KR20150084580A - 발광소자 - Google Patents

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KR20150084580A
KR20150084580A KR1020140004724A KR20140004724A KR20150084580A KR 20150084580 A KR20150084580 A KR 20150084580A KR 1020140004724 A KR1020140004724 A KR 1020140004724A KR 20140004724 A KR20140004724 A KR 20140004724A KR 20150084580 A KR20150084580 A KR 20150084580A
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이은아
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엘지전자 주식회사
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Abstract

실시 예에 따른 발광소자는 n형 도펀트로 도핑된 제1 반도체층, p형 도펀트로 도핑된 제2 반도체층 및 상기 제1 반도체층과 상기 제2 반도체층 사이에 활성층을 포함하는 발광구조물 및 상기 제2반도체층과 접하는 반사전극층을 포함하고, 상기 반사전극층은, 상기 제2반도체층의 일면과 접촉되는 제1층, 제2층 및 상기 제1층과 제2층의 사이에 위치되는 중간층을 포함하고, 상기 제1층 및 상기 제2층은 Ag, Ag합금, Al 및 Al합금 중 적어도 하나를 포함하며, 상기 중간층은 Ni, Ti, Pt, Si 및 금속산화물 중 적어도 하나를 포함한다.

Description

발광소자{Light emitting device}
실시 예는 발광소자에 관한 것이다.
발광소자의 대표적인 예로, LED(Light Emitting Diode; 발광 다이오드)는 화합물 반도체의 특성을 이용해 전기 신호를 적외선, 가시광선 또는 빛의 형태로 변환시키는 소자로, 가정용 가전제품, 리모콘, 전광판, 표시기, 각종 자동화 기기 등에 사용되고, 점차 LED의 사용 영역이 넓어지고 있는 추세이다.
보통, 소형화된 LED는 PCB(Printed Circuit Board) 기판에 직접 장착하기 위해서 표면실장소자(Surface Mount Device)형으로 만들어지고 있고, 이에 따라 표시소자로 사용되고 있는 LED 램프도 표면실장소자 형으로 개발되고 있다. 이러한 표면실장소자는 기존의 단순한 점등 램프를 대체할 수 있으며, 이것은 다양한 칼라를 내는 점등표시기용, 문자표시기 및 영상표시기 등으로 사용된다.
이와 같이 LED의 사용 영역이 넓어지면서, 생활에 사용되는 전등, 구조 신호용 전등 등에 요구되는 휘도가 높이지는 바, LED의 발광휘도를 증가시키는 것이 중요하다.
종래에 반사전극층으로는 Ag가 사용된다.
Ag 반사막은 반도체층과의 접합(adhesion)이 좋지 않고, 접합 향상을 위한 300 ? 이상의 고온 열처리 시, Ag막의 두께, 열처리 온도 및 분위기 등에 의해 Ag의 뭉침 현상이 발생하면서 전기적, 열적으로 불안정한 상태를 가지게 된다.
또한, Ag 반사막 형성 이후 지지부재와의 본딩이나, 습식식각 등의 공정단계에 의한 발열 과정에 의해 열적으로 불안정한 Ag막의 변형이 광출력의 저하를 가져오게 된다.
실시 예는 반사율이 우수하고, ?도체층과의 접착력이 우수한 반사전극층을 가지는 발광소자를 제공한다.
실시 예에 따른 발광소자는 n형 도펀트로 도핑된 제1 반도체층, p형 도펀트로 도핑된 제2 반도체층 및 상기 제1 반도체층과 상기 제2 반도체층 사이에 활성층을 포함하는 발광구조물 및 상기 제2반도체층과 접하는 반사전극층을 포함하고, 상기 반사전극층은, 상기 제2반도체층의 일면과 접촉되는 제1층, 제2층 및 상기 제1층과 제2층의 사이에 위치되는 중간층을 포함하고, 상기 제1층 및 상기 제2층은 Ag, Ag합금, Al 및 Al합금 중 적어도 하나를 포함하며, 상기 중간층은 Ni, Ti, Pt, Si 및 금속산화물 중 적어도 하나를 포함한다.
실시예는 제2 반도체층에 Ag를 포함하는 제1층과 제2층 사이에 Ni를 포함하는 중간층이 위치되면, 반사전극층이 Ag 만을 포함하는 경우 보다 열처리 시에 Ag의 뭉침을 줄일 수 있는 효과를 가진다.
또한, 반사율이 낮은 중간층이 제2 반도체층에서 이격되어 배치되므로, 높은 반사율을 가지는 제1층에 의해 대부분의 광이 반사되므로, 높은 반사율을 얻을 수 있는 장점을 가진다.
또한, 중간층이 제1층과 제2층 사이에 위치되므로, 반사전극층의 두께를 빛이 통과하기 어려운 충분한 두께로 형성시킬 수 있고, 중간층이 제1층과 제2층의 뭉침을 줄이는 효과를 가진다.
도 1은 실시예에 따른 발광소자를 나타낸 단면도이다.
도 2는 도 1의 반사전극층을 부분을 도시한 확대 단면도이다.
도 3은 실시예에 비교예의 반사율을 비교한 실험 데이터이다.
도 4은 다른 실시예에 따른 발광소자의 반사전극층을 나타낸 단면도이다.
도 5는 또 다른 실시예에 따른 발광소자를 나타낸 단면도이다.
도 6은 실시 예에 따른 발광소자를 포함하는 발광소자 패키지를 나타낸 사시도이다.
도 7은 실시 예에 따른 발광소자를 포함하는 발광소자 패키지의 단면을 도시한 단면도이다.
도 8는 실시예에 따른 발광소자를 포함하는 조명장치를 도시한 사시도이다.
도 9은 도 8 의 조명장치의 C - C' 단면을 도시한 단면도이다.
도 10는 실시예에 따른 발광소자를 포함하는 액정표시장치의 분해 사시도이다.
도 11는 실시예에 따른 발광소자를 포함하는 액정표시장치의 분해 사시도이다.
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.
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 실시예에 따른 발광소자를 나타낸 단면도이다.
도 1을 참조하면, 실시예에 따른 발광소자(100)는 발광구조물(150), 발광구조물(150) 상에 형성된 제1 전극(160), 발광구조물(150) 아래에 형성된 반사전극층(130), 발광구조물(150) 하면의 외측 둘레에 배치된 보호층(140)을 포함할 수 있다.
여기서, 발광구조물(150)은 제1 반도체층(151), 활성층(152) 및 제2 반도체층(153)을 포함할 수 있고, 제1 반도체층(151)과 제2 반도체층(153)의 사이에 활성층(152)이 개재된 구성으로 이루어질 수 있다.
발광구조물(150)의 아래에는 반사전극층(130)이 위치되고, 반사전극층(130)의 아래에는 지지부재(110)가 위치될 수 있다.
지지부재(110)는 발광구조물(150)을 지지하며, 제1 전극(160)과 함께 발광구조물(150)에 전원을 제공할 수 있다. 지지부재(110)는 열전도성이 우수한 물질 또는 전도성 물질로 형성 될 수 있으며, 예를 들어, 금(Au), 니켈(Ni), 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 탄탈(Ta), 은(Ag), 백금(Pt), 크롬(Cr), Si, Ge, GaAs, ZnO, GaN, Ga2O3 또는 SiC, SiGe, CuW 중에서 선택된 어느 하나로 형성하거나 둘 이상의 합금으로 형성할 수 있으며, 서로 다른 둘 이상의 물질을 적층하여 형성할 수 있다.
이와 같은 지지부재(110)는 발광소자(100)에서 발생하는 열의 방출을 용이하게 하여 발광소자(100)의 열적 안정성을 향상시킬 수 있다.
실시 예에서, 지지부재(110)은 전도성을 갖는 것으로 설명하나, 전도성을 갖지 않을 수도 있으며, 이에 한정을 두지 않는다.
지지부재(110)와 반사전극층(130)의 사이에는 반사전극층(130)과 지지부재(110)를 본딩하는 본딩층(111)이 위치될 수 있다.
본딩층(111)은 반사전극층(130) 아래에 형성되어, 층들간의 접착력을 강화시켜 줄 수 있다. 본딩층(111)은 하부 물질과의 접착력이 우수한 물질을 이용하여 형성될 수 있다. 예를 들어, 인듐(In), 주석(Sn), 은(Ag), 니오브(Nb), 니켈(Ni), 알루미늄(Au), 구리(Cu) 중 적어도 하나로 형성될 수 있다.
본딩층(111) 상부에 확산 방지막(미도시)을 더 형성할 수 있다. 확산 방지막은 지지부재(110) 및 본딩층(111)을 이루는 물질이 발광구조물(150)로 확산되는 것을 방지할 수 있다. 상기 확산 방지막은 금속의 확산을 방지하는 물질로 형성될 수 있으며, 예를 들어, 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 텅스텐(W), 니켈(Ni), 루테늄(Ru), 몰리브덴(Mo), 이리듐(Ir), 로듐(Rh), 탄탈(Ta), 하프늄(Hf), 지르코늄(Zr), 니오브(Nb), 바나듐(V) 중 적어도 하나 또는 둘 이상의 합금을 이용할 수 있다. 다만 이에 한정되는 것은 아니다. 그리고, 본딩층(111)은 단층 또는 다층 구조로 형성될 수 있다.
제1 반도체층(151)은 n형 반도체층으로 구현될 수 있으며, 상기 n형 반도체층은 예컨대, 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, Te와 같은 n형 도펀트가 도핑될 수 있다.
한편, 제1 반도체층(151)상에는 제1 반도체층(151)과 전기적으로 연결된 제1 전극(160)이 배치될 수 있으며, 제1 전극(160)은 적어도 하나의 패드 또는/및 소정 패턴을 갖는 전극을 포함할 수 있다. 제1 전극(160)은 제1 반도체층(151)의 상면 중 센터 영역, 외측 영역 또는 모서리 영역에 배치될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 제1 전극(160)은 상기 제1 반도체층(151)의 위가 아닌 다른 영역에 배치될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
제1 전극(160)은 전도성 물질, 예를 들어 In, Co, Si, Ge, Au, Pd, Pt, Ru, Re, Mg, Zn, Hf, Ta, Rh, Ir, W, Ti, Ag, Cr, Mo, Nb, Al, Ni, Cu, 및 WTi 중에서 선택된 금속 또는 합금을 이용하여 단층 또는 다층으로 형성될 수 있다.
제1 전극(160)이 형성되지 않은 제1 반도체층(151)의 표면 일부 영역 또는 전체 영역에 대해 소정의 식각 방법으로 광 추출효율을 향상시키기 위한 요철(158)을 형성해 줄 수 있다.
여기서, 제1 전극(160)은 요철(158)이 형성되지 않는 평탄한 면에 형성된 것으로 설명하나, 요철(158)이 형성된 상부면에 형성될 수 있으며 이에 한정을 두지 않는다.
요철(158)은 제1 반도체층(151)의 상면의 적어도 일 영역에 대해 에칭을 수행함으로써 형성될 수 있으며 이에 대해 한정하지 않는다. 상기 에칭 과정은 습식 또는/및 건식 에칭 공정을 포함하며, 에칭 과정을 거침에 따라서, 제1 반도체층(151)의 상면은 요철(158)을 포함할 수 있다. 요철(158)은 랜덤한 크기로 불규칙하게 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 요철(158)은 평탄하지 않는 상면으로서, 텍스쳐(texture) 패턴, 요철 패턴, 평탄하지 않는 패턴(uneven pattern) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
요철(158)은 측 단면이 원기둥, 다각기둥, 원뿔, 다각뿔, 원뿔대, 다각뿔대 등 다양한 형상을 갖도록 형성될 수 있으며, 뿔 형상을 포함한다.
한편, 상기 요철(158)은 PEC(photo electro chemical) 등의 방법으로 형성될 수 있으며, 이에 한정하지 아니한다. 요철(158)은 제1 반도체층(151)의 상부면에 형성됨에 따라서 활성층(152)으로부터 생성된 빛이 제1 반도체층(151)의 상부면으로부터 전반사되어 재흡수되거나 산란되는 것이 방지될 수 있으므로, 발광소자(100)의 광 추출 효율의 향상에 기여할 수 있다.
제1 반도체층(151)의 아래에는 활성층(152)이 형성될 수 있다. 활성층(152)은 전자와 정공이 재결합되는 영역으로, 전자와 정공이 재결합함에 따라 낮은 에너지 준위로 천이하며, 그에 상응하는 파장을 가지는 빛을 생성할 수 있다.
활성층(152)은 예를 들어, InxAlyGa1-x-yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 가지는 반도체 재료를 포함하여 형성할 수 있으며, 단일 양자 우물 구조 또는 다중 양자 우물 구조(MQW: Multi Quantum Well)로 형성될 수 있다.
따라서, 더 많은 전자가 양자우물층의 낮은 에너지 준위로 모이게 되며, 그 결과 전자와 정공의 재결합 확률이 증가 되어 발광효과가 향상될 수 있다. 또한, 양자선(Quantum wire)구조 또는 양자점(Quantum dot)구조를 포함할 수도 있다.
활성층(152) 아래에는 제2 반도체층(153)이 형성될 수 있다. 제2 반도체층(153)은 p형 반도체층으로 구현되어, 활성층(152)에 정공을 주입할 수 있다. 예를 들어 p형 반도체층은 InxAlyGa1-x-yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 재료, 예를 들어 GaN, AlN, AlGaN, InGaN, InN, InAlGaN, AlInN 등에서 선택될 수 있으며, Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등의 p형 도펀트가 도핑될 수 있다.
또한 제2 반도체층(153)의 아래에는 제3 반도체층(미도시)을 형성할 수도 있다. 여기서 제3 반도체층은 제2 반도체층과 극성이 반대인 반도체층으로 구현될 수 있다.
한편, 상술한 제1 반도체층(151), 활성층(152) 및 제2 반도체층(153)은 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), 스퍼터링(Sputtering) 등의 방법을 이용하여 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
또한, 상술한 바와는 달리 실시예에서 제1 반도체층(151)이 p형 반도체층으로 구현되고, 제2 반도체층(153)이 n형 반도체층으로 구현될 수 있으며, 이에 한정하지 않는다. 이에 따라 발광구조물(150)은 N-P 접합, P-N 접합, N-P-N 접합 및 P-N-P 접합 구조 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또한, 발광구조물(150)의 외주면 중 일부 영역 또는 전체 영역은 외부의 충격 등으로부터 보호하고, 전기적 쇼트를 방지할 수 있도록 패시베이션(170)이 형성될 수도 있다.
보호층(140)은 발광구조물(150)의 하부 둘레에 배치될 수 있다.
구체적으로, 도 1에서 도시하는 바와 같이, 반사전극층(130)의 둘레에 배치될 수 있다.
보호층(140)은 발광 소자(100) 내에서 링 형상, 루프 형상, 프레임 형상 등으로 형성될 수 있으며, 반사전극층(130)과 동일선상 또는 단차를 가지며 배치될 수 있다.
보호층(140)은 소성되어 형성된 반사전극층(130)을 드라이에칭(Dry etching)하는 경우 발광구조물(150)까지 에칭되는 것을 방지하는 역할을 한다.
또한, 보호층(140)은 발광 구조물(150) 및 지지부재(110)가 전기적 쇼트를 일으키는 것을 최소화할 수 있으며, 발광 구조물(150) 및 지지부재(110) 사이의 틈새로 수분 등이 침투되는 것을 방지할 수 있다.
여기서, 보호층(140)은 금속물질 및 절연물질 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 상기 금속물질인 경우에는 반사전극층(130)을 이루는 물질보다 전기 전도성이 낮은 물질을 사용하여, 반사전극층(130)에 인가되는 전원이 보호층(140)으로 인가되지 않도록 할 수 있다.
이러한, 보호층(140)은 전도성이 낮은 물질 및 절연물질로 형성될 수 있으며, 예를 들어, 티탄(Ti), 니켈(Ni), 백금(Pt), 납(Pb), 로듐(Rh), 이리듐(Ir) 및 텅스텐(W), 산화알루미늄(Al2O3), 산화실리콘(SiO2), 질화실리콘(Si3N4), 산화티탄(TiOx), SiOx, SiOxNy, TiO2, Ti, Al, Cr, 산화인듐주석(ITO, Indium Tin Oxide), 알루미늄산화아연(AZO, aluminum zinc oxide), 인듐 아연 산화물(IZO, Indium Zinc Oxide) IZTO, IAZO, IGZO, IGTO, ATO, ZnO 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 이때, 보호층(140)은 금속물질 또는 절연물질을 모두 포함하여 복수 층을 이룰 수 있다. 바람직하게는 보호층(140)은 절연물질을 포함할 수 있다.
보호층(140)의 두께는 1㎛ 내지 10㎛ 일 수 있다. 다만, 이에 한정되지 않는다.
이하에서는, 반사전극층(130)에 대해 자세히 설명하도록 한다.
도 2는 도 1의 반사전극층을 부분을 도시한 확대 단면도이다.
반사전극층(130)은 제2 반도체층(153)과 전기적으로 연결된다.
구체적으로, 반사전극층(130)은 제2 반도체층(153)의 일면에 오믹 접촉된다. 더욱 구체적으로, 도 1에서 도시된 바와 같이, 반사전극층(130)은 제2 반도체층(153)의 하면에 접촉된다.
반사전극층(130)은 발광구조물(150)에 전원을 공급하고, 활성층(152)에서 생성된 빛을 외부로 반사시킨다.
종래에 반사전극층으로는 Ag가 사용된다.
Ag 반사막은 반도체층과의 접합(adhesion)이 좋지 않고, 접합 향상을 위한 300 ? 이상의 고온 열처리 시, Ag막의 두께, 열처리 온도 및 분위기 등에 의해 Ag의 뭉침 현상이 발생하면서 전기적, 열적으로 불안정한 상태를 가지게 된다.
또한, Ag 반사막 형성 이후 지지부재와의 본딩이나, 습식식각 등의 공정단계에 의한 발열 과정에 의해 열적으로 불안정한 Ag막의 변형이 광출력의 저하를 가져오게 된다.
실시예는 이러한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것이다.
반사전극층(130)은 제1층(131), 제2층(133) 및 제1층(131)과 제2층(133) 사이의 중간층(135)을 포함한다.
제1층(131) 제2 반도체층(153)의 일면과 접촉된다.
구체적으로, 제1층(131)은 제2 반도체층(153)의 하면에 접촉되어서, 활성층(152)에서 생성된 빛을 발광구조물(150)의 상부로 반사시키고, 발광구조물(150)에 전원을 공급하게 된다.
제1층(131)의 수평면 형상은 제2 반도체층(153)의 수평면 형상에 대응되게 형성될 수 있다.
제1층(131)은 Ag, Ag합금, Al 및 Al합금 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 여기서, Ag합금은 AgAl을 포함할 수 있다.
바람직하게는, 제1층(131)은 전기전도율과 반사율이 우수한 Ag가 사용될 수 있다.
제1층(131)의 두께는 제2 반도체층(153)과 중간층(135) 사이의 이격거리(S)에 대응되게 형성될 수 있다. 다만, 제1층(131)과 제2층(133)의 두께의 합은 140nm 내지 200nm 인 것이 바람직하다.
중간층(135)은 제1층(131)과 제2층(133)의 사이에 위치된다.
구체적으로, 중간층(135)은, 제1층(131)의 아래에 위치되어서, 제2 반도체층(153)과 일정거리로 이격되게 된다.
중간층(135)은 Ni, Ti, Pt, Si 및 금속산화물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 바람직하게는 중간층(135)은 Ni을 포함할 수 있다.
제2층(133)은 중간층(135)의 아래에 배치되어서, 제1층(131)과 함께 중간층(135)을 감쌀 수 있다.
제1층(131)은 Ag, Ag합금, Al 및 Al합금 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 바람직하게는, 제1층(131)은 전기전도율과 반사율이 우수한 Ag가 사용될 수 있다.
제2층(133)을 형성하는 물질은 제1층(131)을 형성하는 물질과 동종 물질이거나 이종 물질일 수 있다. 바람직하게는, 공정의 편의성을 고려하여, 제1층(131)과 제2층(133)을 구성하는 물질은 동일한 물질일 수 있다.
또한, 제1층(131), 제2층(133) 및 중간층(135)은 전자선 증착 장치(e-beam evaporator)를 이용하여 형성되는 것이 보통이다.
제2 반도체층(153)에 Ag를 포함하는 제1층(131)과 제2층(133) 사이에 Ni를 포함하는 중간층(135)이 위치되면, 반사전극층(130)이 Ag 만을 포함하는 경우 보다 열처리 시에 Ag의 뭉침을 줄일 수 있는 효과를 가진다.
또한, 반사율이 낮은 중간층(135)이 제2 반도체층(153)에서 이격되어 배치되므로, 높은 반사율을 가지는 제1층(131)에 의해 대부분의 광이 반사되므로, 높은 반사율을 얻을 수 있는 장점을 가진다.
또한, 중간층(135)이 제1층(131)과 제2층(133) 사이에 위치되므로, 반사전극층(130)의 두께를 빛이 통과하기 어려운 충분한 두께로 형성시킬 수 있고, 중간층(135)이 제1층(131)과 제2층(133)의 뭉침을 줄이는 효과를 가진다.
제1층(131)의 두께(d1)와 제2층(133)의 두께(d2)의 합은 140nm 내지 200nm 인 것이 바람직하다. 제1층(131)의 두께(d1)와 제2층(133)의 두께(d2)의 합이 140nm 보다 얇은 경우, 활성층(152)에서 생성된 빛 중 일부가 반사전극층(130)을 통과하게 되므로, 반사율이 저하되는 문제점이 존재하고, 제1층(131)의 두께(d1)와 제2층(133)의 두께(d2)의 합이 200nm 보다 두꺼운 경우, 제조비용이 증대되고, 반사전극층(130)을 발광구조물(150)에 증착시키는 공정도 어렵게 되는 문제점이 존재한다.
또한, 중간층(135)과 제2 반도체층(153)과의 이격거리(S)는 5nm 내지 190nm 인 것이 바람직하다.
중간층(135)과 제2 반도체층(153)과의 이격거리(S)가 5nm 보다 작은 경우, 반사율이 낮은 중간층(135)이 제2 반도체층(153)과 인접하게 되어 반사전극층(130)의 반사율이 저하될 수 있고, 중간층(135)이 제2 반도체층(153)으로 치우쳐 위치되어서 제1층(131)과 제2층(133)의 뭉침 현상을 억제하지 못하는 문제점이 존재하게 된다. 또한, 중간층(135)과 제2 반도체층(153)과의 이격거리(S)가 190nm 보다 큰 경우, 전체적으로, 반사전극층(130)의 두께가 너무 두껍게 형성되어 제조비용이 상승되고, 중간층(135)이 제2 반도체층(153)의 반대방향으로 편향되어서 제1층(131)과 제2층(133)의 뭉침 현상을 억제하지 못하는 문제점이 존재하게 된다.
여기서, 중간층(135)과 제2 반도체층(153)과의 이격거리(S)는 중간층(135)과 제2 반도체층(153)의 계면에서 중간층(135)의 중심까지의 거리를 의미할 것이다.
도 3은 실시예에 비교예의 반사율을 비교한 실험 데이터이다.
도 3을 참고하면, 비교예는 반사전극층을 순수한 Ag로 형성하고 열처리 전과 열처리 후의 반사율을 비교한 데이터이다.
실시예는 반사전극층(130)이 제1층(131), 제2층(133) 및 제1층(131)과 제2층(133)의 사이에 중간층(135)을 가지는 것에 대한 열처리 전과 열처리 후의 반사율을 비교한 데이터이다.
구체적으로, 실시예 1은 중간층(135)과 제2 반도체층(153)과의 이격거리(S)가 10nm, 실시예 2은 중간층(135)과 제2 반도체층(153)과의 이격거리(S)가 20nm, 실시예 3은 중간층(135)과 제2 반도체층(153)과의 이격거리(S)가 30nm, 실시예 4는 중간층(135)과 제2 반도체층(153)과의 이격거리(S)가 50nm인 경우의 실험데이터이다.
비교예의 경우, 반도체층과 반사전극층의 접합력의 향상을 위해 열처리를 하는 경우, 반사율이 95.5% 에서 93.7%로 줄어드는 것을 알 수 있다.
그러나, 실시예 들은 모두 열처리 후의 반사율이 향상되거나, 반사율의 줄어드는 폭이 작아짐을 알 수 있다.
따라서, 실시예는 비교예에 비해서, 열처리 후의 반사율이 우수한 이점을 가진다.
도 4은 다른 실시예에 따른 발광소자의 반사전극층을 나타낸 단면도이다.
도 4를 참고하면, 실시예에 따른 반사전극층(130A)은 도 2의 실시예와 비교하면, 중간층(135) 및 제2층(133) 복수 개로 배치될 수 있다.
구체적으로, 제2층(133) 및 중간층(135)은 복수 개가 배치되고, 제2층(133)과 중간층(135)은 서로 교대로 적층된다.
제2 반도체층(153)의 아래에는 제2 반도체층(153)과 접하게 배치되는 제1층(131)이 배치되고, 제1층(131)의 아래에는 제1층(131)과 접하는 중간층(135)이 배치되고, 중간층(135)의 아래에는 중간층(135)과 접하는 제2층(133)이 배치된다.
제2층(133)의 아래에는 다시 중간층(135a)이 배치되고, 중간층(135a) 아래에는 제2층(133a)이 위치된다.
도 5는 또 다른 실시예에 따른 발광소자를 나타낸 단면도이다.
도 5를 참고하면, 실시예에 따른 발광소자(100B)는 도 1의 실시예와 비교하면, 전류차단층(190)과 과도핑 영역(155)을 더 포함하는 차이점이 존재한다.
여기서, 전류차단층(190)은 활성층(152)과 반사전극층(130)의 사이에 제1 전극(160)과 수직 방향으로 적어도 일영역이 중첩되게 배치되며, 반사전극층(130) 보다 전기 전도율이 낮을 수 있다.
구체적으로, 전류차단층(190)은 제1 전극(160)과 수직적으로 중첩되게 배치되고, 제2 반도체층(153) 내에서 반사전극층(130)에 인접하여 위치될 수 있다.
전류차단층(190)은 예를 들면, 산화알루미늄(Al2O3), 산화실리콘(SiO2), 질화실리콘(Si3N4), 산화티탄(TiOx), 산화인듐주석(ITO, Indium Tin Oxide), 알루미늄산화아연(AZO, aluminum zinc oxide) 및 인듐 아연 산화물(IZO, Indium Zinc Oxide) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니다.
과도핑 영역(155)은 제2 반도체층(153) 중 반사전극층(130)이 접하는 영역에 형성된다. 구체적으로, 과도핑 영역(155)은 제2반도체층의 하면에 형성된다.
과도핑 영역(155)은 제2 반도체층(153)에서 수평면을 기준으로 전체에 배치될 수도 있고, 제2 반도체층(153)에서 도트 또는 섬 형상으로 서로 이격되어 배치될 수도 있다.
제2 반도체층(153)에 과도핑 영역(155)이 형성되면, 제2 반도체층(153)과 반사전극층(130)의 오믹접착을 이루는 능력은 상승되게 된다.
과도핑 영역(155)은 제2 반도체층(153) 중 과도핑 영역(155)을 제외한 영역 보다 높은 농도로 도펀트가 도핑될 수 있다.
과도핑 영역(155)은 제2 반도체층(153)과 같은 극성의 도펀트에 의해 도핑될 수 있고, 구체적으로, 과도핑 영역(155)은 p 형 도펀트에 의해 도핑될 수 있다.
과도핑 영역(155)이 너무 높은 농도로 도핑되면, 광투과율이 현저하게 저하되고 너무 낮은 농도로 도핑되면 제2 반도체층(153)과 반사전극층(130)의 오믹접촉이 어려울 수 있다.
따라서, 과도핑 영역(155)이 Mg에 의해 도핑되는 경우, 도핑농도는 1 × 1018/cm3 내지 5 × 1018/cm3 인 것이 바람직하다.
과도핑 영역(155)의 두께는 15nm 내지 30nm 인 것이 바람직하다. 과도핑 영역(155)의 두께가 30nm 보다 두꺼우면, 광투과율이 현저하게 저하되고, 과도핑 영역(155)의 두께가 15nm 보다 얇은 경우 제2 반도체층(153)과 반사전극층(130)의 오믹접촉이 어려울 수 있다.
도 6은 실시예에 따른 발광소자를 포함하는 발광소자 패키지를 나타낸 사시도이고, 도 7는 실시예에 따른 발광소자를 포함하는 발광소자 패키지를 나타낸 단면도이다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 발광소자 패키지(500)는 캐비티(520)가 형성된 몸체(510), 몸체(510)에 실장되는 제1 및 제2 리드 프레임(540, 550)과, 제1 및 제2 리드 프레임(540, 550)과 전기적으로 연결되는 발광소자(530), 및 발광소자(530)를 덮도록 캐비티(520)에 충진되는 봉지재(미도시)를 포함할 수 있다.
몸체(510)는 폴리프탈아미드(PPA:Polyphthalamide)와 같은 수지 재질, 실리콘(Si), 알루미늄(Al), 알루미늄 나이트라이드(AlN), 액정폴리머(PSG, photo sensitive glass), 폴리아미드9T(PA9T), 신지오택틱폴리스티렌(SPS), 금속 재질, 사파이어(Al2O3), 베릴륨 옥사이드(BeO), 인쇄회로기판(PCB, Printed Circuit Board) 중 적어도 하나로 형성될 수 있다. 몸체(510)는 사출 성형, 에칭 공정 등에 의해 형성될 수 있으나 이에 대해 한정하지는 않는다.
몸체(510)의 내면은 경사면이 형성될 수 있다. 이러한 경사면의 각도에 따라 발광소자(530)에서 방출되는 광의 반사각이 달라질 수 있으며, 이에 따라 외부로 방출되는 광의 지향각을 조절할 수 있다.
광의 지향각이 줄어들수록 발광소자(530)에서 외부로 방출되는 광의 집중성은 증가하고, 반대로 광의 지향각이 클수록 발광소자(530)에서 외부로 방출되는 광의 집중성은 감소한다.
한편, 몸체(510)에 형성되는 캐비티(520)를 위에서 바라본 형상은 원형, 사각형, 다각형, 타원형 등의 형상일 수 있으며, 모서리가 곡선인 형상일 수도 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
발광소자(530)는 제1 리드 프레임(540) 상에 실장되며, 예를 들어, 적색, 녹색, 청색, 백색 등의 빛을 방출하는 발광소자 또는 자외선을 방출하는 UV(Ultra Violet) 발광소자일 수 있으나, 이에 대해 한정하지는 않는다. 또한, 발광소자(530)는 한 개 이상 실장될 수 있다.
또한, 발광소자(530)는 그 전기 단자들이 모두 상부 면에 형성된 수평형 타입(Horizontal type)이거나, 또는 상, 하부 면에 형성된 수직형 타입(Vertical type), 또는 플립 칩(flip chip) 모두에 적용 가능하다.
봉지재(미도시)는 발광소자(530)를 덮도록 캐비티(520)에 충진될 수 있다.
봉지재(미도시)는 실리콘, 에폭시, 및 기타 수지 재질로 형성될 수 있으며, 캐비티(520) 내에 충진한 후, 이를 자외선 또는 열 경화하는 방식으로 형성될 수 있다.
또한 봉지재(미도시)는 형광체를 포함할 수 있으며, 형광체는 발광소자(530)에서 방출되는 광의 파장에 종류가 선택되어 발광소자 패키지(500)가 백색광을 구현하도록 할 수 있다.
이러한 형광체는 발광소자(530)에서 방출되는 광의 파장에 따라 청색 발광 형광체, 청록색 발광 형광체, 녹색 발광 형광체, 황녹색 발광 형광체, 황색 발광 형광체, 황적색 발광 형광체, 오렌지색 발광 형광체, 및 적색 발광 형광체중 하나가 적용될 수 있다.
즉, 형광체는 발광소자(530)에서 방출되는 제1 빛을 가지는 광에 의해 여기 되어 제2 빛을 생성할 수 있다. 예를 들어, 발광소자(530)가 청색 발광 다이오드이고 형광체가 황색 형광체인 경우, 황색 형광체는 청색 빛에 의해 여기되어 황색 빛을 방출할 수 있으며, 청색 발광 다이오드에서 발생한 청색 빛 및 청색 빛에 의해 여기 되어 발생한 황색 빛이 혼색됨에 따라 발광소자 패키지(500)는 백색 빛을 제공할 수 있다.
이와 유사하게, 발광소자(530)가 녹색 발광 다이오드인 경우는 magenta 형광체 또는 청색과 적색의 형광체를 혼용하는 경우, 발광소자(530)가 적색 발광 다이오드인 경우는 Cyan형광체 또는 청색과 녹색 형광체를 혼용하는 경우를 예로 들 수 있다.
이러한 형광체는 YAG계, TAG계, 황화물계, 실리케이트계, 알루미네이트계, 질화물계, 카바이드계, 니트리도실리케이트계, 붕산염계, 불화물계, 인산염계 등의 공지된 형광체일 수 있다.
제1 및 제2 리드 프레임(540, 550)은 금속 재질, 예를 들어, 티타늄(Ti), 구리(Cu), 니켈(Ni), 금(Au), 크롬(Cr), 탄탈늄(Ta), 백금(Pt), 주석(Sn), 은(Ag), 인(P), 알루미늄(Al), 인듐(In), 팔라듐(Pd), 코발트(Co), 실리콘(Si), 게르마늄(Ge), 하프늄(Hf), 루테늄(Ru), 철(Fe) 중에서 하나 이상의 물질 또는 합금을 포함할 수 있다. 또한, 제1 및 제2 리드 프레임(540, 550)은 단층 또는 다층 구조를 가지도록 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
제1 제2 리드 프레임(540, 550)은 서로 이격되어 서로 전기적으로 분리된다. 발광소자(530)는 제1 및 제2 리드 프레임(540, 550)상에 실장되며, 제1 및 제2 리드 프레임(540, 550)은 발광소자(530)와 직접 접촉하거나 또는 솔더링 부재(미도시)와 같은 전도성을 갖는 재료를 통해서 전기적으로 연결될 수 있다. 또한, 발광소자(530)는 와이어 본딩을 통해 제1 및 제2 리드 프레임(540, 550)과 전기적으로 연결될 수 있으며, 이에 한정하지 아니한다. 따라서 제1 및 제2 리드 프레임(540, 550)에 전원이 연결되면 발광소자(530)에 전원이 인가될 수 있다. 한편, 수개의 리드 프레임(미도시)이 몸체(510)내에 실장되고 각각의 리드 프레임(미도시)이 발광소자(530)와 전기적으로 연결될 수 있으며, 이에 한정하지 아니한다.
도 8는 실시예에 따른 발광소자 패키지를 포함하는 조명장치를 도시한 사시도이며, 도 9 는 도 8 의 조명장치의 C-C' 단면을 도시한 단면도이다.
도 8 및 도 9을 참조하면, 조명장치(600)는 몸체(610), 몸체(610)와 체결되는 커버(630) 및 몸체(610)의 양단에 위치하는 마감캡(650)을 포함할 수 있다.
몸체(610)의 하부면에는 발광소자 모듈(640)이 체결되며, 몸체(610)는 발광소자 패키지(644)에서 발생된 열이 몸체(610)의 상부면을 통해 외부로 방출할 수 있도록 전도성 및 열발산 효과가 우수한 금속재질로 형성될 수 있다.
발광소자 패키지(644)는 PCB(642) 상에 다색, 다열로 실장되어 어레이를 이룰 수 있으며, 동일한 간격으로 실장되거나 또는 필요에 따라서 다양한 이격 거리를 가지고 실장될 수 있어 밝기 등을 조절할 수 있다. 이러한 PCB(642)로 MPPCB(Metal Core PCB) 또는 FR4 재질의 PCB 등을 사용할 수 있다.
발광소자 패키지(644)는 연장된 리드 프레임(미도시)를 포함하여 향상된 방열 기능을 가질 수 있으므로, 발광소자 패키지(644)의 신뢰성과 효율성이 향상될 수 있으며, 발광소자 패키지(644)를 포함하는 조명장치(600)의 사용 연한이 연장될 수 있다.
커버(630)는 몸체(610)의 하부면을 감싸도록 원형의 형태로 형성될 수 있으나, 이에 한정되지 않음은 물론이다.
커버(630)는 내부의 발광소자 모듈(640)을 외부의 이물질 등으로부터 보호한다. 또한, 커버(630)는 발광소자 패키지(644)에서 발생한 광의 눈부심을 방지하고, 외부로 광을 균일하게 방출할 수 있도록 확산입자를 포함할 수 있으며, 또한 커버(630)의 내면 및 외면 중 적어도 어느 한 면에는 프리즘 패턴 등이 형성될 수 있다. 또한 커버(630)의 내면 및 외면 중 적어도 어느 한 면에는 형광체가 도포될 수도 있다.
한편, 발광소자 패키지(644)에서 발생한 광은 커버(630)를 통해 외부로 방출되므로 커버(630)는 광 투과율이 우수하여야 하며, 발광소자 패키지(644)에서 발생한 열에 견딜 수 있도록 충분한 내열성을 구비하고 있어야 하는바, 커버(630)는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylen Terephthalate; PET), 폴리카보네이트(Polycarbonate; PC) 또는 폴리메틸 메타크릴레이트(Polymethyl Methacrylate; PMMA) 등을 포함하는 재질로 형성되는 것이 바람직하다.
마감캡(650)은 몸체(610)의 양단에 위치하며 전원장치(미도시)를 밀폐하는 용도로 사용될 수 있다. 또한 마감캡(650)에는 전원핀(652)이 형성되어 있어, 실시예에 따른 조명장치(600)는 기존의 형광등을 제거한 단자에 별도의 장치 없이 곧바로 사용할 수 있게 된다.
도 10 은 실시예에 따른 발광소자를 포함하는 액정표시장치의 분해 사시도이다.
도 10 은 에지-라이트 방식으로, 액정표시장치(700)는 액정표시패널(710)과 액정표시패널(710)로 빛을 제공하기 위한 백라이트 유닛(770)을 포함할 수 있다.
액정표시패널(710)은 백라이트 유닛(770)으로부터 제공되는 광을 이용하여 화상을 표시할 수 있다. 액정표시패널(710)은 액정을 사이에 두고 서로 대향하는 컬러 필터 기판(712) 및 박막 트랜지스터 기판(714)을 포함할 수 있다.
컬러 필터 기판(712)은 액정표시패널(710)을 통해 디스플레이되는 화상의 색을 구현할 수 있다.
박막 트랜지스터 기판(714)은 구동 필름(717)을 통해 다수의 회로부품이 실장되는 인쇄회로 기판(718)과 전기적으로 접속되어 있다. 박막 트랜지스터 기판(714)은 인쇄회로 기판(718)으로부터 제공되는 구동 신호에 응답하여 인쇄회로 기판(718)으로부터 제공되는 구동 전압을 액정에 인가할 수 있다.
박막 트랜지스터 기판(714)은 유리나 플라스틱 등과 같은 투명한 재질의 다른 기판상에 박막으로 형성된 박막 트랜지스터 및 화소 전극을 포함할 수 있다.
백라이트 유닛(770)은 빛을 출력하는 발광소자 모듈(720), 발광소자 모듈(720)로부터 제공되는 빛을 면광원 형태로 변경시켜 액정표시패널(710)로 제공하는 도광판(730), 도광판(730)으로부터 제공된 빛의 휘도 분포를 균일하게 하고 수직 입사성을 향상시키는 다수의 필름(752, 766, 764) 및 도광판(730)의 후방으로 방출되는 빛을 도광판(730)으로 반사시키는 반사 시트(747)로 구성된다.
발광소자 모듈(720)은 복수의 발광소자 패키지(724)와 복수의 발광소자 패키지(724)가 실장되어 어레이를 이룰 수 있도록 PCB기판(722)을 포함할 수 있다. 이 경우 굽어진 발광소자 패키지(724)의 실장의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
한편, 백라이트 유닛(770)은 도광판(730)으로부터 입사되는 빛을 액정 표시 패널(710) 방향으로 확산시키는 확산필름(766)과, 확산된 빛을 집광하여 수직 입사성을 향상시키는 프리즘필름(752)으로 구성될 수 있으며, 프리즘필름(752)을 보호하기 위한 보호필름(764)을 포함할 수 있다.
도 11 은 실시예에 따른 발광소자를 포함하는 액정표시장치의 분해 사시도이다. 다만, 도 10 에서 도시하고 설명한 부분에 대해서는 반복하여 상세히 설명하지 않는다.
도 11 은 직하 방식으로, 액정표시장치(800)는 액정표시패널(810)과 액정표시패널(810)로 빛을 제공하기 위한 백라이트 유닛(870)을 포함할 수 있다.
액정표시패널(810)은 도 10에서 설명한 바와 동일하므로, 상세한 설명은 생략한다.
백라이트 유닛(870)은 복수의 발광소자 모듈(823), 반사시트(824), 발광소자 모듈(823)과 반사시트(824)가 수납되는 하부 섀시(830), 발광소자 모듈(823)의 상부에 배치되는 확산판(840) 및 다수의 광학필름(860)을 포함할 수 있다.
발광소자 모듈(823)은 복수의 발광소자 패키지(822)가 실장되어 어레이를 이룰 수 있도록 PCB기판(821)을 포함할 수 있다.
반사 시트(824)는 발광소자 패키지(822)에서 발생한 빛을 액정표시패널(810)이 위치한 방향으로 반사시켜 빛의 이용 효율을 향상시킨다.
한편, 발광소자 모듈(823)에서 발생한 빛은 확산판(840)에 입사하며, 확산판(840)의 상부에는 광학 필름(860)이 배치된다. 광학 필름(860)은 확산 필름(866), 프리즘필름(850) 및 보호필름(864)를 포함하여 구성될 수 있다.
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 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 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (14)

  1. n형 도펀트로 도핑된 제1 반도체층, p형 도펀트로 도핑된 제2 반도체층 및 상기 제1 반도체층과 상기 제2 반도체층 사이에 활성층을 포함하는 발광구조물; 및
    상기 제2반도체층과 접하는 반사전극층을 포함하고,
    상기 반사전극층은,
    상기 제2반도체층의 일면과 접촉되는 제1층, 제2층 및 상기 제1층과 제2층의 사이에 위치되는 중간층을 포함하고,
    상기 제1층 및 상기 제2층은 Ag, Ag합금, Al 및 Al합금 중 적어도 하나를 포함하고,
    상기 중간층은,
    Ni, Ti, Pt, Si 및 금속산화물 중 적어도 하나를 포함하는 발광소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 중간층과 상기 제2반도체층과의 이격거리는 5nm 내지 190nm 인 발광소자.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 중간층의 두께는 5 Å 내지 10 Å 인 발광소자.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제1층과 상기 제2층의 두께의 합은 140nm 내지 200nm 인 발광소자.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 제1층과 제2층을 구성하는 물질은 서로 동일한 발광소자.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제2층 및 중간층은 복수 개가 배치되고, 상기 제2층과 상기 중간층은 서로 교대로 적층되는 발광소자.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 제2반도체층 중 상기 반사전극층이 접하는 영역에는 다른 영역에 비해 높은 농도로 도펀트가 도핑되는 과도핑 영역을 포함하는 발광소자.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 과도핑 영역의 두께는 15nm 내지 30nm 인 발광소자.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 과도핑 영역의 Mg에 의해 도핑되고, 그 도핑농도는 1 × 1018/cm3 내지 5 × 1018/cm3 인 발광소자.
  10. 제2항에 있어서,
    상기 제1반도체층과 전기적으로 연결되는 제1전극을 더 포함하고,
    상기 활성층과 상기 반사전극층의 사이에 상기 제1 전극과 수직 방향으로 적어도 일 영역이 중첩되게 배치되며, 상기 반사전극층 보다 전기 전도율이 낮은 전류차단층을 포함하는 발광소자.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 전류차단층은,
    산화알루미늄(Al2O3), 산화실리콘(SiO2), 질화실리콘(Si3N4), 산화티탄(TiOx), 산화인듐주석(ITO, Indium Tin Oxide), 알루미늄산화아연(AZO, aluminum zinc oxide) 및 인듐 아연 산화물(IZO, Indium Zinc Oxide) 중 적어도 하나를 포함하는 발광소자.
  12. 제2항에 있어서,
    상기 반사전극층은 평평한 것을 특징으로 하는 발광소자.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항의 발광소자를 포함하는 발광소자패키지.
  14. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 한의 발광소자를 포함하는 조명장치.

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