을 향상시킨다.
한편, 발광소자어레이(523)에서 발생한 빛은 확산판(540)에 입사하며, 확산판(540)의 상부에는 광학필름(560)이 배치된다. 광학필름(560)은 확산필름(566), 프리즘필름(550) 및 보호필름(564)를 포함할 수 있다.
여기서, 조명장치(300) 및 액정표시장치(400, 500)는 조명시스템에 포함될 수 있으며, 이 외에도 발광소자 패키지를 포함하며 조명을 목적으로 하는 장치 등도 조명시스템에 포함될 수 있다.
이상에서 실시예들에 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 본 실시예의 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 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100 : 발광소자, 110: 기판
120: 발광구조물 130: 제1 전극
140: 제2 전극 150: 전류제한층
160: 반사층 170: 투광성 전극층

Claims (15)

  1. 제1 반도체층, 제2 반도체층 및 상기 제1, 2 반도체층 사이에 활성층을 포함하는 발광구조물;
    상기 제1 반도체층 상에 제1 전극;
    상기 제2 반도체층 상에 배치되며, 표면에 패턴이 형성된 전류제한층(CBL, Current blocking layer);
    상기 전류제한층 상에 상기 패턴에 대응하는 반사패턴이 형성된 반사층; 및
    상기 반사층 상에 제2 전극;을 포함하는 발광소자.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 전류제한층은,
    SiO2 인 발광소자.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 표면은,
    상기 제2 반도체층에 인접한 제1 면; 및
    상기 제1 면과 반대되며, 상기 반사층에 인접한 제2 면;을 포함하고,
    상기 패턴은,
    상기 제2 면에 형성된 발광소자.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 패턴은, 적어도 하나의 홈;을 포함하고,
    상기 홈의 깊이는,
    상기 전류제한층의 두께 대비 0.1 배 내지 0.7배인 발광소자.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 패턴은, 적어도 하나의 돌기;를 포함하고,
    상기 돌기의 높이는,
    상기 전류제한층의 두께 대비 0.1배 내지 0.4배인 발광소자.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 반사층은,
    Ag, Ni, Al, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au, Hf, 및 Cu 중 적어도 하나를 포함하는 발광소자.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 반사패턴은
    상기 패턴의 단차를 따라 형성된 형상인 발광소자.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 반사층의 두께는,
    상기 전류제한층의 두께 대비 0.1 배 내지 0.3 배인 발광소자.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 반사층의 두께는,
    20 ㎛ 내지 50 ㎛ 인 발광소자.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 반사층의 폭은,
    상기 전류제한층의 폭과 동일하거나,
    또는 상기 전류제한층의 폭보다 좁은 발광소자.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 반사층은
    상기 제2 전극과 수직방향으로 중첩되도록 형성되는 발광소자.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2 반도체층 상에 배치되며 상기 제2 전극과 접촉되는 투광성 전극층;을 더 포함하는 발광소자.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 투광성 전극층은,
    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 포함하는 발광소자.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 발광구조물을 지지하는 기판;을 더 포함하며,
    상기 기판에는,
    광추출 패턴(Patterned SubStrate)이 형성된 발광소자.
  15. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항의 발광소자를 포함하는 조명 시스템.
KR1020110071920A 2011-07-20 2011-07-20 발광소자 KR101814690B1 (ko)

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