KR101894025B1

KR101894025B1 - 발광소자

Info

Publication number: KR101894025B1
Application number: KR1020110136834A
Authority: KR
Inventors: 임현수; 조권태; 박수익
Original assignee: 엘지이노텍 주식회사
Priority date: 2011-12-16
Filing date: 2011-12-16
Publication date: 2018-09-03
Anticipated expiration: 2031-12-16
Also published as: JP6153322B2; KR20130069215A; EP2605296B1; US20130153947A1; EP2605296A3; TW201342658A; TWI587542B; CN103165788B; CN103165788A; US9153756B2; EP2605296A2; JP2013128112A

Abstract

실시예는 발광소자, 발광소자의 제조방법, 발광소자 패키지 및 조명시스템에 관한 것이다.
실시예에 따른 발광소자는 기판; 상기 기판 상에 발광구조물; 상기 발광구조물 상에 형성된 전극; 및 상기 기판의 측면에 구비되는 광추출 패턴;을 포함하며, 상기 광추출 패턴은 상기 기판의 물질과 다른 물질을 포함할 수 있다.

Description

발광소자{LIGHT EMITTING DEVICE}

실시예는 발광소자, 발광소자의 제조방법, 발광소자 패키지 및 조명시스템에 관한 것이다.

발광소자(Light Emitting Device)는 전기에너지가 빛에너지로 변환되는 특성의 소자로서, 예를 들어 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 에너지 갭에 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.

종래기술에 의한 수평형(Lateral) LED는 패턴된 사파이어 기판 위에 GaN 에피층을 성장한 후 메사(MESA) 구조를 통해 각각 p 전극, n 전극을 형성한다.

종래기술에 의한 수평형 발광소자에서 발광하는 빛의 분포는 GaN 윗면으로 나오는 빛이 약 30%이고 사파이어 기판 밑으로 나오는 빛이 약 70%로 거의 많은 부분의 빛이 기판 밑면으로 특정한 각(angle)을 가지고 나오게 된다.

이는 사파이어 기판과 공기(air) 간의 굴절률 차이로 인한 전반사가 발생하여 생기는 현상으로 PSS(Patterned Sapphire Substrate)가 존재하더라도 임계각을 벗어난 빛은 많은 부분 밖으로 빠져나올 수 없음을 의미한다.

실시예는 광추출 효율이 향상된 발광소자, 발광소자의 제조방법, 발광소자 패키지 및 조명시스템을 제공하고자 한다.

실시예에 따른 발광소자는 기판; 상기 기판 상에 발광구조물; 상기 발광구조물 상에 형성된 전극; 및 상기 기판의 측면에 구비되는 광추출 패턴;을 포함하며, 상기 광추출 패턴은 상기 기판의 물질과 다른 물질을 포함할 수 있다.

실시예에 따른 발광소자, 발광소자의 제조방법, 발광소자 패키지 및 조명시스템에 의하면, 광추출 효율이 향상될 수 있다.

도 1은 제1 실시예에 따른 발광소자의 단면도.
도 2는 제2 실시예에 따른 발광소자의 단면도.
도 3은 제3 실시예에 따른 발광소자의 단면도.
도 4a는 종래기술에서의 빛의 경로 예시 사진.
도 4b는 실시예에 따른 발광소자에서 빛의 경로 예시 사진.
도 5a는 종래기술에서의 배광분포 예시도.
도 5b는 실시예에 따른 발광소자에서 배광분포 예시도.
도 6a는 종래기술에서의 기판 옆면의 근접 광 분포 예시도.
도 6b는 실시예에 따른 발광소자에서 기판 옆면의 근접 광 분포 예시도.
도 7 내지 도 9는 실시예에 따른 발광소자의 제조방법의 공정단면도.
도 10은 실시예에 따른 발광소자 패키지의 단면도.
도 11은 실시예에 따른 조명 유닛의 사시도.
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 제1 실시예에 따른 발광소자(100)의 단면도이다.

실시예에 따른 발광소자(100)는 기판(105)과, 상기 기판(105) 상에 발광구조물(110)과, 상기 발광구조물(110) 상에 형성된 전극 및 상기 기판(105)의 측면에 구비되는 광추출 패턴(150)을 포함하며, 상기 광추출 패턴(150)은 상기 기판(105)의 물질과 다른 물질을 포함할 수 있다.

상기 발광구조물(110)은 상기 기판(105) 상에 제1 도전형 반도체층(112)과, 상기 제1 도전형 반도체층(112) 상에 활성층(114) 및 상기 활성층(114) 상에 제2 도전형 반도체층(116)을 포함할 수 있고, 상기 전극은 상기 제2 도전형 반도체층(116)과 상기 활성층(114)의 일부가 제거되어 노출되는 제1 도전형 반도체층(112) 상에 제1 전극(131) 및 상기 제2 도전형 반도체층(116) 상에 제2 전극(132)을 포함할 수 있다.

실시예에서 상기 광추출 패턴(150)의 굴절률은 상기 기판(105)의 굴절률보다 큼으로써 전반사를 방지하여 광추출 효율을 증대시킬 수 있다. 예를 들어, 상기 광추출 패턴(150)은 실리콘(silicone) 물질 등으로 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.

또한, 상기 광추출 패턴(150)은 투광성 물질로 형성되어 빛을 반사시키는 것보다 투과하여 외부로 방출시킬 수 있는 물질로 형성될 수 있다.

또한, 실시예에서 상기 광추출 패턴(150)의 크기는 상기 기판(105)의 수직 두께의 약 1/10 내지 약 1/5 크기가 됨으로써 발광된 빛을 효과적으로 외부로 추출할 수 있다. 예를 들어, 상기 기판(105)의 수직 두께가 약 100㎛인 경우 상기 광추출 패턴(150)의 크기는 약 10㎛ 내지 약 20㎛일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.

또한, 실시예에서 상기 광추출 패턴(150)은 상기 기판(105)의 저면에 수평하게 라인형태로 배치되는 경우 빛의 측면방향 난반사를 증가시킴으로써 측면 광추출 효율에 효과가 증대될 수 있다.

또한, 실시예에서 상기 광추출 패턴(150)은 상기 발광구조물(110)의 측면에도 형성되어 광추출 효율에 기여할 수 있다.

상기 광추출 패턴(150)은 상기 기판(105) 또는 발광구조물(110)의 측면에 열처리, 접착물질 이용 또는 압착 등의 방법으로 부착될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.

도 2는 제2 실시예에 따른 발광소자(102)의 단면도이다.

제2 실시예는 제1 실시예의 기술적인 특징을 채용할 수 있다.

제2 실시예에서 광추출 패턴(150)은 제1 패턴(151), 제2 패턴(152), 제3 패턴(153)을 포함하고, 상기 제1 패턴(151), 상기 제2 패턴(152) 및 상기 제3 패턴(153)의 크기는 서로 다를 수 있다.

실시예에 의하면 광추출 패턴(150)의 형태를 다양하게 제어함으로써 광추출 효율을 증대시킬 수 있다.

도 3은 제3 실시예에 따른 발광소자(103)의 단면도이다.

제3 실시예는 제1 실시예, 제2 실시예의 기술적인 특징을 채용할 수 있다.

제2 실시예에서 상기 광추출 패턴(150)은 제4 패턴(154)과 제5 패턴(155)을 포함하고, 상기 제4 패턴(154)과 상기 제5 패턴(155)의 모양이 서로 다르게 형성됨으로써 광추출 효율에 기여할 수 있다.

도 4a는 종래기술에서의 빛의 경로 예시 사진이며, 도 4b는 실시예에 따른 발광소자에서 빛의 경로 예시 사진이다.

도 4a와 같이 종래기술에서는 많은 부분의 빛이 사파이어(sapphire) 기판 밑면으로 나오는 반면, 실시예에 따른 발광소자에서와 같이 사파이어 기판과 다른 물질의 광추출 패턴(150)이 기판(105)의 측면에 형성되는 경우 사이파이 기판(105) 측면에서도 많은 빛이 추출됨을 볼 수 있다.

도 5a는 종래기술에서의 배광분포 예시도이며, 도 5b는 실시예에 따른 발광소자에서 배광분포 예시도이다. 도 5a 및 도 5b에서 X는 발광소자를 제1 축을 기준으로 배광분포를 예시한 것이며, Y는 제1 축과 수직한 제2 축을 기준으로 배광분포를 예시한 것이다.

또한, 도 6a는 종래기술에서의 기판 옆면의 근접 광 분포 예시도이며, 도 6b는 실시예에 따른 발광소자에서 기판 옆면의 근접 광 분포 예시도이다.

도 5, 도 6에서 보듯이 실시예에 따른 발광소자에서 칩(chip)의 광량이 증가하고, 사파이어(sapphire) 기판의 옆면에서도 많은 양의 빛이 나오고 있음을 볼 수 있다.

또한, 시뮬레이션 결과상 패터닝 전 후의 추출효율이 각각 58.5%와 67.8%의 결과가 나왔고 이를 통해 실시예에 따른 발광소자 적용시 약 16%의 광도 향상을 기대 할 수 있다.

실시예에 따른 발광소자에 의하면, 광추출 효율이 향상될 수 있다.

이하, 도 7 내지 도 9를 참조하여, 실시예에 따른 발광소자의 제조방법을 설명한다.

우선, 도 6과 같이 기판(105)을 준비한다. 상기 기판(105)은 전도성 기판 또는 절연성 기판을 포함하며, 예컨대 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)에 대해 습식세척을 하여 표면의 불순물을 제거할 수 있다.

상기 기판(105)에는 PSS(Patterned Sapphire Substrate)(P)가 형성될 수 있다.

다음으로, 상기 기판(105) 상에 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.

이후, 상기 버퍼층(미도시) 상에 발광구조물(110)을 형성한다. 상기 발광구조물(110)은 제1 도전형 반도체층(112), 활성층(114) 및 제2 도전형 반도체층(116)을 포함할 수 있다.

상기 제1 도전형 반도체층(112)은 제1 도전형 도펀트가 도핑된 3족-5족 화합물 반도체로 구현될 수 있으며, 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 In_xAl_yGa₁ _-x- _yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 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.

실시예는 상기 제1 도전형 반도체층(112) 상에 전류확산층(미도시)을 형성할 수 있다. 상기 전류확산층 언도프트 질화갈륨층(undoped GaN layer)일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 전류확산층은 50nm ~ 200nm의 두께일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.

또한, 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.

또한, 실시예는 전자주입층 상에 스트레인 제어층(미도시)을 형성할 수 있다. 예를 들어, 전자주입층 상에 In_yAl_xGa_(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 In_x1GaN 및 제2 In_x2GaN 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 Al_xIn_yGa_(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 Al_zGa_(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.

상기 제2 도전형 반도체층(116)은 제2 도전형 도펀트가 도핑된 3-족-5족 화합물 반도체 예컨대, In_xAl_yGa₁ _-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 제2 도전형 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.

다음으로, 상기 제2 도전형 반도체층 상에 투광성 전극(120)을 형성할 수 있다. 예를 들어, 상기 투광성 전극(120)은 캐리어 주입을 효율적으로 할 수 있도록 단일 금속 혹은 금속합금, 금속산화물 등을 다중으로 적층하여 형성할 수 있다. 예를 들어, 상기 투광성 전극(120)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, 상기 투광성 전극(120), 제2 도전형 반도체층(116) 및 활성층(114)의 일부를 제거하여 제1 도전형 반도체층(112)을 노출한다.

다음으로, 도 8과 같이 상기 노출된 제1 도전형 반도체층(112) 및 상기 투광성 전극(120) 상에 제1 전극(131) 및 제2 전극(132)을 각각 형성할 수 있다.

다음으로, 도 9와 같이 상기 기판(105)의 측면에 광추출 패턴(150)을 형성할 수 있다. 상기 광추출 패턴(150)의 형성공정은 제1 전극(131), 제2 전극(132)의 형성공정 전에 진행될수도 있다.

상기 광추출 패턴(150)은 상기 기판(105)의 물질과 다른 물질을 포함할 수 있다.

제2 실시예에서 광추출 패턴(150)은 도 2와 같이 제1 패턴(151), 제2 패턴(152), 제3 패턴(153)을 포함하고, 상기 제1 패턴(151), 상기 제2 패턴(152) 및 상기 제3 패턴(153)의 크기는 서로 다를 수 있다. 실시예에 의하면 광추출 패턴(150)의 형태를 다양하게 제어함으로써 광추출 효율을 증대시킬 수 있다.

또한, 제3 실시예에서 상기 광추출 패턴(150)은 제4 패턴(154)과 제5 패턴(155)을 포함하고, 상기 제4 패턴(154)과 상기 제5 패턴(155)의 모양이 서로 다르게 형성됨으로써 광추출 효율에 기여할 수 있다.

종래기술에서는 많은 부분의 빛이 사파이어(sapphire) 기판 밑면으로 나오는 반면, 실시예에 따른 발광소자에서와 같이 사파이어 기판과 다른 물질의 광추출 패턴(150)이 기판(105)의 측면에 형성되는 경우 사이파이 기판(105) 측면에서도 많은 빛이 추출될 수 있다.

또한, 실시예에 따른 발광소자에서 칩(chip)의 광량이 증가하고, 사파이어(sapphire) 기판의 옆면에서도 많은 양의 빛이 나오고 있음을 볼 수 있다.

도 10은 실시예들에 따른 발광소자가 설치된 발광소자 패키지를 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 1, 도 2 및 도 3에 예시된 수평형 타입의 발광 소자가 적용될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.

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) 및 상기 제4 전극층(214)과 와이어로 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, 조명 시스템은 백라이트 유닛, 조명 유닛, 지시 장치, 램프, 가로등을 포함할 수 있다.

도 11은 실시예에 따른 조명 유닛의 사시도(1100)이다. 다만, 도 11의 조명 유닛(1100)은 조명 시스템의 한 예이며, 이에 대해 한정하지는 않는다.

실시예에서 상기 조명 유닛(1100)은 케이스몸체(1110)와, 상기 케이스몸체(1110)에 설치된 발광모듈부(1130)과, 상기 케이스몸체(1110)에 설치되며 외부 전원으로부터 전원을 제공받는 연결 단자(1120)를 포함할 수 있다.

상기 케이스몸체(1110)는 방열 특성이 양호한 재질로 형성되는 것이 바람직하며, 예를 들어 금속 재질 또는 수지 재질로 형성될 수 있다.

상기 발광모듈부(1130)은 기판(1132)과, 상기 기판(1132)에 탑재되는 적어도 하나의 발광소자 패키지(200)를 포함할 수 있다.

상기 기판(1132)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, 상기 기판(1132)은 빛을 효율적으로 반사하는 재질로 형성되거나, 표면이 빛이 효율적으로 반사되는 컬러, 예를 들어 백색, 은색 등으로 형성될 수 있다.

상기 기판(1132) 상에는 상기 적어도 하나의 발광소자 패키지(200)가 탑재될 수 있다. 상기 발광소자 패키지(200) 각각은 적어도 하나의 발광 다이오드(LED: Light Emitting Diode)(100)를 포함할 수 있다. 상기 발광 다이오드(100)는 적색, 녹색, 청색 또는 백색의 유색 빛을 각각 발광하는 유색 발광 다이오드 및 자외선(UV, UltraViolet)을 발광하는 UV 발광 다이오드를 포함할 수 있다.

상기 발광모듈부(1130)는 색감 및 휘도를 얻기 위해 다양한 발광소자 패키지(200)의 조합을 가지도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 고 연색성(CRI)을 확보하기 위해 백색 발광 다이오드, 적색 발광 다이오드 및 녹색 발광 다이오드를 조합하여 배치할 수 있다.

상기 연결 단자(1120)는 상기 발광모듈부(1130)와 전기적으로 연결되어 전원을 공급할 수 있다. 실시예에서 상기 연결 단자(1120)는 소켓 방식으로 외부 전원에 돌려 끼워져 결합되지만, 이에 대해 한정하지는 않는다. 예를 들어, 상기 연결 단자(1120)는 핀(pin) 형태로 형성되어 외부 전원에 삽입되거나, 배선에 의해 외부 전원에 연결될 수도 있는 것이다.

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, 광추출 효율이 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.

100: 발광소자, 105: 기판
110: 발광구조물, 112: 제1 도전형 반도체층,
114: 활성층, 116: 제2 도전형 반도체층
150: 광추출 패턴, 131: 제1 전극, 132: 제2 전극

Claims

기판;
상기 기판 상에 발광구조물;
상기 발광구조물 상에 형성된 전극; 및
상기 기판의 측면에 구비되는 광추출 패턴;을 포함하며,
상기 광추출 패턴은 상기 기판의 물질과 다른 물질을 포함하고,
상기 발광구조물은, 상기 기판 상에 제1 도전형 반도체층; 상기 제1 도전형 반도체층 상에 활성층; 및 상기 활성층 상에 제2 도전형 반도체층;을 포함하고,
상기 전극은 상기 제2 도전형 반도체층과 상기 활성층의 일부가 제거되어 노출되는 제1 도전형 반도체층 상에 제1 전극과 상기 제2 도전형 반도체층 상에 제2 전극을 포함하며,
상기 광추출 패턴은 상기 활성층으로부터 멀어지는 방향으로 순차적으로 배치된 제1 패턴, 제2 패턴, 제3 패턴을 포함하고, 상기 제2 패턴은 상기 제1 패턴보다 더 촘촘하게 형성되고, 상기 제3 패턴은 상기 제2 패턴보다 더 촘촘하게 형성되고,
상기 제1 패턴은 상기 활성층과 상기 제2 패턴 사이에 배치되고, 상기 제2 패턴은 상기 활성층과 상기 제3 패턴 사이에 배치되는 발광소자.
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제1 항에 있어서,
상기 제2 패턴의 크기는 상기 제1 패턴의 크기보다 작고, 상기 제3 패턴의 크기는 상기 제2 패턴의 크기보다 작은 발광소자.
제1 항 또는 제 제4 항에 있어서,
상기 광추출 패턴은 상기 기판의 저면에 수평하게 라인형태로 더 배치되고,
상기 광추출 패턴은 상기 발광구조물의 측면에도 형성되는 발광소자.
제1 항 또는 제4 항에 있어서,
상기 광추출 패턴의 굴절률은 상기 기판의 굴절률보다 크고, 상기 광추출 패턴의 크기는 상기 기판의 수직 두께의 1/10 내지 1/5 이고, 상기 광추출 패턴은 투광성 물질로 형성되는 발광소자.
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