KR20140062945A - 발광소자 - Google Patents

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KR20140062945A
KR20140062945A KR1020120129276A KR20120129276A KR20140062945A KR 20140062945 A KR20140062945 A KR 20140062945A KR 1020120129276 A KR1020120129276 A KR 1020120129276A KR 20120129276 A KR20120129276 A KR 20120129276A KR 20140062945 A KR20140062945 A KR 20140062945A
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semiconductor layer
light emitting
light
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KR1020120129276A
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김성균
추성호
나민규
주현승
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엘지이노텍 주식회사
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Abstract

실시예는 발광소자, 발광소자의 제조방법, 발광소자 패키지 및 조명시스템에 관한 것이다.
실시예에 따른 발광소자는 기판(105); 상기 기판(105) 상에 제1 도전형 반도체층(112); 상기 제1 도전형 반도체층(112) 상에 활성층(114); 상기 활성층(114) 상에 제2 도전형 반도체층(116); 상기 제2 도전형 반도체층(116)과 상기 활성층(114)의 일부를 관통하여 상기 제1 도전형 반도체층(112)의 일부를 노출하는 복수의 관통홀(H); 상기 제2 도전형 반도체층 상에 형성된 제1 절연층(151); 상기 제1 절연층(151) 상에 형성된 제1 패드 전극(141a); 상기 제1 패드 전극(141a)과 연결되며 상기 제1 절연층(151) 상에 형성된 제1 가지 전극(141b); 상기 관통홀(H) 내에 형성되며 상기 제1 가지 전극(141b)과 연결되고, 상기 관통홀(H)에 의해 노출되는 제1 도전형 반도체층(112)과 접하는 제2 가지 전극; 및 상기 제2 도전형 반도체층(116) 상에 제2 전극(142);을 포함할 수 있다.

Description

발광소자{LIGHT EMITTING DEVICE}
실시예는 발광소자, 발광소자의 제조방법, 발광소자 패키지 및 조명시스템에 관한 것이다.
발광소자(Light Emitting Device)는 전기에너지가 빛 에너지로 변환되는 특성의 p-n 접합 다이오드로서, 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.
질화물 반도체 발광소자는 전극층의 위치에 따라 수평형 타입(Lateral Type) 발광소자와 수직형 타입(Vertical type) 발광소자로 구분할 수 있다.
수평형 타입의 발광소자는 사파이어 기판 상에 질화물 반도체층을 형성하고, 질화물 반도체층의 상측에 두개의 전극층이 배치되도록 형성한다.
종래기술에 의한 수평형 발광소자는 메사에칭(Mesa etching)을 넓은 면적에 대해 진행하기 때문에 활성층의 손실이 크다.
이것을 보완하기 위해 활성층을 넓게 확보하는 여러가지 시도가 있으나 동작 전압(Forward Voltage, Vf)이 상승하는 등의 문제가 있어 개선이 필요하다.
실시예는 동작전압이 증가하지 않으며 신뢰성 및 광추출 효율이 개선된 발광소자, 발광소자의 제조방법, 발광소자 패키지 및 조명시스템을 제공하고자 한다.
실시예에 따른 발광소자는 기판(105); 상기 기판(105) 상에 제1 도전형 반도체층(112); 상기 제1 도전형 반도체층(112) 상에 활성층(114); 상기 활성층(114) 상에 제2 도전형 반도체층(116); 상기 제2 도전형 반도체층(116)과 상기 활성층(114)의 일부를 관통하여 상기 제1 도전형 반도체층(112)의 일부를 노출하는 복수의 관통홀(H); 상기 제2 도전형 반도체층 상에 형성된 제1 절연층(151); 상기 제1 절연층(151) 상에 형성된 제1 패드 전극(141a); 상기 제1 패드 전극(141a)과 연결되며 상기 제1 절연층(151) 상에 형성된 제1 가지 전극(141b); 상기 관통홀(H) 내에 형성되며 상기 제1 가지 전극(141b)과 연결되고, 상기 관통홀(H)에 의해 노출되는 제1 도전형 반도체층(112)과 접하는 제2 가지 전극(141c); 및 상기 제2 도전형 반도체층(116) 상에 제2 전극(142);을 포함할 수 있다.
실시예에 따른 발광소자, 발광소자의 제조방법, 발광소자 패키지 및 조명시스템에 의하면 제2 가지 전극이 형성되는 관통홀의 크기를 제1 가지 전극의 폭 보다 크게 형성함으로써 제1 도전형 반도체층과 국부적으로 접합되는 부분에서 전류밀를 낮추어 동작 전압이 상승하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 실시예는 제1 패드 전극과 제1 가지 전극 아래에 형성된 제1 반사층을 포함함으로써 제1 패드 전극, 제1 가지 전극의 물질의 반사율에 상관없이 열적으로 안정한 물질을 제1 패드 전극, 제1 가지 전극 물질로 채용할 수 있어 소자의 안정성을 도모할 수 있고, 제1 반사층에 의해 발광된 빛을 반사시켜 외부로 추출되게 함으로써 광추출 효율을 증대시킬 수 있다.
또한, 실시예에 의하면 종래기술의 단점인 파워 감소(Power Drop)을 최소화하고 전체적으로 전류(Current)를 활성층에 고르게 주입시킬 수 있어 광효율이 증대될 수 있다.
도 1은 실시예에 따른 발광소자의 상면도.
도 2는 실시예에 따른 발광소자의 투영도.
도 3은 실시예에 따른 발광소자의 부분 단면도.
도 4 내지 도 5는 실시예에 따른 발광소자의 공정 단면도.
도 6은 실시예에 따른 발광소자 패키지의 단면도.
도 7 내지 도 9는 실시 예에 따른 조명장치를 나타낸 도면이다.
도 10 및 도 11은 실시 예에 따른 조명장치의 다른 예를 나타낸 도면이다.
도 12는 실시예에 따른 백라이트 유닛의 사시도.
실시 예의 설명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴들의 "상/위(on/over)"에 또는 "아래(under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "상/위(on/over)"와 "아래(under)"는 "직접(directly)" 또는 "다른 층을 개재하여 (indirectly)" 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 각 층의 상/위 또는 아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다.
도면에서 각층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다.
(실시예)
도 1은 실시예에 따른 발광소자의 상면도이며, 도 2는 실시예에 따른 발광소자의 투영도이다. 구체적으로, 도 2는 실시예에 따른 발광소자에서 제1 전극(141)과 제2 전극(142) 아래에 형성된 제1 반사층(121)과 제2 반사층(122)이 투영되도록 나타낸 도면이다.
도 3은 실시예에 따른 발광소자의 부분 단면도로서, 구체적으로, 도 2의 I-I'선을 따른 단면도이다.
실시예에 따른 발광소자는 상기 기판(105) 상에 제1 도전형 반도체층(112)과, 상기 제1 도전형 반도체층(112) 상에 활성층(114)과, 상기 활성층(114) 상에 제2 도전형 반도체층(116)을 포함할 수 있다.
종래기술에 의한 수평형 발광소자는 메사에칭(Mesa etching)을 넓은 면적에 대해 진행하기 때문에 활성층의 손실이 크다.
이것을 해결하기 위해, 실시예는 활성층을 넓도록 칩(Chip) 설계할 수 있다.
예를 들어, 실시예는 상기 제2 도전형 반도체층(116)과 상기 활성층(114)의 일부를 관통하여 상기 제1 도전형 반도체층(112)의 일부를 노출하는 복수의 관통홀(H)을 포함할 수 있다.
또한, 상기 제2 도전형 반도체층 상에 형성된 제1 절연층(151)과, 상기 관통홀(H)의 측벽에 형성된 제2 절연층(152)을 통해 전기적인 쇼트를 방지할 수 있다.
또한, 실시예는 상기 제1 절연층(151) 상에 형성된 제1 패드 전극(141a)과, 상기 제1 패드 전극(141a)과 연결되며 상기 제2 도전형 반도체층(116) 상에 형성된 제1 가지 전극(141b)과, 상기 관통홀(H) 내에 형성되며 상기 제1 가지 전극(141b)과 연결되고, 상기 관통홀(H)에 의해 노출되는 제1 도전형 반도체층(112)과 접하는 제2 가지 전극(141c)을 포함할 수 있다.
상기 제1 패드 전극(141a), 제1 가지 전극(141b), 제2 가지 전극(141c)은 제1 전극(141)을 구성할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 관통홀(H)의 측벽에 형성된 상기 제2 가지 전극(141c)은 상기 제2 절연층(152) 상에 형성될 수 있다.
또한, 실시예는 상기 제2 도전형 반도체층(116) 상에 제2 전극(142)을 포함할 수 있고, 상기 제2 전극(142)은 상기 제2 도전형 반도체층(116) 상에 제2 패드 전극(142a)과, 상기 제2 패드 전극(142a)과 연결되며 상기 제2 도전형 반도체층(116) 상에 배치되는 제3 가지 전극(142b)을 포함할 수 있다. 상기 제3 가지 전극(142b)은 상기 제2 도전형 반도체층(116)과 포인트 컨택을 할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예에서 제2 가지 전극(141c)은 상기 제1 도전형 반도체층(112)과 상기 관통홀(H)에 의해 노출되는 영역에서 직접 접촉할 수 있다. 이를 통해 활성층이 제거되는 영역을 최소화하여 발광영역을 최대로 확보함과 아울러 전자(electron)이 이동도가 높은 점을 고려하여 제1 도전형 반도체층(112)에 전류 확산이 가능한 범위에서 포인트 컨택을 함으로써 전류주입효율을 최적화함으로써 발광영역의 확보와 캐리어 주입 효율의 최적화를 동시에 달성함으로써 광효율을 극대화할 수 있다.
한편, 실시예와 같이 포인트 컨택을 위한 가지 전극이 제1 도전형 반도체층(112)과 국부적으로 접합되는 부분에서 전류밀도(Current Density)가 높아 동작 전압(Forward Voltage, Vf)이 상승할 우려가 있다.
이에 따라 동작전압 상승을 방지하기 위해, 실시예에서 상기 제2 가지 전극(141c)이 형성되는 관통홀(H)의 크기는 상기 제1 가지 전극(141b)의 폭보다 크게 함으로써 제1 도전형 반도체층(112)과 직접 접합되는 영역을 넓게 확보하여 국부적인 접촉 영역에서의 전류밀도(Current Density)를 낮추어 동작 전압(Forward Voltage, Vf)이 상승하는 것을 방지할 수 있다.
실시예에서 관통홀(H)의 모양은 원형, 사각형, 선타입 등 다양할 수 있으며, 관통홀(H)의 크기는 원형의 경우 지름, 사각형의 경우 일변의 길이, 선타입의 경우 얇은 폭 등을 의미할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
예를 들어, 상기 제2 가지 전극(141c)이 형성되는 관통홀(H)의 크기는 상기 제1 가지 전극(141b)의 폭의 3 배 이상으로 형성함으로써 제1 도전형 반도체층(112)과 국부적으로 접합되는 부분에서 전류밀도를 낮추어 동작 전압이 상승하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 실시예는 상기 제2 가지 전극(141c)이 형성되는 관통홀(H)의 크기를 약 3 ㎛ 내지 상기 발광소자의 상면의 1/2 이하의 크기로 제어함으로써 전류확산에 필요한 최적의 크기를 확보하여 동작 전압이 상승하는 것을 방지할 수 있다.
한편, 종래기술은 광추출 효율을 높이기 위해 Al, Ag계열의 반사성 메탈(Metal)을 사용하지만 이러한 재료들은 다른 메탈 재료들에 비해 상대적으로 고온에서 물성이 변하는 특징이 있어, 전류밀도(Current Density)가 높아짐에 따라 물성이 변하여 전기적인 특성이 저하되어 동작전압(Vf)을 상승시키는 주요 요인이 될 수 있다.
이에 실시예는 상기 제1 패드 전극(141a)과 상기 제1 가지 전극(141b)의 아래에 형성된 제1 반사층(121)을 포함함으로써 제1 패드 전극(141a), 제1 가지 전극(141b)의 물질에 대해 반사율에 상관없이 열적으로 안정한 물질을 제1 패드 전극(141a), 제1 가지 전극(141b) 물질로 채용할 수 있어 소자의 안정성을 도모할 수 있고, 제1 반사층(121)에 의해 발광된 빛을 반사시켜 외부로 추출되게 함으로써 광추출 효율을 증대시킬 수 있다.
실시예에서 상기 제1 반사층(121)의 수평단면은 상기 제1 가지 전극(141b)과 상기 제2 가지 전극(141c), 및 상기 제1 패드 전극(141a)의 수평단면보다 크게 배치됨으로써 광추출 효율을 증대시킬 수 있다.
예를 들어, 상기 제1 반사층(121)의 폭은 상기 제1 가지 전극(141b)의 수평폭보다 크며, 제1 가지 전극(141b)의 수평폭의 약 5 배 이하로 제어하여 발광소자의 열적인 안정성을 도모함과 동시에 광추출 효율을 증대시킬 수 있다.
실시예는 상기 제2 전극(142) 아래에 형성된 제2 반사층(122)을 더 포함할 수 있다.
이때 실시예에서 상기 제1 반사층(121) 또는 제2 반사층(122)은 DBR(Distributed Bragg Reflector)일 수 있으며, DBR은 mλ/4n(단, λ: 광의 파장, n: 매질의 굴절율, m: 홀수)의 두께로 교대로 적층하여 특정 파장대(λ)의 광에서 95% 이상의 반사율을 얻을 수 있는 반도체 적층 구조일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 제1 반사층(121) 또는 제2 반사층(122)은 SiO2/TiO2, SiNx/TiO2, SiO2/TiNx 등의 물질을 채용할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예에 따른 발광소자에 의하면, 종래기술의 단점인 파워 감소(Power Drop)을 최소화하고 전체적으로 전류(Current)를 활성층에 고르게 주입시킬 수 있어 광효율이 증대될 수 있다.
또한, 실시예에 의하면 상기 제2 가지 전극(141c)이 형성되는 관통홀(H)의 크기를 상기 제1 가지 전극(141b)의 폭 보다 크게 형성함으로써 제1 도전형 반도체층(112)과 국부적으로 접합되는 부분에서 전류밀도를 낮추어 동작 전압이 상승하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 실시예는 상기 제1 패드 전극(141a)과 상기 제1 가지 전극(141b)의 아래에 형성된 제1 반사층(121)을 포함함으로써 제1 패드 전극(141a), 제1 가지 전극(141b)의 물질의 채용에 있어서, 반사율에 상관없이 열적으로 안정한 물질을 제1 패드 전극(141a), 제1 가지 전극(141b) 물질로 채용할 수 있어 소자의 안정성을 도모할 수 있고, 제1 반사층(121)에 의해 발광된 빛을 반사시켜 외부로 추출되게 함으로써 광추출 효율을 증대시킬 수 있다.
이하, 도 3 내지 도 7을 참조하여 실시예에 따른 발광소자의 제조방법을 설명한다.
우선, 도 3과 같이 기판(105)을 준비한다. 상기 기판(105)은 열전도성이 뛰어난 물질로 형성될 수 있으며, 전도성 기판 또는 절연성 기판일수 있다. 예를 들어, 상기 기판(105)은 사파이어(Al2O3), SiC, Si, GaAs, GaN, ZnO, GaP, InP, Ge, and Ga203 중 적어도 하나를 사용할 수 있다. 상기 기판(105) 위에는 요철 구조가 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 제1 기판(105)에 대해 습식세척을 하여 표면의 불순물을 제거할 수 있다.
이후, 상기 기판(105) 상에 제1 도전형 반도체층(112), 활성층(114) 및 제2 도전형 반도체층(116)을 포함하는 발광구조물(110)을 형성할 수 있다.
이때, 실시예는 상기 기판(105) 위에는 버퍼층(미도시)이 형성될 수 있다. 상기 버퍼층은 상기 발광구조물(110)의 재료와 기판(105)의 격자 부정합을 완화시켜 줄 수 있으며, 버퍼층의 재료는 3족-5족 화합물 반도체 예컨대, GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN 중 적어도 하나로 형성될 수 있다.
또한, 실시예는 상기 버퍼층 위에 언도프드(undoped) 반도체층(미도시)이 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 제1 도전형 반도체층(112)은 반도체 화합물로 형성될 수 있다. 3족-5족, 2족-6족 등의 화합물 반도체로 구현될 수 있으며, 제1 도전형 도펀트가 도핑될 수 있다. 상기 제1 도전형 반도체층(112)이 n형 반도체층인 경우, 상기 제1도전형 도펀트는 n형 도펀트로서, Si, Ge, Sn, Se, Te를 포함할 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
상기 제1 도전형 반도체층(112)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(112)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(112)은 화학증착방법(CVD) 혹은 분자선 에피택시 (MBE) 혹은 스퍼터링 혹은 수산화물 증기상 에피택시(HVPE) 등의 방법을 사용하여 N형 GaN층을 형성할 수 있다. 또한, 상기 제1 도전형 반도체층(112)은 챔버에 트리메틸 갈륨 가스(TMGa), 암모니아 가스(NH3), 질소 가스(N2), 및 실리콘(Si)와 같은 n 형 불순물을 포함하는 실란 가스(SiH4)가 주입되어 형성될 수 있다.
다음으로, 상기 제1 도전형 반도체층(112) 상에 전류확산층(미도시)을 형성한다. 상기 전류확산층은 언도프트 질화갈륨층(undoped GaN layer)일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
다음으로, 실시예는 상기 전류확산층 상에 전자주입층(미도시)을 형성할 수 있다. 상기 전자주입층은 제1 도전형 질화갈륨층일 수 있다. 예를 들어, 상기 전자주입층은 n형 도핑원소가 6.0x1018atoms/cm3~8.0x1018atoms/cm3의 농도로 도핑 됨으로써 효율적으로 전자주입을 할 수 있다. 상기 전자주입층은 약 1000Å 이하의 두께로 형성할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 실시예는 전자주입층 상에 스트레인 제어층(미도시)을 형성할 수 있다. 예를 들어, 전자주입층 상에 InyAlxGa(1-x-y)N(0≤x≤1, 0≤y≤1)/GaN 등으로 형성된 스트레인 제어층을 형성할 수 있다.
상기 스트레인 제어층은 제1 도전형 반도체층(112)과 활성층(114) 사이의 격자 불일치에 기이한 응력을 효과적으로 완화시킬 수 있다.
또한, 상기 스트레인제어층은 제1 Inx1GaN 및 제2 Inx2GaN 등의 조성을 갖는 적어도 6주기로 반복 적층됨에 따라, 더 많은 전자가 활성층(114)의 낮은 에너지 준위로 모이게 되며, 결과적으로 전자와 정공의 재결합 확률이 증가되어 발광효율이 향상될 수 있다.
이후, 상기 스트레인 제어층 상에 활성층(114)을 형성한다.
상기 활성층(114)은 제1 도전형 반도체층(112)을 통해서 주입되는 전자와 이후 형성되는 제2 도전형 반도체층(116)을 통해서 주입되는 정공이 서로 만나서 활성층(발광층) 물질 고유의 에너지 밴드에 의해서 결정되는 에너지를 갖는 빛을 방출하는 층이다.
상기 활성층(114)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(114)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(114)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.
실시예에서 상기 활성층(114) 상에는 전자차단층(미도시)이 형성되어 전자 차단(electron blocking) 및 활성층의 클래딩(MQW cladding) 역할을 해줌으로써 발광효율을 개선할 수 있다. 예를 들어, 상기 전자차단층은 AlxInyGa(1-x-y)N(0≤x≤1,0≤y≤1)계 반도체로 형성될 수 있으며, 상기 활성층(114)의 에너지 밴드 갭보다는 높은 에너지 밴드 갭을 가질 수 있으며, 약 100Å~ 약 600Å의 두께로 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 상기 전자차단층은 AlzGa(1-z)N/GaN(0≤z≤1) 초격자(superlattice)로 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 전자차단층은 p형으로 이온주입되어 오버플로우되는 전자를 효율적으로 차단하고, 홀의 주입효율을 증대시킬 수 있다. 예를 들어, 상기 전자차단층은 Mg이 약 1018~1020/cm3 농도 범위로 이온주입되어 오버플로우되는 전자를 효율적으로 차단하고, 홀의 주입효율을 증대시킬 수 있다.
실시예는 상기 활성층(114) 상에 전자차단층이 형성되어 전자 차단(electron blocking) 및 활성층의 클래딩(MQW cladding) 역할을 해줌으로써 발광효율을 개선할 수 있다., 상기 전자차단층은 상기 활성층(114)의 에너지 밴드 갭보다 큰 에너지 밴드 갭을 가질 수 있다.
상기 제2 도전형 반도체층(116)은 반도체 화합물로 형성될 수 있다. 3족-5족, 2족-6족 등의 화합물 반도체로 구현될 수 있으며, 제2 도전형 도펀트가 도핑될 수 있다.
예를 들어, 상기 제2 도전형 반도체층(116)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(116)이 P형 반도체층인 경우, 상기 제2도전형 도펀트는 P형 도펀트로서, Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등을 포함할 수 있다.
상기 제2 도전형 반도체층(116)은 챔버에 트리메틸 갈륨 가스(TMGa), 암모니아 가스(NH3), 질소 가스(N2), 및 마그네슘(Mg)과 같은 p 형 불순물을 포함하는 비세틸 사이클로 펜타디에닐 마그네슘(EtCp2Mg){Mg(C2H5C5H4)2}가 주입되어 p형 GaN층이 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예에서 상기 제1 도전형 반도체층(112)은 n형 반도체층, 상기 제2 도전형 반도체층(116)은 p형 반도체층으로 구현할 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 또한 상기 제2 도전형 반도체층(116) 위에는 상기 제2 도전형과 반대의 극성을 갖는 반도체 예컨대 n형 반도체층(미도시)을 형성할 수 있다. 이에 따라 발광구조물(110)은 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.
이후, 상기 제2 도전형 반도체층(116) 상에 제1 반사층(121)을 형성한다. 이후 형성되는 제2 전극(142) 하측에 제2 반사층(122)이 형성될 수 있다.
실시예에서 상기 제1 반사층(121) 또는 제2 반사층(122)은 DBR(Distributed Bragg Reflector)일 수 있으며, DBR은 mλ/4n(단, λ: 광의 파장, n: 매질의 굴절율, m: 홀수)의 두께로 교대로 적층하여 특정 파장대(λ)의 광에서 95% 이상의 반사율을 얻을 수 있는 반도체 적층 구조일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
예를 들어, 상기 제1 반사층(121) 또는 제2 반사층(122)은 SiO2/TiO2, SiNx/TiO2, SiO2/TiNx 등의 물질을 채용할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예는 이후 형성되는 제1 패드 전극(141a)과 제1 가지 전극(141b)의 아래에 형성된 제1 반사층(121)을 포함함으로써 제1 패드 전극(141a), 제1 가지 전극(141b)의 물질의 반사율에 상관없이 열적으로 안정한 물질을 제1 패드 전극(141a), 제1 가지 전극(141b) 물질로 채용할 수 있어 소자의 안정성을 도모할 수 있고, 제1 반사층(121)에 의해 발광된 빛을 반사시켜 외부로 추출되게 함으로써 광추출 효율을 증대시킬 수 있다.
상기 제1 반사층(121)의 수평단면은 제1 가지 전극(141b)과 제2 가지 전극(141c), 및 제1 패드 전극(141a)의 수평단면보다 크게 배치됨으로써 광추출 효율을 증대시킬 수 있다.
예를 들어, 상기 제1 반사층(121)의 폭은 상기 제1 가지 전극(141b)의 수평폭보다 크며, 제1 가지 전극(141b)의 수평폭의 약 5 배 이하로 제어하여 발광소자의 열적인 안정성을 도모함과 동시에 광추출 효율을 증대시킬 수 있다.
다음으로, 상기 제1 반사층(121) 상에 투광성 전극(130)을 형성할 수 있다.
상기 투광성 전극(130)은 캐리어주입을 효율적으로 할 수 있도록 단일 금속 혹은 금속합금, 금속산화물 등을 다중으로 적층하여 형성할 수 있다. 예를 들어, 상기 투광성 전극(130)은 반도체와 전기적인 접촉인 우수한 물질로 형성될 수 있다.
예를 들어, 상기 투광성 전극(130)은 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.
다음으로, 도 5와 같이 실시예는 상기 제2 도전형 반도체층(116)과 상기 활성층(114)의 일부를 관통하여 상기 제1 도전형 반도체층(112)의 일부를 노출하는 복수의 관통홀(H)을 포함할 수 있다.
실시예는 상기 제2 도전형 반도체층 상에 형성된 제1 절연층(151)과, 상기 관통홀(H)의 측벽에 형성된 제2 절연층(152)을 통해 전기적인 쇼트를 방지할 수 있다.
또한, 실시예는 상기 제1 절연층(151) 상에 형성된 제1 패드 전극(141a)과, 상기 제1 패드 전극(141a)과 연결되며 상기 제2 도전형 반도체층(116) 상에 형성된 제1 가지 전극(141b)과, 상기 관통홀(H) 내에 형성되며 상기 제1 가지 전극(141b)과 연결되고, 상기 관통홀(H)에 의해 노출되는 제1 도전형 반도체층(112)과 접하는 제2 가지 전극(141c)을 포함할 수 있다.
상기 관통홀(H)의 측벽에 형성된 상기 제2 가지 전극(141c)은 상기 제2 절연층(152) 상에 형성될 수 있다.
또한, 실시예는 상기 제2 도전형 반도체층(116) 상에 제2 전극(142)을 포함할 수 있고, 상기 제2 전극(142)은 상기 제2 도전형 반도체층(116) 상에 제2 패드 전극(142a)과, 상기 제2 패드 전극(142a)과 연결되며 상기 제2 도전형 반도체층(116) 상에 배치되는 제3 가지 전극(142b)을 포함할 수 있다. 상기 제3 가지 전극(142b)은 상기 제2 도전형 반도체층(116)과 포인트 컨택을 할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예에서 상기 제2 가지 전극(141c)은 상기 제1 도전형 반도체층(112)과 상기 관통홀(H)에 의해 노출되는 영역에서만 직접 접촉할 수 있다. 이를 통해 활성층이 제거되는 영역을 최소화하여 발광영역을 최대로 확보함과 아울러 전자(electron)이 이동도가 높은 점을 고려하여 제1 도전형 반도체층(112)에 전류 확산이 가능한 범위에서 포인트 컨택을 함으로써 전류주입효율을 최적화함으로써 발광영역의 확보와 캐리어 주입 효율의 최적화를 동시에 달성함으로써 광효율을 극대화할 수 있다.
또한, 실시예에서 상기 제2 가지 전극(141c)이 형성되는 관통홀(H)의 크기는 상기 제1 가지 전극(141b)의 폭보다 크게 함으로써 제1 도전형 반도체층(112)과 국부적으로 접합되는 부분에서 전류밀도(Current Density)를 낮추어 동작 전압(Forward Voltage, Vf)이 상승하는 것을 예방할 수 있다.
실시예에서 관통홀(H)의 모양은 원형, 사각형, 선타입 등 다양할 수 있으며, 관통홀(H)의 크기는 원형의 경우 지름, 사각형의 경우 일변의 길이, 선타입의 경우 얇은 폭 등을 의미할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
예를 들어, 상기 제2 가지 전극(141c)이 형성되는 관통홀(H)의 크기는 상기 제1 가지 전극(141b)의 폭의 3 배 이상으로 형성함으로써 제1 도전형 반도체층(112)과 국부적으로 접합되는 부분에서 전류밀를 낮추어 동작 전압이 상승하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 실시예는 상기 제2 가지 전극(141c)이 형성되는 관통홀(H)의 크기를 약 3 ㎛ 내지 상기 발광소자의 상면의 1/2 이하의 크기로 제어함으로써 전류확산에 필요한 최적의 크기를 확보하여 동작 전압이 상승하는 것을 방지할 수 있다.
실시예에 따른 발광소자, 발광소자의 제조방법, 발광소자 패키지 및 조명시스템에 의하면 제2 가지 전극이 형성되는 관통홀의 크기를 제1 가지 전극의 폭 보다 크게 형성함으로써 제1 도전형 반도체층과 국부적으로 접합되는 부분에서 전류밀를 낮추어 동작 전압이 상승하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 실시예는 제1 패드 전극과 제1 가지 전극 아래에 형성된 제1 반사층을 포함함으로써 제1 패드 전극, 제1 가지 전극의 물질의 반사율에 상관없이 열적으로 안정한 물질을 제1 패드 전극, 제1 가지 전극 물질로 채용할 수 있어 소자의 안정성을 도모할 수 있고, 제1 반사층에 의해 발광된 빛을 반사시켜 외부로 추출되게 함으로써 광추출 효율을 증대시킬 수 있다.
또한, 실시예에 의하면 종래기술의 단점인 파워 감소(Power Drop)을 최소화하고 전체적으로 전류(Current)를 활성층에 고르게 주입시킬 수 있어 광효율이 증대될 수 있다.
도 6은 실시예들에 따른 발광소자가 설치된 발광소자 패키지(200)를 설명하는 도면이다.
실시예에 따른 발광 소자 패키지(200)는 패키지 몸체부(205)와, 상기 패키지 몸체부(205)에 설치된 제3 전극층(213) 및 제4 전극층(214)과, 상기 패키지 몸체부(205)에 설치되어 상기 제3 전극층(213) 및 제4 전극층(214)과 전기적으로 연결되는 발광 소자(100)와, 상기 발광 소자(100)를 포위하는 몰딩부재(230)가 포함된다.
상기 패키지 몸체부(205)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(213) 및 제4 전극층(214)은 서로 전기적으로 분리되며, 상기 발광 소자(100)에 전원을 제공하는 역할을 한다. 또한, 상기 제3 전극층(213) 및 제4 전극층(214)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 도 1에 예시된 수평형 타입의 발광 소자가 적용될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니며, 수직형 발광소자, 플립칩 발광소자도 적용될 수 있다.
상기 발광 소자(100)는 상기 패키지 몸체부(205) 상에 설치되거나 상기 제3 전극층(213) 또는 제4 전극층(214) 상에 설치될 수 있다.
상기 발광 소자(100)는 상기 제3 전극층(213) 및/또는 제4 전극층(214)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(213)과 와이어(230)를 통해 전기적으로 연결되고 상기 제4 전극층(214)과 직접 접촉하여 전기적으로 연결된 것이 예시되어 있다.
상기 몰딩부재(230)는 상기 발광 소자(100)를 포위하여 상기 발광 소자(100)를 보호할 수 있다. 또한, 상기 몰딩부재(230)에는 형광체(232)가 포함되어 상기 발광 소자(100)에서 방출된 광의 파장을 변화시킬 수 있다.
실시예에 따른 발광소자 패키지는 복수개가 기판 상에 어레이되며, 상기 발광 소자 패키지에서 방출되는 광의 경로 상에 광학 부재인 도광판, 프리즘 시트, 확산 시트, 형광 시트 등이 배치될 수 있다. 이러한 발광 소자 패키지, 기판, 광학 부재는 백라이트 유닛으로 기능하거나 조명 유닛으로 기능할 수 있으며, 예를 들어, 조명시스템은 백라이트 유닛, 조명 유닛, 지시 장치, 램프, 가로등을 포함할 수 있다.
도 7 내지 도 9는 실시 예에 따른 조명장치를 나타낸 도면이다.
도 7은 실시 예에 따른 조명 장치를 위에서 바라본 사시도이고, 도 8은 도 7에 도시된 조명 장치를 아래에서 바라본 사시도이고, 도 9는 도 7에 도시된 조명 장치의 분해 사시도이다.
도 7 내지 도 9를 참조하면, 실시 예에 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 실시 예에 따른 발광소자 또는 발광소자 패키지를 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 전자차단층(126)할 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.
도 10 및 도 11은 실시 예에 따른 조명장치의 다른 예를 나타낸 도면이다.
도 10은 실시 예에 따른 조명 장치의 사시도이고, 도 11은 도 10에 도시된 조명 장치의 분해 사시도이다.
도 10 및 도 11을 참조하면, 실시 예에 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 나사산이 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.
도 11에서, 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 11에서는 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.
도 12는 실시예에 따른 백라이트 유닛의 분해 사시도(1200)이다. 다만, 도 12의 백라이트 유닛(1200)은 조명 시스템의 한 예이며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
실시예에 따른 백라이트 유닛(1200)은 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 설치되는 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.
실시예에 따른 발광소자, 발광소자의 제조방법, 발광소자 패키지 및 조명시스템에 의하면 제2 가지 전극이 형성되는 관통홀의 크기를 제1 가지 전극의 폭 보다 크게 형성함으로써 제1 도전형 반도체층과 국부적으로 접합되는 부분에서 전류밀를 낮추어 동작 전압이 상승하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 실시예는 제1 패드 전극과 제1 가지 전극 아래에 형성된 제1 반사층을 포함함으로써 제1 패드 전극, 제1 가지 전극의 물질의 반사율에 상관없이 열적으로 안정한 물질을 제1 패드 전극, 제1 가지 전극 물질로 채용할 수 있어 소자의 안정성을 도모할 수 있고, 제1 반사층에 의해 발광된 빛을 반사시켜 외부로 추출되게 함으로써 광추출 효율을 증대시킬 수 있다.
또한, 실시예에 의하면 종래기술의 단점인 파워 감소(Power Drop)을 최소화하고 전체적으로 전류(Current)를 활성층에 고르게 주입시킬 수 있어 광효율이 증대될 수 있다.
이상에서 실시예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 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 실시예의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 실시예를 한정하는 것이 아니며, 실시예가 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 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 설정하는 실시예의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
기판(105), 제1 도전형 반도체층(112),
활성층(114), 제2 도전형 반도체층(116),
관통홀(H), 제1 절연층(151), 제2 절연층(152),
제1 패드 전극(141a), 제1 가지 전극(141b),
제2 가지 전극(141c), 제2 전극(142),
제1 반사층(121), 제2 반사층(122)

Claims (10)

  1. 기판;
    상기 기판 상에 제1 도전형 반도체층;
    상기 제1 도전형 반도체층 상에 활성층;
    상기 활성층 상에 제2 도전형 반도체층;
    상기 제2 도전형 반도체층과 상기 활성층의 일부를 관통하여 상기 제1 도전형 반도체층의 일부를 노출하는 복수의 관통홀;
    상기 제2 도전형 반도체층 상에 형성된 제1 절연층;
    상기 제1 절연층 상에 형성된 제1 패드 전극;
    상기 제1 패드 전극과 연결되며 상기 제1 절연층 상에 형성된 제1 가지 전극;
    상기 관통홀 내에 형성되며 상기 제1 가지 전극과 연결되고, 상기 관통홀에 의해 노출되는 제1 도전형 반도체층과 접하는 제2 가지 전극; 및
    상기 제2 도전형 반도체층 상에 제2 전극;을 포함하는 발광소자.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 패드 전극과 상기 제1 가지 전극의 아래에 형성된 제1 반사층;을 포함하는 발광소자.
  3. 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
    상기 관통홀의 측벽에 형성된 제2 절연층을 더 포함하고,
    상기 관통홀의 측벽에 형성된 상기 제2 가지 전극은 상기 제2 절연층 상에 형성된 발광소자.
  4. 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
    상기 제1 반사층은
    DBR(Distributed Bragg Reflector)을 포함하는 발광소자.
  5. 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
    상기 제2 가지 전극은
    상기 제1 도전형 반도체층과 상기 관통홀에 의해 노출되는 영역에서만 직접 접촉하는 발광소자.
  6. 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
    상기 제2 가지 전극이 형성되는 관통홀의 크기는
    상기 제1 가지 전극의 폭보다 큰 발광소자.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 제2 가지 전극이 형성되는 관통홀의 크기는
    상기 제1 가지 전극의 폭의 3 배 이상으로 형성되는 발광소자.
  8. 제6 항에 있어서,
    상기 제2 가지 전극이 형성되는 관통홀의 크기는
    3 ㎛ 내지 상기 발광소자의 상면의 1/2 이하의 크기인 발광소자.
  9. 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
    상기 제1 반사층의 수평단면은,
    상기 제1 가지 전극과 상기 제2 가지 전극, 및 상기 제1 패드 전극의 수평단면보다 큰 발광소자.
  10. 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
    상기 제2 전극 아래에 형성된 제2 반사층을 더 포함하는 발광소자.
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