KR20140100683A - 발광 소자 - Google Patents
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Abstract
실시 예는 제1 반도체층, 활성층, 및 제2 반도체층을 포함하는 발광 구조물, 상기 제1 반도체층 상에 배치되는 제1 전극, 상기 제2 반도체층 아래에 배치되는 오믹 영역, 상기 오믹 영역 아래에 배치되고, 빛을 투과시키는 측방출층, 및 상기 측방출층 아래에 배치되는 하부 반사부 및 상기 측방출층 내에 위치하고 상기 오믹 영역과 상기 하부 반사부를 연결하는 상부 반사부를 포함하는 반사층을 포함하며,상기 상부 반사부는 상기 제1 전극과 수직 방향으로 오버랩되지 않는다.
Description
실시 예는 발광 소자에 관한 것이다.
일반적으로, 발광 다이오드(Light Emitting Diode : 이하, 'LED'라 칭함)는 전자와 홀의 재결합이라는 화합물 반도체의 특성을 이용해 전기 신호를 적외선, 가시광선 또는 빛의 형태로 변환시켜 신호를 보내고 받는데 사용되는 반도체 소자이다.
LED에 있어서, 발광되는 광의 주파수(혹은 파장)는 반도체 재료의 밴드 갭(band gap)에 관한 함수로서, 작은 밴드 갭을 갖는 반도체 재료를 사용하는 경우 낮은 에너지와 긴 파장의 광자가 발생되고, 넓은 밴드 갭을 갖는 반도체 재료를 사용하는 경우 짧은 파장의 광자가 발생된다. 따라서, 발광하고자 하는 빛의 종류에 따라서 소자의 반도체 재료가 선택된다.
LED 고휘도를 구현하기 위해서 광추출 효율을 높이는게 중요하다. 광 추출 효율을 높이기 위하여 플립칩(flip-chip) 구조, 표면 요철 형성(surface texturing), 요철이 형성된 사파이어 기판(patterned sapphire substrate: PSS), 광결정 (photonic crystal) 기술, 및 반사 방지막 (anti-reflection layer) 구조 등을 이용한 다양한 방법들이 연구되고 있다.
일반적으로 발광 소자는 빛을 발생하는 반도체층인 발광 구조물과, 전원이 공급되는 제1 전극과 제2 전극과, 전류 분산을 목적으로 하는 전류 차단층과, 발광 구조물과 오믹 접촉하는 오믹층과, 광추출 효율을 향상시키기 위한 ITO(Indium Tin Oxide)층을 포함할 수 있다.
실시 예는 발광 효율 및 광지향각을 향상시킬 수 있는 발광 소자를 제공한다.
실시 예에 따른 발광 소자는 제1 반도체층, 활성층, 및 제2 반도체층을 포함하는 발광 구조물; 상기 제1 반도체층 상에 배치되는 제1 전극; 상기 제2 반도체층 아래에 배치되는 오믹 영역; 상기 오믹 영역 아래에 배치되고, 빛을 투과시키는 측방출층; 및 상기 측방출층 아래에 배치되는 하부 반사부, 및 상기 측방출층 내에 위치하고 상기 오믹 영역과 상기 하부 반사부를 연결하는 상부 반사부를 포함하는 반사층을 포함하며, 상기 상부 반사부는 상기 제1 전극과 수직 방향으로 오버랩되지 않는다.
상기 제1 전극은 패드부; 상기 패드부로부터 확장되고 상기 제1 반도체층의 상면 가장 자리 상에 배치되는 외부 전극; 및 상기 외부 전극의 내측에 위치하고, 상기 외부 전극과 연결되는 내부 전극을 포함할 수 있으며, 상기 상부 반사부는 상기 외부 전극과 상기 내부 전극 사이에 정렬될 수 있다.
상기 상부 반사부는 복수 개일 수 있고, 복수의 상부 반사부들은 서로 이격하여 배치될 수 있다.
상기 측방출층은 투광성 비전도성 절연 물질로 이루어질 수 있다.
상기 측방출층은 상기 오믹 영역 아래에 배치되고, 투광성 비전도성 절연 물질로 이루어지는 제1 측방출층; 및 상기 제1 측방출층 아래에 배치되고, 투광성 전도성 물질로 이루어지는 제2 측방출층을 포함할 수 있다.
상기 측방출층은 굴절률이 서로 다른 복수의 투광성 절연층들을 포함할 수 있다.
상기 패드부로부터의 이격 거리를 기준으로 상기 복수의 상부 반사부들의 직경은 서로 다를 수 있다. 상기 패드부에 인접하여 위치할수록 상기 복수의 상부 반사부들의 직경은 감소할 수 있다.
상기 측방출층은 실리콘 산화물(SiO2), 산화 티타늄(TiO2), 또는 산화 알루미늄(Al2O3) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 측방출층의 두께는 10㎛ ~ 100㎛일 수 있다. 상기 발광 소자는 상기 제2 반도체층과 상기 측방출층 사이에 배치되고, 상기 제1 전극과 수직 방향으로 오버랩되는 전류 차단층을 더 포함할 수 있다.
실시 예는 발광 효율 및 광지향각을 향상시킬 수 있다.
도 1은 실시 예에 따른 발광 소자의 평면도를 나타낸다.
도 2는 도 1에 도시된 발광 소자의 AB 방향의 단면도를 나타낸다.
도 3은 다른 실시 예에 따른 발광 소자를 나타낸다.
도 4는 다른 실시 예에 따른 발광 소자를 나타낸다.
도 5는 다른 실시 예에 따른 발광 소자의 평면도를 나타낸다.
도 6은 도 5에 도시된 발광 소자의 CD 방향의 단면도를 나타낸다.
도 7은 실시 예에 따른 발광 소자 패키지를 나타낸다.
도 8은 실시 예에 따른 발광 소자 패키지를 포함하는 조명 장치의 분해 사시도이다.
도 9는 실시 예에 따른 발광 소자 패키지를 포함하는 표시 장치를 나타낸다.
도 10는 실시 예에 따른 발광 소자 패키지를 포함하는 해드 램프를 나타낸다.
도 2는 도 1에 도시된 발광 소자의 AB 방향의 단면도를 나타낸다.
도 3은 다른 실시 예에 따른 발광 소자를 나타낸다.
도 4는 다른 실시 예에 따른 발광 소자를 나타낸다.
도 5는 다른 실시 예에 따른 발광 소자의 평면도를 나타낸다.
도 6은 도 5에 도시된 발광 소자의 CD 방향의 단면도를 나타낸다.
도 7은 실시 예에 따른 발광 소자 패키지를 나타낸다.
도 8은 실시 예에 따른 발광 소자 패키지를 포함하는 조명 장치의 분해 사시도이다.
도 9는 실시 예에 따른 발광 소자 패키지를 포함하는 표시 장치를 나타낸다.
도 10는 실시 예에 따른 발광 소자 패키지를 포함하는 해드 램프를 나타낸다.
이하, 실시 예들은 첨부된 도면 및 실시 예들에 대한 설명을 통하여 명백하게 드러나게 될 것이다. 실시 예의 설명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴들의 "상/위(on)"에 또는 "하/아래(under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "상/위(on)"와 "하/아래(under)"는 "직접(directly)" 또는 "다른 층을 개재하여 (indirectly)" 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 각 층의 상/위 또는 하/아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다.
도면에서 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다. 또한 동일한 참조번호는 도면의 설명을 통하여 동일한 요소를 나타낸다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시 예에 따른 발광 소자를 설명한다.
도 1은 실시 예에 따른 발광 소자(100)의 평면도를 나타내고, 도 2는 도 1에 도시된 발광 소자(100)의 AB 방향의 단면도를 나타낸다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 발광 소자(100)는 발광 구조물(150), 제1 전극(170), 보호층(140), 전류 차단층(Current Blocking Layer; 135), 패시베이션층(passivation layer, 160), 오믹 영역(ohmic region, 130), 측방출층(125), 및 제2 전극(101)을 포함한다.
발광 구조물(150)은 기설정된 파장을 갖는 빛을 발생한다. 발광 구조물(150)의 측면은 단위 칩으로 구분하는 아이솔레이션(isolation) 에칭 과정에서 경사면이 될 수 있다.
발광 구조물(150)은 제1 반도체층(156), 제1 반도체층(156) 아래에 배치되는 활성층(154), 및 활성층(154) 아래에 배치되는 제2 반도체층(152)을 포함할 수 있다.
제1 반도체층(156)은 3족-5족, 2족-6족 등의 화합물 반도체로 구현될 수 있으며, 제1 도전형 도펀트가 도핑될 수 있다.
예컨대, 제1 반도체층(156)은 InxAlyGa1 -x- yN (0≤x≤1, 0≤y≤1)의 조성식을 가지는 반도체일 수 있으며, n형 도펀트(예: Si, Ge, Sn 등)가 도핑될 수 있다.
활성층(154)은 제1 반도체층(156) 및 제2 반도체층(152)으로부터 제공되는 전자(electron)와 정공(hole)의 재결합(recombination) 과정에서 발생하는 에너지에 의해 광을 생성할 수 있다.
활성층(154)은 제1 반도체층(156)과 제2 반도체층(152) 사이에 배치될 수 있고, 반도체 화합물, 예컨대, 3족-5족, 2족-6족의 화합물 반도체로 구현될 수 있다.
활성층(154)은 단일 우물 구조, 다중 우물 구조, 양자 선(Quantum-Wire) 구조, 또는 양자 점(Quantum Dot) 구조 등일 수 있다.
활성층(154)이 양자우물구조인 경우, 활성층(154)은 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 가질 수 있다. 우물층은 장벽층의 에너지 밴드 갭보다 낮은 밴드 갭을 갖는 물질일 수 있다.
제2 반도체층(152)은 3족-5족, 2족-6족 등의 화합물 반도체로 구현될 수 있으며, 제2 도전형 도펀트가 도핑될 수 있다.
예컨대, 제2 반도체층(136)은 InxAlyGa1 -x- yN (0≤x≤1, 0≤y≤1)의 조성식을 갖는 반도체일 수 있으며, p형 도펀트(예컨대, Mg, Zn, Ca, Sr, Ba)가 도핑될 수 있다.
제1 전극(170)은 제1 반도체층(156) 상에 배치될 수 있다. 제1 반도체층(156)의 상면에는 광 추출 효율을 증가시키기 위해 러프니스(roughness, 180)가 형성될 수 있다. 또한 광 추출 효율을 증가시키기 위하여 제1 전극(170)의 상면에도 러프니스(미도시)가 형성될 수 있다.
제1 전극(170)은 소정의 패턴 형상일 수 있다.
예컨대, 제1 전극(170)은 패드부(102a, 102b) 및 가지 전극(172a, 172b, 172c, 172d, 172e)을 포함할 수 있다. 패드부(102a, 102b)는 전원 공급을 위하여 와이어(wire)가 본딩되는 제1 전극(170)의 부분일 수 있다.
가지 전극(172a, 172b, 172c, 172d, 172e)은 패드부(102a, 102b)로부터 공급되는 전류를 제1 반도체층(156)에 골고루 확산하는 전류 확산(current spreading) 역할을 할 수 있다.
가지 전극(172a, 172b, 172c, 172d, 172e)은 패드부(102a, 102b)로부터 확장되고 제1 반도체층(156)의 상면 가장 자리 상에 배치되는 외부 전극(172a, 172b, 172c, 172d), 및 외부 전극(172a, 172b, 172c, 172d)의 내측에 위치하는 제1 반도체층(156)의 상면 상에 배치되는 내부 전극(172e)을 포함할 수 있다.
패드부(102a, 102b)는 외부 전극(172a,172b,172c,172d)이 서로 만나는 곳들 중 적어도 하나, 또는 외부 전극(172a,172b,172c,172d)과 내부 전극(172e)이 서로 만나는 곳에 마련될 수 있다.
패드부(102a, 102b)는 제1 패드부(102a)와 제2 패드부(102b)를 포함할 수 있다. 제1 패드부(102a)는 제1 외부 전극(172a)과 제2 외부 전극(172b)이 접하는 부분에 마련될 수 있고, 제2 패드부(102b)는 제2 외부 전극(172b)과 제3 외부 전극(172c)이 접하는 부분에 마련될 수 있다.
도 1에 도시된 외부 전극(172a,172b,172c,172d) 및 내부 전극(172e)은 일 실시 예일 뿐이며, 제1 전극(170)은 도 1에 도시된 구조에 한정되는 것은 아니며, 다양한 형태로 구현될 수 있다.
보호층(140)은 제2 반도체층(152)의 하면의 가장 자리 영역 상에 배치될 수 있다. 보호층(140)은 발광 구조물(150)과 측방출층(125) 사이의 계면이 박리되어 발광 소자(100)의 신뢰성이 저하되는 것을 방지할 수 있다. 또한 보호층(140)은 외부 전극(172a,172b,172c,172d)과 수직 방향으로 적어도 일부가 오버랩(overlap)될 수 있으며, 이로 인하여 전류 분산 역할을 할 수 있다.
보호층(140)은 전기 절연성 물질, 예를 들어, ZnO, SiO2, Si3N4, TiOx(x는 양의 실수), 또는 Al2O3 등으로 형성될 수 있다.
전류 차단층(135)은 제2 반도체층(152) 아래에 배치된다. 구체적으로 전류 차단층(135)은 제2 반도체층(152)의 하면의 일 영역 상에 배치될 수 있다.
전류 차단층(135)은 제2 반도체층(152)과 측방출층(125) 사이에 배치될 수 있다.
전류 차단층(135)은 제1 전극(170)에 상응하여 배치될 수 있으며, 수직 방향으로 제1 전극(170)과 적어도 일부가 오버랩될 수 있다. 예컨대, 전류 차단층(135)은 제1 전극(170) 패턴에 대응하는 패턴 형상을 가질 수 있다. 수직 방향은 제2 반도체층(152)으로부터 제1 반도체층(156)으로 향하는 방향일 수 있다.
전류 차단층(135)은 수직 방향으로 제1 전극(170)과 적어도 일부가 오버랩되기 때문에, 제1 전극(170)과 제2 전극(101) 사이에 위치하는 발광 구조물(150)의 특정 영역에 전류가 집중되는 현상을 완화하여 발광 소자(100)의 발광 효율을 향상시킬 수 있다.
전류 차단층(135)은 제2 반도체층(152)과 쇼트키 접촉(Schottky contact)을 형성하는 물질, 또는 전기 절연성 물질일 수 있다. 예를 들어, 전류 차단층(135)은 ZnO, SiO2, SiON, Si3N4, Al2O3 , TiO2, AiN 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
오믹 영역(130)은 제2 반도체층(152) 아래에 배치되며, 전류 차단층(135)이 배치된 영역을 제외한 제2 반도체층(242)의 하면과 오믹 접촉할 수 있다. 오믹 영역(130)은 제2 전극(101)으로부터 발광 구조물(150)로 전원이 원활히 공급되도록 하는 역할을 할 수 있다.
도 2에 도시된 오믹 영역(130)은 전류 차단층(135)의 측면에만 접하도록 도시되었지만, 다른 실시 예에는 오믹 영역(130)을 형성하는 물질이 전류 차단층(135)의 측면 및 하면 상에 배치될 수 있다.
오믹 영역(130)은 In, Zn, Sn, Ni, Pt, 및 Ag 중 적어도 하나를 포함하여 형성할 수 있다. 또한 오믹 영역(130)은 투광성 전도층과 금속을 선택적으로 사용하여 형성할 수 있다. 예컨대, 오믹 영역(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), IrOx, RuOx, RuOx/ITO, Ni, Ag, Ni/IrOx/Au, 및 Ni/IrOx/Au/ITO 중 하나 이상을 포함할 수 있으며, 단층 또는 다층으로 구현할 수 있다.
패시베이션층(160)은 발광 구조물(150)을 전기적으로 보호하기 위하여 발광 구조물(150)의 측면에 배치될 수 있다. 패시베이션층(160)은 제1 반도체층(156)의 상면 일부 또는 보호층(140)의 상면에도 배치될 수 있다. 패시베이션층(160)은 절연 물질, 예컨대, SiO2, SiOx, SiOxNy, Si3N4, 또는 Al2O3 로 형성될 수 있다.
측방출층(125)은 오믹 영역(130), 전류 차단층(135), 및 보호층(140) 아래에 배치되며, 발광 소자(150)로부터 조사되는 빛, 및 반사층(120)에 의하여 반사되는 빛을 측 방향으로 방출하여, 발광 소자(100)의 광지향각을 향상시킬 수 있다.
측방출층(125)은 광투광성 비전도성 절연 물질, 예컨대, 실리콘 산화물(SiO2), 산화 티타늄(TiO2), 또는 산화 알루미늄(Al2O3) 중 적어도 하나를 포함하여 이루어질 수 있다.
측방출층(125)의 두께는 측 방향 방출 및 광지향각을 고려하여, 10㎛ ~ 100㎛일 수 있다. 측방출층(125)의 두께가 10㎛미만일 경우에는 발광 소자(150)로부터 조사되는 빛, 및 반사층(120)에 의하여 반사되는 빛이 측 방향으로 거의 방출되지 않기 때문에, 광지향각이 변화가 거의 없기 때문이다.
또한 측방출층(125)의 두께가 100㎛초과할 경우에는 발광 구조물(150)을 성장시킨 성장 기판(미도시)을 발광 구조물(150)로부터 제거하는 LLO(Laser Lift Off) 공정시 압력 및 열에 의하여 측방출층(125)이 파손될 수 있기 때문이다.
반사층(120)은 측방출층(125) 아래에 배치되며, 일부는 측방출층(125)을 통과하여 오믹 영역(130)과 접할 수 있다.
반사층(120)은 측방출층(125) 하면 아래에 위치하는 하부 반사부(121) 및 측방출층(125) 내에 위치하고 오믹 영역(130)과 하부 반사부(121)을 연결하는 적어도 하나의 상부 반사부(122-1 내지 122-n, n≥1인 자연수)을 포함할 수 있다.
적어도 하나의 상부 반사부(122-1 내지 122-n, n≥1인 자연수)는 제1 전극(179)과 수직 방향으로 오버랩되지 않는다. 또한 적어도 하나의 상부 반사부(122-1 내지 122-n, n≥1인 자연수)는 전류 차단층(135)과 수직 방향으로 오버랩되지 않는다.
적어도 하나의 상부 반사부(122-1 내지 122-n, n≥1인 자연수)의 측면은 측방출층(125)에 의해 감싸지며, 적어도 하나의 상부 반사부(122-1 내지 122-n, n≥1인 자연수)의 상면은 오믹 영역(130)과 오믹 접촉할 수 있다.
예컨대, 반사층(120)은 하부 반사부(121)에서 오믹 영역(130)으로 확장되고, 측방출층(125)을 통과하여 오믹 영역(130)과 접촉하는 복수의 상부 반사부들(122-1 내지 122-n, 예컨대, n=6)을 포함할 수 있다. 상부 반사부들(122-1 내지 122-n, 예컨대, n=6)은 측방출층(125) 내에 서로 이격하여 배치될 수 있다.
상부 반사부들(122-1 내지 122-n, 예컨대, n=6)은 외부 전극(172a, 172b, 172c, 172d)과 내부 전극(172e) 사이에 위치하는 발광 구조물(150)의 일부 영역(S1)에 정렬될 수 있다.
반사층(120)은 반사 물질, 예컨대, Ag, Ni, Al, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au, Hf 중 적어도 하나를 포함하는 금속 또는 합금으로 형성될 수 있다.
또는 반사층(120)은 반사 물질과 투광성 전도성 물질을 이용하여 형성될 수 있다. 예컨대, 반사층(120)은 IZO/Ni, AZO/Ag, IZO/Ag/Ni, AZO/Ag/Ni 등으로 형성할 수 있다.
지지층(105)은 반사층(120) 아래에 배치되고, 발광 구조물(150)을 지지할 수 있다. 지지층(105)은 금속 또는 반도체 물질로 형성될 수 있다. 또한 지지층(105)은 전기 전도성과 열 전도성이 높은 물질로 형성될 수 있다.
예컨대, 지지층(105)는 구리(Cu), 구리 합금(Cu alloy), 금(Au), 니켈(Ni), 몰리브덴(Mo), 및 구리-텅스텐(Cu-W) 중 적어도 하나를 포함하는 금속 물질이거나, 또는 Si, Ge, GaAs, ZnO, SiC 중 적어도 하나를 포함하는 반도체일 수 있다.
배리어층(barrier layer, 115)은 반사층(120)과 지지층(105) 사이에 배치되며, 접합층(110) 및 지지층(105)의 금속 이온이 반사층(120), 및 오믹 영역(130)을 통과하여 발광 구조물(150)로 확산하는 것을 방지할 수 있다. 예컨대, 배리어층(115)은 Ni, Pt, Ti,W,V, Fe, Mo 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 단층 또는 다층으로 이루어질 수 있다.
접합층(110)은 지지층(105)과 배리어층(115) 사이에 배치될 수 있으며, 지지층(105)과 배리어층(115)을 접합시키는 본딩층(bonding layer)의 역할을 할 수 있다.
접합층(110)은 금속 물질, 예를 들어, In,Sn, Ag, Nb, Pd, Ni, Au, Cu 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 접합층(110)은 지지층(105)을 본딩 방식으로 접합하기 위해 형성하는 것이므로 지지층(105)을 도금이나 증착 방법으로 형성하는 경우에는 접합층(110)은 생략될 수 있다.
제2 전극(105)은 제1 전극(170)과 함께 발광 구조물(150)에 전원을 제공한다. 제2 전극(105)에 의하여 반사층(120)에 전원이 공급될 수 있고, 상부 반사부들(122-1 내지 122-n, n≥1인 자연수)을 통하여 발광 구조물(150)에 공급될 수 있다.
상부 반사부들(122-1 내지 122-n, n≥1인 자연수)은 수직 방향으로 제1 전극(170)과 비오버랩되기 때문에 실시 예는 전류 분산 효과를 향상시킬 수 있고, 이로 인하여 발광 효율을 향상시킬 수 있다.
측방출층(125)에 의하여 발광 구조물(150)로부터 조사되는 빛, 및 반사층(120)으로부터 반사되는 빛을 측 방향으로 방출하기 때문에, 광지향각을 증가시킬 수 있고, 발광 소자(100)의 측면 발광 효율을 향상시킬 수 있다.
도 3은 다른 실시 예에 따른 발광 소자(200)를 나타낸다. 도 2와 동일한 도면 부호는 동일한 구성을 나타내며, 동일한 구성에 대해서는 중복을 피하기 위하여 설명을 간략히 하거나 생략한다.
도 3를 참조하면, 측방출층(210)은 제1 측방출층(214) 및 제2 측방출층(212)을 포함할 수 있다.
제1 측방출층(212)은 오믹 영역(130), 보호층(130), 및 전류 차단층(135) 아래에 배치될 수 있고, 투광성 비전도성 절연 물질일 수 있다.
예컨대, 제1 측방출층(212)은 실리콘 산화물(SiO2), 산화 티타늄(TiO2), 또는 산화 알루미늄(Al2O3)로 이루어질 수 있다.
제2 측방출층(214)은 제1 측방출층(214) 아래에 배치될 수 있고, 투광성 전도성 물질일 수 있다. 예컨대, 제2 측방출층(214)은 전도성 산화 물질일 수 있다. 제2 측방출층(214)은 제1 측방출층(212)에 의하여 오믹 영역(130)과 이격 및 분리될 수 있다.
구체적으로 제2 측방출층(214)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), 및 GZO(gallium zinc oxide) 중 하나 이상을 포함할 수 있으며, 단층 또는 다층으로 구현할 수 있다.
하부 반사부(121)은 제2 측방출층(214) 아래에 위치할 수 있고, 상부 반사부들(122-1 내지 122-n, n≥1)은 제2 측방출층(214) 및 제1 측방출층(212)을 통과하여 오믹 영역(130)과 하부 반사부(121)을 연결할 수 있다.
실시 예(200)에서는 측방출층(210)의 일부 구성 물질로 전도성 산화 물질이 사용될 수 있다.
도 4는 다른 실시 예에 따른 발광 소자(300)를 나타낸다. 도 2와 동일한 도면 부호는 동일한 구성을 나타내며, 동일한 구성에 대해서는 중복을 피하기 위하여 설명을 간략히 하거나 생략한다.
도 4를 참조하면, 측방출층(410)은 굴절률이 서로 다른 복수의 투광성 절연층들(410-1 내지 410-m, m>1인 자연수)을 포함할 수 있다.
복수의 투광성 절연층들(410-1 내지 410-m, m>1인 자연수)은 실리콘 산화물(SiO2), 산화 티타늄(TiO2), 또는 산화 알루미늄(Al2O3) 중 어느 하나로 이루어질 수 있으며, 굴절률이 다를 수 있다. 예컨대, 두께 및 밀도를 조정하여 투광성 절연층들(410-1 내지 410-m, m>1인 자연수)의 굴절률을 서로 다르게 할 수 있다.
하부 반사부(121)은 투광성 절연층(410-m) 아래에 위치할 수 있고, 상부 반사부들(122-1 내지 122-n, n≥1)은 복수의 투광성 절연층들(410-1 내지 410-m, m>1인 자연수)을 통과하여 오믹 영역(130)과 하부 반사부(121)을 연결할 수 있다.
복수의 투광성 절연층들(410-1 내지 410-m, m>1인 자연수)은 굴절률이 서로 다르기 때문에, 발광 구조물(150)로부터 조사되는 빛, 및 반사층(120)에 의해 반사되는 빛이 측방출층(410) 내에서 굴절될 수 있고, 이로 인하여 실시 예는 광 추출 효율을 향상시킬 수 있다.
도 5는 다른 실시 예에 따른 발광 소자(400)의 평면도를 나타내고, 도 6은 도 5에 도시된 발광 소자(400)의 CD 방향의 단면도를 나타낸다. 도 2와 동일한 도면 부호는 동일한 구성을 나타내며, 동일한 구성에 대해서는 중복을 피하기 위하여 설명을 간략히 하거나 생략한다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 반사층(310)은 측방출층(125) 하면 아래에 위치하는 하부 반사부(121), 및 측방출층(125)을 통과하여 오믹 영역(130)과 하부 반사부(121)을 연결하고 복수의 상부 반사부들(310-1 내지 310-n, n>1인 자연수)을 포함할 수 있다. 복수의 상부 반사부들(310-1 내지 310-n, n>1인 자연수)은 서로 이격하여 위치할 수 있다.
패드부(102a, 102b)로부터의 이격 거리를 기준으로 복수의 상부 반사부들(310-1 내지 310-n, n>1인 자연수)의 단면적, 또는 직경(예컨대, d1, d2, d3)은 서로 다를 수 있다.
예컨대, 패드부(102a, 102b)에 인접하여 위치할수록 상부 반사부들(310-1 내지 310-n, n>1인 자연수)의 단면적 또는 직경(예컨대, d1, d2, d3)은 감소할 수 있다. 바꿔 말하면, 패드부(102a, 102b)로부터 멀게 위치할수록 상부 반사부들(310-1 내지 310-n, n>1인 자연수)의 단면적 또는 직경(예컨대, d1, d2, d3)은 증가할 수 있다.
패드부(102a, 102b)로부터의 이격 거리에 따라 상부 반사부들(310-1 내지 310-n, n>1인 자연수)의 단면적 또는 직경을 다르게 함으로써, 실시 예는 전류를 분산시킬 수 있고, 이로 인하여 발광 효율을 향상시킬 수 있다.
도 7은 실시 예에 따른 발광 소자 패키지(600)를 나타낸다.
도 7을 참조하면, 발광 소자 패키지(600)는 패키지 몸체(610), 리드 프레임(612, 614), 발광소자(620), 반사판(625), 와이어(630) 및 수지층(640)을 포함한다.
패키지 몸체(610)의 상면에는 캐비티(cavity)가 형성될 수 있다. 캐비티의 측벽은 경사지게 형성될 수 있다. 패키지 몸체(610)는 실리콘 기반의 웨이퍼 레벨 패키지(wafer level package), 실리콘 기판, 실리콘 카바이드(SiC), 질화알루미늄(aluminum nitride, AlN) 등과 같이 절연성 또는 열전도도가 좋은 기판으로 형성될 수 있으며, 복수 개의 기판이 적층되는 구조일 수 있다. 실시 예는 패키지 몸체(610)의 재질, 구조 및 형상으로 한정되지 않는다.
리드 프레임(612, 614)은 열 배출이나 발광소자의 장착을 고려하여 서로 전기적으로 분리되도록 패키지 몸체(610)에 배치된다. 발광 소자(620)는 리드 프레임(612, 614)과 전기적으로 연결된다. 발광 소자(620)는 실시 예들(100, 200, 300, 400) 중 어느 하나일 수 있다.
반사판(625)은 발광소자에서 방출된 빛을 소정의 방향으로 지향시키도록 패키지 몸체(610)의 캐비티 측벽에 형성된다. 반사판(625)은 광반사 물질로 이루어지며, 예컨대, 금속 코팅이거나 금속 박편일 수 있다.
수지층(640)은 패키지 몸체(610)의 캐비티 내에 위치하는 발광 소자(620)를 포위하여 발광소자(620)를 외부 환경으로부터 보호할 수 있다. 수지층(640)은 에폭시 또는 실리콘과 같은 무색 투명한 고분자 수지 재질로 이루어질 수 있다. 수지층(640)에는 발광 소자(620)에서 방출된 광의 파장을 변화시킬 수 있도록 형광체가 포함될 수 있다.
도 8은 실시 예에 따른 발광 소자 패키지를 포함하는 조명 장치의 분해 사시도이다. 도 8을 참조하면, 조명 장치는 광을 투사하는 광원(750)과, 광원의 열을 방출하는 방열부(740)와, 광원(750)과 방열부(740)를 수납하는 하우징(700)과, 광원(750)과 방열부(740)를 하우징(700)에 결합하는 홀더(760)를 포함한다.
하우징(700)은 전기 소켓(미도시)에 결합되는 소켓 결합부(710)와, 소켓 결합부(710)와 연결되고 광원(750)이 내장되는 몸체부(730)를 포함할 수 있다. 몸체부(730)에는 하나의 공기 유동구(720)가 관통하여 형성될 수 있다.
하우징(700)의 몸체부(730) 상에 복수 개의 공기 유동구(720)가 구비될 수 있으며, 공기 유동구(720)는 하나이거나, 복수 개일 수 있다. 공기 유동구(720)는 몸체부(730)에 방사상으로 배치되거나 다양한 형태로 배치될 수 있다.
광원(750)은 기판(754) 상에 실장되는 복수 개의 발광 소자 패키지(752)를 포함할 수 있다. 기판(754)은 하우징(700)의 개구부에 삽입될 수 있는 형상일 수 있으며, 후술하는 바와 같이 방열부(740)로 열을 전달하기 위하여 열전도율이 높은 물질로 이루어질 수 있다. 예컨대, 발광 소자 패키지(752)는 도 7에 도시된 실시 예(600)일 수 있다.
광원(750)의 하부에는 홀더(760)가 구비되며, 홀더(760)는 프레임 및 다른 공기 유동구를 포함할 수 있다. 또한, 도시되지는 않았으나 광원(750)의 하부에는 광학 부재가 구비되어 광원(750)의 발광 소자 패키지(752)에서 투사되는 빛을 확산, 산란 또는 수렴시킬 수 있다.
도 9는 실시 예에 따른 발광 소자 패키지를 포함하는 표시 장치를 나타낸다. 도 9를 참조하면, 표시 장치(800)는 바텀 커버(810)와, 바텀 커버(810) 상에 배치되는 반사판(820)과, 광을 방출하는 발광 모듈(830, 835)과, 반사판(820)의 전방에 배치되며 상기 발광 모듈(830,835)에서 발산되는 빛을 표시 장치 전방으로 안내하는 도광판(840)과, 도광판(840)의 전방에 배치되는 프리즘 시트들(850,860)을 포함하는 광학 시트와, 광학 시트 전방에 배치되는 디스플레이 패널(870)과, 디스플레이 패널(870)과 연결되고 디스플레이 패널(870)에 화상 신호를 공급하는 화상 신호 출력 회로(872)와, 디스플레이 패널(870)의 전방에 배치되는 컬러 필터(880)를 포함할 수 있다. 여기서 바텀 커버(810), 반사판(820), 발광 모듈(830,835), 도광판(840), 및 광학 시트는 백라이트 유닛(Backlight Unit)을 이룰 수 있다.
발광 모듈은 기판(830) 상에 실장되는 발광 소자 패키지들(835)을 포함할 수 있다. 여기서, 기판(830)은 PCB 등이 사용될 수 있으며, 발광 소자 패키지(835)는 도 7에 도시된 실시 예(600)일 수 있다.
바텀 커버(810)는 표시 장치(800) 내의 구성 요소들을 수납할 수 있다. 그리고, 반사판(820)은 본 도면처럼 별도의 구성요소로 마련될 수도 있으며, 도광판(840)의 후면이나, 바텀 커버(810)의 전면에 반사도가 높은 물질로 코팅되는 형태로 마련되는 것도 가능하다.
여기서, 반사판(820)은 반사율이 높고 초박형으로 사용 가능한 소재를 사용할 수 있고, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PolyEthylene Terephtalate; PET)를 사용할 수 있다.
그리고, 도광판(830)은 폴리메틸메타크릴레이트(PolyMethylMethAcrylate; PMMA), 폴리카보네이트(PolyCarbonate; PC), 또는 폴리에틸렌(PolyEthylene; PE) 등으로 형성될 수 있다.
그리고, 제1 프리즘 시트(850)는 지지 필름의 일면에, 투광성이면서 탄성을 갖는 중합체 재료로 형성될 수 있으며, 중합체는 복수 개의 입체구조가 반복적으로 형성된 프리즘층을 가질 수 있다. 여기서, 복수 개의 패턴은 도시된 바와 같이 마루와 골이 반복적으로 스트라이프 타입으로 구비될 수 있다.
그리고, 제2 프리즘 시트(860)에서 지지 필름 일면의 마루와 골의 방향은, 제1 프리즘 시트(850) 내의 지지필름 일면의 마루와 골의 방향과 수직할 수 있다. 이는 발광 모듈과 반사 시트로부터 전달된 빛을 디스플레이 패널(1870)의 전면으로 고르게 분산하기 위함이다.
그리고, 도시되지는 않았으나, 도광판(840)과 제1 프리즘 시트(850) 사이에 확산 시트가 배치될 수 있다. 확산 시트는 폴리에스터와 폴리카보네이트 계열의 재료로 이루어질 수 있으며, 백라이트 유닛으로부터 입사된 빛을 굴절과 산란을 통하여 광 투사각을 최대로 넓힐 수 있다. 그리고, 확산 시트는 광확산제를 포함하는 지지층과, 광출사면(제1 프리즘 시트 방향)과 광입사면(반사시트 방향)에 형성되며 광확산제를 포함하지 않는 제1 레이어와 제2 레이어를 포함할 수 있다.
실시 예에서 확산 시트, 제1 프리즘시트(850), 및 제2 프리즘시트(860)가 광학 시트를 이루는데, 광학 시트는 다른 조합 예를 들어, 마이크로 렌즈 어레이로 이루어지거나 확산 시트와 마이크로 렌즈 어레이의 조합 또는 하나의 프리즘 시트와 마이크로 렌즈 어레이의 조합 등으로 이루어질 수 있다.
디스플레이 패널(870)은 액정 표시 패널(Liquid crystal display)가 배치될 수 있는데, 액정 표시 패널(860) 외에 광원을 필요로 하는 다른 종류의 표시 장치가 구비될 수 있다.
도 10은 실시 예에 따른 발광 소자 패키지를 포함하는 해드 램프(head lamp, 900)를 나타낸다. 도 10을 참조하면, 해드 램프(900)는 발광 모듈(901), 리플렉터(reflector, 902), 쉐이드(903), 및 렌즈(904)를 포함한다.
발광 모듈(901)은 기판(미도시) 상에 배치되는 실시 예에 따른 발광 소자 패키지(600)를 포함할 수 있다.
리플렉터(902)는 발광 모듈(901)로부터 조사되는 빛(911)을 일정 방향, 예컨대, 전방(912)으로 반사시킨다.
쉐이드(903)는 리플렉터(902)와 렌즈(904) 사이에 배치되며, 리플렉터(902)에 의하여 반사되어 렌즈(904)로 향하는 빛의 일부분을 차단 또는 반사하여 설계자가 원하는 배광 패턴을 이루도록 하는 부재로서, 쉐이드(903)의 일측부(903-1)와 타측부(903-2)는 서로 높이가 다를 수 있다.
발광 모듈(901)로부터 조사되는 빛은 리플렉터(902) 및 쉐이드(903)에서 반사된 후 렌즈(904)를 투과하여 차체 전방을 향할 수 있다. 렌즈(904)는 리플렉터(902)에 의하여 반사된 빛을 전방으로 굴절시킬 수 있다.
이상에서 실시 예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시 예에 포함되며, 반드시 하나의 실시 예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시 예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시 예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시 예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
101: 제2 전극 105: 지지층
110: 접합층 115: 배리어층
120: 반사층 125: 측방출층
130: 오믹 영역 135: 전류 차단층
140: 보호층 150: 발광 구조물
152: 제2 반도체층 154: 활성층
156: 제1 반도체층 160: 패시베이션층
170: 제1 전극 180: 러프니스.
110: 접합층 115: 배리어층
120: 반사층 125: 측방출층
130: 오믹 영역 135: 전류 차단층
140: 보호층 150: 발광 구조물
152: 제2 반도체층 154: 활성층
156: 제1 반도체층 160: 패시베이션층
170: 제1 전극 180: 러프니스.
Claims (11)
- 제1 반도체층, 활성층, 및 제2 반도체층을 포함하는 발광 구조물;
상기 제1 반도체층 상에 배치되는 제1 전극;
상기 제2 반도체층 아래에 배치되는 오믹 영역;
상기 오믹 영역 아래에 배치되고, 빛을 투과시키는 측방출층; 및
상기 측방출층 아래에 배치되는 하부 반사부, 및 상기 측방출층 내에 위치하고 상기 오믹 영역과 상기 하부 반사부를 연결하는 상부 반사부를 포함하는 반사층을 포함하며,
상기 상부 반사부는 상기 제1 전극과 수직 방향으로 오버랩되지 않는 발광 소자. - 제1항에 있어서, 상기 제1 전극은,
패드부;
상기 패드부로부터 확장되고 상기 제1 반도체층의 상면 가장 자리 상에 배치되는 외부 전극; 및
상기 외부 전극의 내측에 위치하고, 상기 외부 전극과 연결되는 내부 전극을 포함하며,
상기 상부 반사부는 상기 외부 전극과 상기 내부 전극 사이에 정렬되는 발광 소자. - 제2항에 있어서,
상기 상부 반사부는 복수 개이고, 복수의 상부 반사부들은 서로 이격하여 배치되는 발광 소자. - 제1항에 있어서,
상기 측방출층은 투광성 비전도성 절연 물질로 이루어지는 발광 소자. - 제1항에 있어서, 상기 측방출층은,
상기 오믹 영역 아래에 배치되고, 투광성 비전도성 절연 물질로 이루어지는 제1 측방출층; 및
상기 제1 측방출층 아래에 배치되고, 투광성 전도성 물질로 이루어지는 제2 측방출층을 포함하는 발광 소자. - 제1항에 있어서, 상기 측방출층은,
굴절률이 서로 다른 복수의 투광성 절연층들을 포함하는 발광 소자. - 제3항에 있어서,
상기 패드부로부터의 이격 거리를 기준으로 상기 복수의 상부 반사부들의 직경은 서로 다른 발광 소자. - 제7항에 있어서,
상기 패드부에 인접하여 위치할수록 상기 복수의 상부 반사부들의 직경은 감소하는 발광 소자. - 제4항에 있어서,
상기 측방출층은 실리콘 산화물(SiO2), 산화 티타늄(TiO2), 또는 산화 알루미늄(Al2O3) 중 적어도 하나를 포함하는 발광 소자. - 제1항에 있어서,
상기 측방출층의 두께는 10㎛ ~ 100㎛인 발광 소자. - 제1항에 있어서,
상기 제2 반도체층과 상기 측방출층 사이에 배치되고, 상기 제1 전극과 수직 방향으로 오버랩되는 전류 차단층을 더 포함하는 발광 소자.
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|---|---|---|---|---|
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| KR20120053570A (ko) * | 2010-11-18 | 2012-05-29 | 서울옵토디바이스주식회사 | 전극 패드를 갖는 발광 다이오드 칩 |
| KR20120078049A (ko) * | 2010-12-31 | 2012-07-10 | 엘지이노텍 주식회사 | 발광소자 및 그 발광 소자의 제조 방법 |
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2013
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