発光素子、発光素子パッケージ及びライトユニット
【課題】新たな構造を有する発光素子、発光素子パッケージ及びライトユニットを提供すること。
【解決手段】一実施例による発光素子は、第1導電型半導体層、前記第1導電型半導体層上の活性層、前記活性層上の第2導電型半導体層を有する発光構造物と、前記第1導電型半導体層に電気的に接続された第1電極と、前記第2導電型半導体層に電気的に接続された第2電極層とを備え、前記発光構造物の表面は互いに異なる方向の曲率を有する複数個の第1面と第2面が互いに交代に配置される。
【解決手段】一実施例による発光素子は、第1導電型半導体層、前記第1導電型半導体層上の活性層、前記活性層上の第2導電型半導体層を有する発光構造物と、前記第1導電型半導体層に電気的に接続された第1電極と、前記第2導電型半導体層に電気的に接続された第2電極層とを備え、前記発光構造物の表面は互いに異なる方向の曲率を有する複数個の第1面と第2面が互いに交代に配置される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明の実施例は、発光素子、発光素子パッケージ及びライトユニットに関する。
【背景技術】
【0002】
発光素子の1つとして、発光ダイオード(LED:Light Emitting Diode)が多く使用されている。発光ダイオードは、化合物半導体の特性を利用し、電気信号を赤外線又は可視光線のような光の形に変換する。
【0003】
発光素子の光効率が増加されるに連れ、表示装置、照明機器を初めとした多様な分野に使用されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
本発明の一実施例は、新たな構造を有する発光素子、発光素子パッケージ及びライトユニットを提供する。
【0005】
また、本発明の一実施例は、光抽出効率を向上させ、光が抽出される指向角を広げられる発光素子、発光素子パッケージ及びライトユニットを提供する。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明の一実施例による発光素子は、第1導電型半導体層、前記第1導電型半導体層の下の活性層、前記活性層の下の第2導電型半導体層を有する発光構造物と、前記第1導電型半導体層に電気的に接続された第1電極と、前記第2導電型半導体層に電気的に接続された第2電極層とを備え、前記第1導電型半導体層の上部表面は連続的な勾配変化を有する曲面を有し、前記第1導電型半導体層の上部表面に凹凸が設けられている。
【0007】
本発明の一実施例による発光素子は、第1導電型半導体層、前記第1導電型半導体層上の活性層、前記活性層上の第2導電型半導体層を有する発光構造物と、前記第1導電型半導体層に電気的に接続された第1電極と、前記第2導電型半導体層に電気的に接続された第2電極層とを備え、前記発光構造物の表面は、互いに異なる方向の曲率を有する複数個の第1面と第2面が互いに交代して配置されている。
【0008】
本発明の一実施例による発光素子パッケージは、本体と、前記本体の上に配置された発光素子と、前記発光素子に電気的に接続された第1リード電極及び第2リード電極とを備え、前記発光素子は、第1導電型半導体層、前記第1導電型半導体層の下の活性層、前記活性層の下の第2導電型半導体層を有する発光構造物と、前記第1導電型半導体層に電気的に接続された第1電極と、前記第2導電型半導体層に電気的に接続された第2電極層とを備え、前記第1導電型半導体層の上部表面は連続的な勾配変化を有する曲面を有し、前記第1導電型半導体層の上部表面に凹凸が提供される。
【0009】
本発明の一実施例による発光素子パッケージは、本体と、前記本体の上に配置された発光素子と、前記発光素子に電気的に接続された第1リード電極及び第2リード電極とを備え、前記発光素子は、第1導電型半導体層、前記第1導電型半導体層上の活性層、前記活性層上の第2導電型半導体層を有する発光構造物と、前記第1導電型半導体層に電気的に接続された第1電極と、前記第2導電型半導体層に電気的に接続された第2電極層とを備え、前記発光構造物の表面は、互いに異なる方向の曲率を有する複数個の第1面と第2面が互いに交代して配置されている。
【0010】
本発明の一実施例によるライトユニットは、基板と、前記基板の上に配置された発光素子と、前記発光素子から提供される光が通る光学部材とを備え、前記発光素子は、第1導電型半導体層、前記第1導電型半導体層の下の活性層、前記活性層の下の第2導電型半導体層を有する発光構造物と、前記第1導電型半導体層に電気的に接続された第1電極と、前記第2導電型半導体層に電気的に接続された第2電極層とを備え、前記第1導電型半導体層の上部表面は連続的な勾配変化を有する曲面を有し、前記第1導電型半導体層の上部表面に凹凸が提供される。
【0011】
本発明の一実施例によるライトユニットは、基板と、前記基板の上に配置された発光素子と、前記発光素子から提供される光が通る光学部材とを備え、前記発光素子は、第1導電型半導体層、前記第1導電型半導体層上の活性層、前記活性層上の第2導電型半導体層を有する発光構造物と、前記第1導電型半導体層に電気的に接続された第1電極と、前記第2導電型半導体層に電気的に接続された第2電極層とを備え、前記発光構造物の表面は、互いに異なる方向の曲率を有する複数個の第1面と第2面が互いに交代して配置されている。
【発明の効果】
【0012】
本発明の一実施例は、新たな構造を有する発光素子、発光素子パッケージ及びライトユニットを提供することができる。
【0013】
また、本発明の一実施例は、光抽出効率を向上させ、光が抽出される指向角を広げられる発光素子、発光素子パッケージ及びライトユニットを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0014】
【図1】本発明の一実施例による発光素子を示す図である。
【図2】図1の発光構造物の変形例を示す図である。
【図3】図1の発光構造物の変形例を示す図である。
【図4】本発明の一実施例による発光素子の製造方法を説明する図である。
【図5】本発明の一実施例による発光素子の製造方法を説明する図である。
【図6】本発明の一実施例による発光素子の製造方法を説明する図である。
【図7】本発明の一実施例による発光素子の製造方法を説明する図である。
【図8】本発明の一実施例による発光素子の製造方法を説明する図である。
【図9】本発明の一実施例による発光素子の製造方法を説明する図である。
【図10】本発明の一実施例による発光素子の製造方法を説明する図である。
【図11】本発明の一実施例による発光素子の製造方法を説明する図である。
【図12】本発明の実施例による発光素子の他の例を示す図である。
【図13】図12の「A」部分の構造の例を示す図である。
【図14】図13の「122a」の構造を詳細に示す図である。
【図15】図13の「122b」の構造を詳細に示す図である。
【図16】図12の「A」部分の構造の他の例を示す図である。
【図17】図13の構造が適用された発光構造物の斜視図である。
【図18】図16の構造が適用された発光構造物の斜視図である。
【図19】本発明の一実施例による発光素子が適用された発光素子パッケージを示す図である。
【図20】本発明の一実施例による発光素子が適用された表示装置の例を示す図である。
【図21】本発明の一実施例による発光素子が適用された表示装置の他の例を示す図である。
【図22】本発明の一実施例による発光素子が適用された照明装置の例を示す図である。
【図23】本発明の一実施例による発光素子が適用された照明装置の他の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0015】
本発明による実施例の説明に当たって、各層(膜)、領域、パターン又は構造物が基板、各層(膜)、領域、パッド又はパターンの「上(on)」に、又は「下(under)」に形成されるものとして記載される場合において、「上(on)」と「下(under)」は、「直接(directly)」又は「他の構成要素を介在して(indirectly)」形成されるものを全て含む。また、各層の上又は下に対する基準は、図面を基準に説明する。
【0016】
図面における各層の厚さや大きさは、説明の便宜及び明確性のために誇張されているか省略されているか、又は概略的に示されている。また、各構成要素の大きさは、実際の大きさを全的に反映するものではない。
【0017】
以下、添付した図面を参照し、実施例による発光素子、発光素子パッケージ、ライトユニット及び発光素子の製造方法について詳細に説明する。
【0018】
図1は、本発明の一実施例による発光素子を示す図である。
【0019】
本発明の一実施例による発光素子100は、図1に示したように、発光構造物10、電極20、反射電極50を備えてもよい。また、発光素子100は、電流遮断層30、オーミック接触層40を更に備えてもよい。
【0020】
発光構造物10は、第1導電型半導体層11、活性層12、第2導電型半導体層13を備えてもよい。例として、第1導電型半導体層11が第1導電型ドーパントとしてn型ドーパントが添加されたn型半導体層として形成され、第2導電型半導体層13が第2導電型ドーパントとしてp型ドーパントが添加されたp型半導体層として形成されてもよい。また、第1導電型半導体層11がp型半導体層として形成され、第2導電型半導体層13がn型半導体層として形成されてもよい。
【0021】
第1導電型半導体層11は、例えば、n型半導体層を含んでもよい。第1導電型半導体層11は、化合物半導体で具現されてもよい。第1導電型半導体層11は、III族−V族化合物半導体で具現されてもよい。第1導電型半導体層11は、II族−VI族化合物半導体で具現されてもよい。第1導電型半導体層11は、InxAlyGa1−x−yN(0≦x≦1,0≦y≦1,0≦x+y≦1)の組成式を有する半導体材料、例えば、InAlGaN,GaN,AlGaN,AlInN,InGaN,AlN,InNなどから選択されてもよく、Si,Ge,Snなどのn型ドーパントがドーピングされてもよい。
【0022】
活性層12は、第1導電型半導体層11を介して注入される電子(又は正孔)と第2導電型半導体層13を介して注入される正孔(又は電子)が互いに接触して、活性層12の形成物質によるエネルギバンド(energy band)のバンドギャップ(band gap)の差によって光を放出する層である。活性層12は、単一井戸構造、多重井戸構造、量子ドット構造又は量子線構造のうちいずれか1つで形成されてもよいが、これに限ることはない。
【0023】
活性層12は、化合物半導体で具現されてもよい。活性層12は、例として、InxAlyGa1−x−yN(0≦x≦1,0≦y≦1,0≦x+y≦1)の組成式を有する半導体材料で具現されてもよい。活性層12が前記多重井戸構造で具現された場合、活性層12は複数の井戸層と複数の障壁層が積層されて具現されてもよく、例えば、InGaN井戸層/GaN障壁層の周期で具現されてもよい。
【0024】
第2導電型半導体層13は、例えば、p型半導体層で具現されてもよい。第2導電型半導体層13は、化合物半導体で具現されてもよい。第2導電型半導体層13は、III族−V族化合物半導体で具現されてもよい。第2導電型半導体層13は、II族−VI族化合物半導体で具現されてもよい。第2導電型半導体層13は、InxAlyGa1−x−yN(0≦x≦1,0≦y≦1,0≦x+y≦1)の組成式を有する半導体材料、例えば、InAlGaN,GaN,AlGaN,InGaN,AlInN,AlN,InNなどから選択されてもよく、Mg,Zn,Ca,Sr,Baなどのp型ドーパントがドーピングされてもよい。
【0025】
一方、第1導電型半導体層11がp型半導体層を含み、第2導電型半導体層13がn型半導体層を含んでもよい。また、第2導電型半導体層13の下には、n型又はp型半導体層を含む半導体層が更に形成されてもよい。従って、前記発光構造物10は、np,pn,npn,pnp接合構造のうち少なくともいずれか1つを有してもよい。また、第1導電型半導体層11及び第2導電型半導体層13内の不純物のドーピング濃度は、均一又は不均一に形成されてもよい。即ち、発光構造物10の構造は多様に形成されてもよく、これに対して限ることはない。
【0026】
また、第1導電型半導体層11と前記活性層12の間には第1導電型InGaN/GaNスーパーラティス構造又はInGaN/InGaNスーパーラティス構造が形成されてもよい。また、第2導電型半導体層13と活性層12の間には第2導電型のAlGaN層が形成されてもよい。
【0027】
発光構造物10の下にオーミック接触層40と反射電極50が配置されていてもよい。発光構造物10の上に前記電極20が配置されてもよい。電極20と反射電極50は、発光構造物10に電源を提供してもよい。オーミック接触層40は、発光構造物10とオーミック接触になるように形成されてもよい。また、反射電極50は発光構造物10から入射される光を反射させ、外部に抽出される光量を増加させる機能を行ってもよい。
【0028】
オーミック接触層40は、例えば、透明な導電性酸化膜層で形成されてもよい。オーミック接触層40は、例として、ITO(Indium Tin Oxide),IZO(Indium Zinc Oxide),AZO(Aluminum Zinc Oxide),AGZO(Aluminum Gallium Zinc Oxide),IZTO(Indium Zinc Tin Oxide),IAZO(Indium Aluminum Zinc Oxide),IGZO(Indium Gallium Zinc Oxide),IGTO(Indium Gallium Tin Oxide),ATO(Antimony Tin Oxide),GZO(Gallium Zinc Oxide),IZON(IZO Nitride),ZnO,IrOx,RuOx,NiOのうちから選択された少なくとも1つの物質で形成されてもよい。
【0029】
反射電極50は、高反射率を有する金属材質で形成されてもよい。例えば、反射電極50は、Ag,Ni,Al,Rh,Pd,Ir,Ru,Mg,Zn,Pt,Cu,Au,Hfのうちの少なくとも1つを含む金属又は合金で形成されてもよい。また、反射電極50は、金属又は合金とITO,IZO,IZTO,IAZO),IGZO,IGTO,AZO,ATOなどの透光性伝導性物質を利用して多層に形成されてもよい。例えば、一実施例における反射電極50は、Ag,Al,Ag−Pd−Cu合金又はAg−Cu合金のうちの少なくともいずれか1つを含んでもよい。
【0030】
発光構造物10とオーミック接触層40との間に、電流遮断層(CBL:Current Blocking Layer)30が配置されてもよい。電流遮断層30は、電極20と垂直方向に少なくとも一部が重畳される領域に形成されてもよく、従って電極20と反射電極40との間の最短距離に電流が集中する現象を緩和し、本実施例による発光素子の発光効率を向上させることができる。
【0031】
電流遮断層30は電気絶縁性を有するか、発光構造物10とショットキー接触を形成する材質を利用して形成されてもよい。電流遮断層30は、酸化物、窒化物又は金属で形成されてもよい。電流遮断層30は、例えば、SiO2,SiOx,SiOxNy,Si3N4,Al2O3,TiOx,Ti,Al,Crのうちの少なくとも1つを含んでもよい。
【0032】
電流遮断層30は発光構造物10の下の第1領域に配置されてもよく、オーミック接触層40は発光構造物10の下の第2領域及び電流遮断層30の下に配置されてもよい。オーミック接触層40は、発光構造物10と反射電極50との間に配置されてもよい。また、オーミック接触層40は、電流者断層30と反射電極50との間に配置されてもよい。
【0033】
発光構造物10とオーミック接触層40との間にアイソレーション層80が更に配置されてもよい。アイソレーション層80は、発光構造物10の下部の周縁及びオーミック接触層40の上に配置されてもよい。アイソレーション層80は、例えば、電気絶縁性を有する材質又は発光構造物10に比べ低い電気伝導性を有する材質で形成されてもよい。アイソレーション層80は、例えば、酸化物又は窒化物で具現されてもよい。例えば、アイソレーション層80は、SiO2,SixOy,Si3N4,SixNy,SiOxNy,Al2O3,TiO2,ITO,AZO,ZnOで形成される群から少なくとも1つが選択されて形成されてもよい。アイソレーション層80は、電流遮断層30のような物質で形成されてもよく、また互いに異なる物質で形成されてもよい。アイソレーション層80は、チャンネル層として称されてもよい。
【0034】
反射電極50の下に、ボンディング層60と伝導性支持部材70が配置されてもよい。ボンディング層60は、バリア金属又はボンディング金属などを含み、例えば、Ti、Au,Sn,Ni,Cr,Ga,In,Bi,Cu,Ag又はTaのうちの少なくとも1つを含んでもよい。伝導性支持部材70は本実施例による発光素子を支持し、外部電極と電気的に接続されて発光構造物10に電源を提供してもよい。伝導性支持部材70は、例えば、Ti,Cr,Ni,Al,Pt,Au,W,Cu,Mo,Cu−W又は不純物が注入された半導体基板であるキャリアウェハー(例:Si,Ge,GaN,GaAs,ZnO,Sic,SiGeなど)のうちから少なくともいずれか1つで形成されてもよい。
発光構造物10の上には、保護層90が更に配置されてもよい。保護層90は、酸化物又は窒化物で具現されてもよい。保護層90は、例えば、SiO2,SiOx,SiOxNy,Si3N4,Al2O3のような透光性及び絶縁性を有する材質から形成されてもよい。保護層90は、発光構造物10の側面に提供されてもよい。また、保護層90は、発光構造物10の側面だけでなく上部にも提供されてもよい。
【0035】
発光構造物10の上部表面は、曲面で提供されてもよい。発光構造物10の上部表面は、連続的な勾配変化を有する曲面を有してもよい。このように、発光構造物10の上部表面が平面でなく屈曲を有する曲面で提供されることで、光抽出効率を向上させ得るようになる。これは、発光構造物10を介して伝播される光が、発光構造物10の上部表面に入射される入射角に変化が発生することで、発光構造物10の上部表面が平面に提供される場合に比べ外部に抽出され得る光量が増加するようになるのである。また、外部に抽出される光量が増加されるだけでなく、光抽出角度が更に広くなる。即ち、発光構造物10の上部表面が曲面で形成されることで、光が抽出される指向角の幅が更に広くなり得る。
【0036】
発光構造物10の上部表面は第1方向の断面上部が連続的な勾配変化を有する曲線を含み、第2方向の断面上部が連続的な勾配変化を有する曲線を含んでもよい。ここで、第2方向は第1方向に対する垂直方向であってもよい。また、第2方向は第1方向に対して垂直方向でない任意の角を有する方向であってもよい。
【0037】
一実施例による発光素子は、図2に示したように、発光構造物10の断面上部が連続的な勾配変化を有する曲線を有してもよい。また、発光構造物10の第1導電型半導体層11の上部表面に凹凸11aが提供されてもよい。このように、第1導電型半導体層11の上部表面に凹凸11aが提供されることで、第1導電型半導体層11を介して外部に抽出される光量を更に増加させられる。また、外部に抽出される光量が増加されるだけでなく、光抽出角度が更に広くなる。即ち、第1導電型半導体層11の上部表面が曲線で形成されることで、光が抽出される指向角の幅が更に広くなり得る。
【0038】
凹凸11aは、高さが0.8乃至1.2マイクロメートルの大きさで提供されてもよい。凹凸11aの周期は、0.8乃至1.2マイクロメートルの大きさで提供されてもよい。例えば、第1導電型半導体層11の上部表面は波状の屈曲で提供されてもよく、波状の上部表面に微細凹凸11aが更に提供されてもよい。
【0039】
また、発光構造物10の上部表面は第1方向の断面上部が連続的な勾配変化を有する曲線を有し、第2方向の断面上部が互いに異なる勾配変化を有する直線を有してもよい。ここで、第2方向は第1方向に対する垂直方向であってもよい。また、第2方向は第1方向に対して垂直方向でない任意の角を有する方向であってもよい。
【0040】
一実施例による発光素子は、図3に示したように、発光構造物10の断面上部が互いに異なる勾配変化を有する直線を有してもよい。また、発光構造物10の第1導電型半導体層11の上部表面に凹凸11aが提供されてもよい。このように、第1導電型半導体層11の上部表面に凹凸11aが提供されることで、第1導電型半導体層11を介して外部に抽出される光量を更に増加させられる。また、外部に抽出される光量が増加されるだけでなく、光抽出角度が更に広くなる。即ち、第1導電型半導体層11の上部表面が勾配を有する直線で形成されることで、光が抽出される指向角の幅が更に広くなり得る。
【0041】
凹凸11aは、高さが0.8乃至1.2マイクロメートルの大きさで提供されてもよい。凹凸11aの周期は、0.8乃至1.2マイクロメートルの大きさで提供されてもよい。例えば、第1導電型半導体層11の上部表面は互いに異なる勾配を有する直線で提供されてもよく、直線状の上部表面に微細凹凸11aが更に提供されてもよい。
【0042】
また、一実施例による発光素子において、発光構造物10が上部表面は所定形状の反復された曲面を有してもよい。即ち、発光構造物10の上部表面は、波状の形状が反復されて具現されてもよい。また、発光構造物10の上部表面は、球面レンズ状、凹レンズ状、凸レンズ状、レンチキュラーレンズ状など、多様な形状が反復されて提供されてもよい。
【0043】
例えば、発光構造物10の上部表面に凹状の球面を有する屈曲を形成する場合、約1乃至2マイクロメートル程度の高さ及び10乃至50マイクロメートルの幅を周期にする曲面を形成し、前記曲面に微細凹凸を形成してもよい。
【0044】
以上の説明では、発光構造物10の上部に電極20が配置され、発光構造物10の下部に反射電極50が配置された垂直型構造の発光素子を基準に説明した。しかし、本実施例による発光素子は、発光構造物20を成す第1導電型半導体層11に電気的に接続された第1電極及び前記発光構造物10を成す第2導電型半導体層12に電気的に接続された第2電極の位置及び形状は多様に変形されてもよい。また、本実施例による発光素子は、第1電極及び第2電極が同じ方向に露出された水平状構造の発光素子にも適用され得る。
それでは、図4乃至図11を参照して、一実施例による発光素子の製造方法を説明する。
【0045】
一実施例による発光素子の製造方法によると、図4に示したように、基板5の上に第1導電型半導体層11、活性層12、第2導電型半導体層13を形成する。第1導電型半導体層11、活性層12、第2導電型半導体層13は、発光構造物10として定義され得る。
【0046】
基板5は、例えば、サファイア基板(Al2O3),SiC,GaAs,GaN,ZnO,Si,GaP,InP,Geのうちの少なくとも1つで形成されてもよく、これに対して限ることはない。第1導電型半導体層11と基板5の間には、バッファ層が更に形成されてもよい。
例として、第1導電型半導体層11が第1導電型ドーパントとしてn型ドーパントが添加されたn型半導体層として形成され、第2導電型半導体層13が第2導電型ドーパントとしてp型ドーパントが添加されたp型半導体層として形成されてもよい。また、第1導電型半導体層11がp型半導体層として形成され、第2導電型半導体層13がn型半導体層として形成されてもよい。
【0047】
第1導電型半導体層11は、例えば、n型半導体層を含んでもよい。第1導電型半導体層11は、InxAlyGa1−x−yN(0≦x≦1,0≦y≦1,0≦x+y≦1)の組成式を有する半導体材料で形成されてもよい。第1導電型半導体層11は、例えば、InAlGaN,GaN,AlGaN,AlInN,InGaN,AlN,InNなどから選択されてもよく、Si,Ge,Snなどのn型ドーパントがドーピングされてもよい。
【0048】
活性層12は、第1導電型半導体層11を介して注入される電子(又は正孔)と第2導電型半導体層13を介して注入される正孔(又は電子)が互いに接触して、活性層12の形成物質によるエネルギバンドのバンドギャップの差によって光を放出する層である。活性層12は、単一井戸構造、多重井戸構造、量子ドット構造又は量子線構造のうちいずれか一つで形成されてもよいが、これに限ることはない。
【0049】
活性層12は、InxAlyGa1−x−yN(0≦x≦1,0≦y≦1,0≦x+y≦1)の組成式を有する半導体材料で形成されてもよい。活性層12が多重井戸構造で具現された場合、活性層12は複数の井戸層と複数の障壁層が積層されて具現されてもよく、例えば、InGaN井戸層/GaN障壁層の周期で具現されてもよい。
【0050】
第2導電型半導体層13は、例えば、p型半導体層で具現されてもよい。第2導電型半導体層13は、InxAlyGa1−x−yN(0≦x≦1,0≦y≦1,0≦x+y≦1)の組成式を有する半導体材料で形成されてもよい。第2導電型半導体層13は、例えば、InAlGaN,GaN,AlGaN,InGaN,AlInN,AlN,InNなどから選択されてもよく、Mg,Zn,Ca,Sr,Baなどのp型ドーパントがドーピングされてもよい。
【0051】
一方、第1導電型半導体層11がp型半導体層を含み、第2導電型半導体層13がn型半導体層を含んでもよい。また、第2導電型半導体層13の上にはn型又はp型半導体層を含む半導体層が更に形成されてもよく、これによって、発光構造物10はNp,pn,npn,pnp接合構造のうちの少なくともいずれか1つを有してもよい。また、第1導電型半導体層11及び第2導電型半導体層13内の不純物のドーピング濃度は、均一又は不均一に形成されてもよい。即ち、前記発光構造物10の構造は多様に形成されてもよく、これに対して限ることはない。
【0052】
また、第1導電型半導体層11と活性層12との間には第1導電型InGaN/GaNスーパーラティス構造又はInGaN/InGaNスーパーラティス構造が形成されてもよい。また、第2導電型半導体層13と活性層12との間には第2導電型のAlGaN層が形成されてもよい。
【0053】
次に、図5に示したように、第2導電型半導体層13の上に電流遮断層30を形成し、第2導電型半導体層13の上にアイソレーション層80を形成する。電流遮断層30とアイソレーション層80は選択的に形成されてもよい。電流遮断層30とアイソレーション層80は同時に形成されてもよく、また順次的に形成されてもよい。
電流遮断層30は電気絶縁性を有するか、発光構造物10とショットキー接触を形成する材質を利用して形成されてもよい。電流遮断層30は、酸化物、窒化物又は金属で形成されてもよい。電流遮断層30は、例えば、SiO2,SiOx,SiOxNy,Si3N4,Al2O3,TiOx,Ti,Al,Crのうちの少なくとも1つを含んでもよい。アイソレーション層80は、例えば、電気絶縁性を有する材質又は発光構造物10に比べ低い電気伝導性を有する材質で形成されてもよい。アイソレーション層80は、例えば、酸化物又は窒化物で具現されてもよい。例えば、アイソレーション層80は、SiO2,SixOy,Si3N4,SixNy,SiOxNy,Al2O3,TiO2,ITO,AZO,ZnOで形成される群から少なくとも1つが選択されて形成されてもよい。また、アイソレーション層80は、前記電流遮断層30のような物質で形成されてもよく、また互いに異なる物質で形成されてもよい。アイソレーション層80は、チャンネル層として称されてもよい。
【0054】
そして、図6に示したように、電流遮断層30及びアイソレーション層80の上にオーミック接触層40を形成する。
【0055】
オーミック接触層40は、発光構造物10とオーミック接触になるように形成されてもよい。オーミック接触層40は、例えば、透明な導電性酸化膜層で形成されてもよい。オーミック接触層40は、例として、ITO,IZO,AZO,AGZO,IZTO,IAZO,IGZO,IGTO,ATO,GZO,IZON,ZnO,IrOx,RuOx,NiOのうちから選択された少なくとも1つの物質で形成されてもよい。
【0056】
次に、図7に示したように、オーミック接触層40の上に反射電極50、ボンディング層60及び伝導性支持部材70を形成する。
反射電極50は、高反射率を有する金属材質で形成されてもよい。例えば、反射電極50は、Ag,Ni,Al,Rh,Pd,Ir,Ru,Mg,Zn,Pt,Cu,Au,Hfのうちの少なくとも1つを含む金属又は合金で形成されてもよい。また、反射電極50は、金属又は合金とITO,IZO,IZTO,IAZO,IGZO,IGTO,ATO,ATOなどの透光性伝導性物質を利用して多層に形成されてもよい。例えば、本実施例における前記反射電極50は、Ag,Al,Ag−Pd−Cu合金又はAg−Cu合金のうち少なくともいずれか一つを含んでもよい。
【0057】
ボンディング層60は、バリア金属又はボンディング金属などを含み、例えば、Ti、Au,Sn,Ni,Cr,Ga,In,Bi,Cu,Ag又はTaのうちの少なくとも1つを含んでもよい。伝導性支持部材70は本実施例による発光素子を支持し、外部電極と電気的に接続されて発光構造物10に電源を提供してもよい。伝導性支持部材70は、例えば、Ti,Cr,Ni,Al,Pt,Au,W,Cu,Mo,Cu−W又は不純物が注入されたキャリアウェハー(例:Si,Ge,GaN,GaAs,ZnO,Sic,SiGeなど)のうちから少なくともいずれか1つで形成されてもよい。
次に、発光構造物10から基板5を除去する。一つの例として、基板5はレーザリフトオフ(LLO:Laser Lift Off)工程によって除去されてもよい。レーザリフトオフ工程は、基板5の下面にレーザを照射し基板5と発光構造物10を互いに剥離する工程である。
【0058】
次に、図8に示したように、発光構造物10の第1導電型半導体層11の上に蝕刻パターン93を形成する。
【0059】
蝕刻パターン93は、例えば、フォトリソグラフィ工程を介して形成されてもよい。蝕刻パターン93は、フォトリソグラフィ工程を行うに当たって、位置による露光の強さを微細に調節するグレイスケールフェーズマスク(gray scale phase mask)技法を適用することで、位置によって微細な高さの差を有する曲面として具現されてもよい。
【0060】
蝕刻パターン93の上部表面は、連続的な勾配変化を有する曲面を含んでもよい。蝕刻パターン93の上部表面は第1方向の断面上部が連続的な勾配変化を有する曲線を有し、第2方向の断面上部が連続的な勾配変化を有する曲線を有してもよい。また、蝕刻パターン93の上部表面は第1方向の断面上部が連続的な勾配変化を有する曲線を有し、第2方向の断面上部が互いに異なる勾配変化を有する直線を有してもよい。第2方向は第1方向に対する垂直方向であってもよい。また、第2方向は第1方向に対して垂直方向でない任意の角を有する方向であってもよい。
【0061】
一実施例による蝕刻パターン93の上部表面は、所定形状の反復された曲面を有してもよい。例として、蝕刻パターン93の上部表面は、波状の形状が反復されて具現されてもよい。また、蝕刻パターン93の上部表面は、球面レンズ状、凹レンズ状、凸レンズ状、レンチキュラーレンズ状など、多様な形状が反復されて提供されてもよい。
【0062】
例えば、蝕刻パターン93の上部表面に凹状の球面を有する屈曲を形成する場合、約1乃至2マイクロメートル程度の高さ及び10乃至50マイクロメートルの幅を周期にする曲面を形成してもよい。
【0063】
次に、図9に示したように、発光構造物10の第1導電型半導体層11に対する蝕刻工程を行い、第1導電型半導体層11の上部表面を連続的な勾配変化を有する曲面として形成する。
【0064】
蝕刻工程は、例えば、乾式蝕刻工程によって行われてもよい。蝕刻工程を介して、蝕刻パターン93の形状が第1導電型半導体層11の上部表面に具現できるようになる。
【0065】
即ち、第1導電型半導体層11の上部表面は、蝕刻パターン93の上部表面の形状に対応される連続的な勾配変化を有する曲面として具現されてもよい。第1導電型半導体層11の上部表面は第1方向の断面上部が連続的な勾配変化を有する曲線を有し、第2方向の断面上部が連続的な勾配変化を有する曲線を有してもよい。また、第1導電型半導体層11の上部表面は第1方向の断面上部が連続的な勾配変化を有する曲線を有し、第2方向の断面上部が互いに異なる勾配変化を有する直線を有してもよい。第2方向は第1方向に対する垂直方向であってもよい。また、第2方向は第1方向に対して垂直方向でない任意の角を有する方向であってもよい。
【0066】
一実施例による第1導電型半導体層11の上部表面は、所定形状の反復された曲面を有してもよい。例として、第1導電型半導体層11の上部表面は、波状の形状が反復されて具現されてもよい。また、第1導電型半導体層11の上部表面は、球面レンズ状、凹レンズ状、凸レンズ状、レンチキュラーレンズ状など、多様な形状が反復されて提供されてもよい。
【0067】
例えば、第1導電型半導体層11の上部表面に凹状の球面を有する屈曲を形成する場合、約1乃至2マイクロメートル程度の高さを有する球面傾斜を10乃至50マイクロメートルの周期で曲面を形成してもよい。
【0068】
そして、図10に示したように、第1導電型半導体層11の上部表面に凹凸11aを形成する。
【0069】
第1導電型半導体層11の上部表面に形成される凹凸11aは、例として、湿式蝕刻工程によって形成されてもよい。凸凹11aは、高さが0.8乃至1.2マイクロメートルの大きさで提供されてもよい。凸凹11aの周期は、0.8乃至1.2マイクロメートルの大きさで提供されてもよい。凹凸11aの断面は、例として、三角形状で形成されてもよい。また、凹凸11aの空間的な形状は、円柱状、六角錐状などで形成されてもよい。凹凸11aの形状は、発光構造物10の結晶成長面の特性に合わせて蝕刻速度差の結果が反映された形状で具現されてもよい。例として、凹凸11aの断面を成す三角形状は、表面から突出された頂点が垂直方向に向かうように形成されてもよい。
【0070】
次に、図11に示したように、発光構造物10の個別チップの境界に沿ってアイソレーション(isolation)エッチングを実施し、複数個の発光素子を個別発光素子単位に区分してもよい。アイソレーションエッチングは、例えば、ICP(Inductively Coupled Plasma)のような乾式蝕刻によって実施されてもよいが、これに対して限ることはない。
【0071】
図11を参照すると、発光構造物10の少なくとも側面に保護層90を形成してもよい。保護層90は、発光構造物10が外部電極や電極20などと電気的にショートされることを防止することができる。
【0072】
保護層90は、酸化物又は窒化物で具現されてもよい。保護層90は、例えば、SiO2,SiOx,SiOxNy,Si3N4,Al2O3のような透光性及び絶縁性を有する材質から形成されてもよい。保護層90は、例えば、電子ビーム蒸着、PECVD、スパッタリングのような蒸着方式によって形成されてもよい。
【0073】
次に、発光構造物10電気的に接続された電極20を形成する。電極20は、反射電極50と共に発光構造物10に電源を提供し、電流遮断層31と少なくとも一部が垂直方向に重畳されるように形成されてもよい。
【0074】
一方、図12は、一実施例による発光素子の他の例を示す図である。
【0075】
一実施例による発光素子100は、導電性支持基板160上の接合層150、反射層140、オーミック層130、発光構造物120を備えてもよい。
【0076】
導電性支持基板160は第2電極の役割を果たすことができるため、電気伝導度が優秀な金属を使用してもよい。導電性支持基板160は、駆動の際発生される熱を十分に発散させるべきであるため、熱伝導度の高い金属を使用してもよい。
【0077】
導電性支持基板160は、モリブデン(Mo)、シリコン(Si)、タングステン(W)、銅(Cu)及びアルミニウム(Al)で構成される群から選択される物質又はこれらの合金で形成されてもよい。また、導電性支持基板160は、金(Au)、銅合金(Cu Alloy)、ニッケル(Ni)、銅−タングステン(Cu−W)、キャリアウェハー(例:GaN,Si,Ge,GaAs,ZnO,SiGe,SiC,SiGe,Ga2O3など)などを選択的に含んでもよい。
【0078】
また、導電性支持基板160は、全体窒化物半導体にたわみをもたらさず、スクライビング(scribing)工程及びブレーキング(breaking)工程を介して別個のチップとしてよく分離させるための程度の機械的強度を有してもよい。
【0079】
接合層150は、反射層140と導電性支持基板160を結合してもよい。また、反射層140が結合層(adhesion layer)の機能を行ってもよい。接合層150は、金(Au)、錫(Sn)、インジウム(In)、アルミニウム(Al)、シリコン(Si)、銀(Ag)、ニッケル(Ni)及び銅(Cu)で構成される群から選択される物質又はこれらの合金で形成してもよい。
【0080】
反射層140は、約2500Åの厚さであってもよい。反射層140は、アルミニウム(Al)、銀(Ag)、ニッケル(Ni)、プラチナ(Pt)、ロジウム(Rh)、或いはアルミニウムや銀やプラチナやロジウムを含む合金を含む金属層で形成されてもよい。アルミニウムや銀などは活性層124から発生された光を効果的に反射し、発光素子の光抽出効率を大きく改善することができる。
【0081】
発光構造物120、特に第2導電型半導体層126は、不純物ドーピング濃度が低いため接触抵抗が高く、そのためオーミック特性がよくない可能性がある。このようなオーミック特性を改善するため、オーミック層130を形成してもよい。例として、オーミック層130は透明伝導性酸化物で具現されてもよい。
【0082】
オーミック層130は、約200Åの厚さであってもよい。オーミック層130は、ITO,IZO,IZTO,IAZO,IGZO,IGTO,AZO,ATO,GZO,IZON,AGZO,IGZO,ZnO,IrOx,RuOx,NiO,RuOx/ITO,Ni/IrOx/Au及びNi/IrOx/Au/ITO,Ag,Ni,Cr,Ti,Al,Rh,Pd,Ir,Sn,In,Ru,Mg,Zn,Pt,Au,Hfのうちの少なくとも1つを含んで形成されてもよく、このような材料に限ることはない。
【0083】
発光構造物120は、第1導電型半導体層122と、第1導電型半導体層122の下に形成されて光を放出する活性層124と、活性層124の下に配置された第2導電型半導体層120とを備えてもよい。
【0084】
第1導電型半導体層122は、例として、第1導電型ドーパントがドーピングされたIII族−V族化合物半導体で具現されてもよい。第1導電型半導体層122がN型半導体である場合、第1導電型ドーパントはN型ドーパントとしてSi,Ge,Sn,Se,Teを含んでもよいが、これに限ることはない。
【0085】
第1導電型半導体層122は、化合物半導体で具現されてもよい。第1導電型半導体層122は、AlxInyGa(1−x−y)N(0≦x≦1,0≦y≦1,0≦x+y≦1)の組成式を有する半導体物質を含んでもよい。第1導電型半導体層122は、GaN,InN,AlN,InGaN,AlGaN,InAlGaN,AlInN,AlGaAs,InGaAs,AlInGaAs,GaP,AlGaP、AlInGaP,InPのうちのいずれか1つ以上で形成されてもよい。
【0086】
第1導電型半導体層122の表面には第1電極180が形成されてもよい。第1電極180は、アルミニウム(Al)、チタン(Ti)、クロム(Cr)、ニッケル(Ni)、銅(Cu)、金(Au)のうちの少なくとも1つを含んで単層又は多層構造に形成されてもよい。そして、発光構造物120の表面、即ち、第1導電型半導体層122の表面には凹凸が形成されてもよい。
【0087】
図13は図12の「A」部分の構造の例を示す図であり、図14は図13の「122a」の構造を詳細に示す図であり、図15は図13の「122b」の構造を詳細に示し図であり、図17は図13の構造が適用された発光構造物の斜視図である。
【0088】
発光構造物120の表面には、第1面122aと第2面122bが配置されてもよい。第1面122aは、図13で点線で図示された基準面に対して下に窪んだ陰刻形状を成しており、第2面122bは、点線で示した基準面に対して上に膨らんだ陽刻形状を成している。
【0089】
発光構造物120、特に第1導電型半導体層122の表面には、上述したように互いに異なる方向、即ち、下と上方向に曲率を有する第1面122aと第2面122bが互いに交代に配置されている。
【0090】
第1面122aの幅は15乃至25マイクロメートルであってもよく、第2面122bの幅も15乃至12マイクロメートルで同じであってもよい。そして、第1面122aの深さ(h)と第2面122bの高さ(h)は、0.5乃至1.5マイクロメートルで同じであってもよい。
【0091】
ここで、第1面122aの深さは、基準面から第1面122aの最低点までの垂直距離であってもよく、第2面122bの高さは、基準面から第2面122bの最高点までの垂直距離であってもよい。
【0092】
第1面122aと第2面122bは互いに同じ大きさを有し、他の方向の曲率を有して対象を成してもよく、第1面122aと第2面122bの表面はそれぞれ45乃至55マイクロメートルの半径を有する球(sphere)状であってもよい。
【0093】
上述した半径が50マイクロメートルで、第1面122aと第2面122bの幅が20マイクロメートルである際、発光構造物の表面に垂直に入射された光は発光構造物の屈折率が2.5である際、空気中に約14.6度屈折されてもよい。そして、第1面122aと第2面122bの表面で屈折されること以外に、表面の光抽出パターンにも光が屈折されて全体的に高速と配光パターンが増加されてもよい。
【0094】
そして、第1面122aと第2面122bそれぞれは、図17に示したように窪んでいるか膨らんでいるマイクロレンズの形状であってもよい。従って、発光構造物120の表面は、窪んだマイクロレンズと膨らんだマイクロレンズが交代に配置されたマイクロレンズアレイの表面の形状であってもよい。
【0095】
このような陽刻と陰刻の構造は、グレイスケールフェーズマスクを使用し、発光構造物の表面を乾式蝕刻して波状のように陽刻と陰刻を交代に形成してもよい。
【0096】
図14及び図15に示したように、第1面122aの表面と第2面122bの表面には光抽出パターンa,bが形成されている。即ち、活性層124から放出される光が発光構造物120の表面から全反射しないようにパターンa,bを形成し、発光素子から外部に放出される光の配光パターンを広げてあげることができる。
【0097】
特に垂直型発光素子の場合、水平型発光素子に比べ相対的に20〜30%更に多い光量を有するが、パッケージングの後光量が減少し得るため、上述したように配光パターンを広げてあげることが効果的である。
【0098】
図16は図12の「A」部分の構造の他の例を示す図であり、図18は図16の構造が適用された発光構造物の斜視図である。
【0099】
本実施例は、図13などに示した上述した実施例と類似しているが、第1面122aと第2面122bの間に第3面122cが配置されるが、第3面122cは曲率を有しないフラット(flat)な面であってもよい。
【0100】
第3面122cは、第1面122aと第2面122bとの間に配置されるが、必ずしも全ての第1面122aと第2面122bの間に配置されなくてもよい。
【0101】
そして、発光構造物120の側面には、パッシベーション層(passivation layer,170)が形成されてもよい。パッシベーション層170は絶縁物質で形成されてもよく、絶縁物質は非伝導性である酸化物や窒化物で形成されてもよい。一例として、パッシベーション層170は、シリコン酸化物(SiO2)層、酸化窒化物層、酸化アルミニウム層で形成されてもよい。
【0102】
一実施例において、第2導電型半導体層122は、P型半導体層、第2導電型半導体層126はN型半導体層で具現してもよい。また、第2導電型半導体層126の上には、第2導電型と反対の極性を有する半導体、例えば、第2導電型半導体層がP型半導体層である場合、N型半導体層を形成してもよい。従って、発光構造物はN−P接合構造、P−N接合構造、N−P−N接合構造、P−N−P接合構造のうちのいずれか1つの構造で具現してもよい。
【0103】
図19は、一実施例による発光素子が適用された発光素子パッケージを示す図である。
【0104】
図19を参照すると、一実施例による発光素子パッケージは、本体320と、本体320に配置された第1リード電極331及び第2リード電極332と、本体320に提供され、第1リード電極331及び第2リード電極332と電気的に接続される実施例による発光素子100と、発光素子100を囲むモールディング部材340を含んでもよい。
【0105】
本体320は、シリコン材質、合成樹脂材質、又は金属材質を含んで形成されてもよく、発光素子100の周囲に傾斜面が形成されてもよい。
【0106】
第1リード電極331及び第2リード電極332は互いに電気的に分離され、発光素子100に電源を提供する。また、第1リード電極331及び第2リード電極332は、発光素子100で発生された光を反射させて光効率を増加させてもよく、発光素子100で発生された熱を外部に輩出させる役割を果たしてもよい。
【0107】
発光素子100は本体320の上に配置されるか、第1リード電極331又は第2リード電極332の上に配置されてもよい。
【0108】
発光素子100は、第1リード電極331及び第2リード電極332とワイヤ方式、フリップチップ方式又はダイボンディング方式のうちのいずれか1つによって電気的に接続されてもよい。
【0109】
モールディング部材340は、発光素子100を囲んで発光素子100を保護してもよい。また、モールディング部材340には蛍光体が含まれ、発光素子100で放出された光の波長を変化させてもよい。
【0110】
一実施例による発光素子又は発光素子パッケージは、複数個が基板上にアレイされてもよく、発光素子パッケージの光経路上に光学部材であるレンズ、導光板、プリズムシート、拡散シートなどが配置されてもよい。このような発光素子パッケージ、基板、光学部材は、ライトユニットとして機能することができる。ライトユニットはトップビュー又はサイドビュータイプで具現され、携帯端末機及びノートパソコンなどの表示装置に提供されるか、照明装置及び支持装置などに多様に適用されてもよい。更に他の実施例は、上述した実施例に記載された半導体発光素子又は発光素子パッケージを含む照明装置として具現されてもよい。例えば、署名装置は、ランプ、街灯、電光板、前照灯などを含んでもよい。
【0111】
一実施例による発光素子は、ライトユニットに適用されてもよい。ライトユニットは、複数の発光素子がアレイされた構造を含み、図20及び図21に示す表示装置、図22及び図23に示す照明装置を含んでもよい。
【0112】
図20を参照すると、一実施例による表示装置1000は、導光板1041と、導光板1041に光を提供する発光モジュール1031と、導光板1041の下の反射部材1022と、導光板1041の上の光学シート1051と、光学シート1051の上の表示パネル1061と、導光板1041、発光モジュール1031及び反射部材1022を収納するボトムカーバ1011を備えてもよいが、これに限ることはない。
【0113】
一つの実施例として、ボトムカーバ1011、反射シート1022、導光板1041、光学シート1051は、ライトユニット1050として定義されてもよい。
【0114】
導光板1041は、光を拡散させて面光源化させる役割を果たす。導光板1041は透明な材質で形成され、例えば、PMMAのようなアクリル樹脂系列、PET、PC、COC(cycloolefin copolymer)及びPEN樹脂のうちのいずれか1つを含んでもよい。
【0115】
発光モジュール1301は、導光板1041の少なくとも一側面に光を提供し、究極的には表示装置の光源として作用するようになる。
【0116】
発光モジュール1031は少なくとも1つが提供されてもよく、導光板1041の一側面から直接又は間接的に光を提供してもよい。発光モジュール1031は、基板1033が上述した実施例による発光素子100を含んでもよい。発光素子100は、基板1033の上に所定間隔にアレイされてもよい。
【0117】
基板1033は、回路パターンを含むプリント回路基板(PCB,Printed Circuit Board)であってもよい。但し、基板1033は一般PCBだけでなく、メタルコアPCB(MCPCB,Metal Core PCB)、軟性PCB(FPCB,Flexible PCB)などを含んでもよく、これに対して限ることはない。発光素子100は、ボトムカバー1011の側面又は放熱プレートの上に提供される場合、基板1033は除去されてもよい。ここで、放熱プレートの一部は、ボトムカバー1011の上面に接触されてもよい。
【0118】
そして、多数の発光素子100は光が放出される出射面が導光板1041と所定距離離隔されるように搭載されてもよく、これに対して限ることはない。発光素子100は、導光板1041の一側面である入光部に光を直接又は間接的に提供してもよく、これに対して限ることはない。
【0119】
導光板1041の下には、反射部材1022が配置されてもよい。反射部材1022は、導光板1041の下面に入射された光を反射させて上に向かうようにすることで、ライトユニット1050の輝度を向上させることができる。反射部材1022は、例えば、PET,PC,PVCレジンなどから形成されてもよいが、これに対してかぎることはない。反射部材1022はボトムカバー1011の上面であってもよく、これに限ることはない。
【0120】
ボトムカバー1011は、導光板1041、発光モジュール1031及び反射部材1022などを収納してもよい。このため、ボトムカバー1011は上面が開口された箱(box)状を有する収納部1012が具備されてもよく、これに対して限ることはない。ボトムカバー1011はトップカバーと結合されてもよく、これに対して限ることはない。
【0121】
ボトムカバー1011は金属材質又は樹脂材質で形成されてもよく、プレス成形又は圧出成形などの工程を利用して製造されてもよい。また、ボトムカバー1011は、熱伝導性のよい金属又は非金属材料を含んでもよく、これに対して限ることはない。
【0122】
表示パネル1061は、例えばLCDパネルであり、互いに対向される公明な材質の第1及び第2基板、そして第1及び第2基板の間に介在された液晶層を含む。表示パネル1061の少なくとも一面には偏光板が付着されてもよく、このような偏光板の付着構造で限ることはない。表示パネル1061は、光学シート1051を通過した光によって情報を表示するようになる。このような表示装置1000は、各種携帯端末機、ノートパソコンのモニタ、ラップトップコンピュータのモニタ、テレビジョンなどの適用されてもよい。
光学シート1051は、表示パネル1051と導光板1041との間に配置され、少なくとも一枚の透光性シートを含む。光学シート1051は、例えば拡散シート、水平及び垂直プリズムシート及び輝度強化シートなどのようなシートのうちの少なくとも1つを含んでもよい。拡散シートは入射される光を拡散させ、水平又は/及び垂直プリズムシートは入射される光を表示領域として集光させ、輝度強化シートは損失される光を再使用して輝度を向上させる。また、表示パネル1061の上には保護シートが配置されてもよく、これに対して限ることはない。
【0123】
ここで、発光モジュール1031の光経路上には、光学部剤として導光板1041、光学シート1051のうちの少なくとも1つを含んでもよく、これに対して限ることはない。
【0124】
図21は、本発明の実施例による発光素子の他の例を示す図である。
【0125】
図21を参照すると、表示装置1100は、ボトムカバー1152、前記に開示された発光素子100がアレイされた基板1020、光学部材1154及び表示パネル1155を備えてもよい。
【0126】
基板1020と発光素子100は発光モジュール1060として定義されてもよい。ボトムカバー1152、少なくとも1つの発光モジュール1060、光学部材1154はライトユニットして定義されてもよい。
【0127】
ボトムカバー1152に収納部1153を具備してもよく、これに対して限ることはない。
【0128】
ここで、光学部材1154は、レンズ、導光板、拡散シート、水平及び垂直プリズムシート及び輝度強化シートなどのうちの少なくとも1つを含んでもよい。導光板はPC材質又はPMMA(poly methyl methacrylate)材質で形成されてもよく、このような導光板は除去されてもよい。拡散シートは入射される光を拡散させ、水平又は/及び垂直プリズムシートは入射される光を表示領域として集光させ、輝度強化シートは損失される光を再使用して輝度を向上させる。
【0129】
光学部材1154は発光モジュール1060の上に配置され、発光モジュール1060から放出された光を面光源化するか、拡散、集光などを行うことになる。
【0130】
図22は、一実施例による照明装置の斜視図である。
【0131】
図22を参照すると、一実施例による照明装置1500は、ケース1510と、前記ケース1510に設置された発光モジュール1530と、ケース1510に設置され、外部電源から電源を供給される連結端子1520とを備えてもよい。
【0132】
ケース1510は、放熱特性が良好な材質で形成されてもよく、例えば、金属材質又は樹脂材質で形成されてもよい。
【0133】
発光モジュール1530は、基板1532と、基板1532に提供される実施例による発光素子100とを備えてもよい。発光素子100は、複数個がマトリックス状又は所定間隔に離隔されてアレイされてもよい。
【0134】
基板1532は絶縁体に回路パターンがプリントされたものであってもよく、例えば、一般プリント回路基板、メタルコアPCB、軟性PCB、セラミックPCB、FR−4基板などを含んでもよい。
【0135】
また、基板1532は光を効率的に反射する材質で形成されるか、表面が光が効率的に反射されるカラー、例えば、白色、銀色などのコーティング層で形成されてもよい。
【0136】
基板1532には少なくとも1つの発光素子100が配置されてもよい。発光素子100は、それぞれ少なくとも一つのLEDチップを含んでもよい。LEDチップは、赤色、緑色、青色又は白色の有色の光をそれぞれ発光知る有色発光ダイオード及び紫外線(UV,Ultra Violet)を発光するUV発光ダイオードを含んでもよい。
【0137】
発光モジュール1530は、色感及び輝度を得るために多様な発光素子100の組み合わせを有するように配置されてもよい。例えば、光演色性(CRI)を確保するため、白色発光ダイオード、赤色発光ダイオード及び緑色発光ダイオードを組み合わせて配置してもよい。
【0138】
連結端子1520は、発光モジュール1530と電気的に接続されて電源を供給してもよい。連結端子1520はソケット方式で外部電源に結合されるが、これに対して限ることはない。例えば、連結端子1520はピン(pin)状で形成されて外部電源に挿入されるか、配線によって外部電源に接続されてもよい。
【0139】
本実施例は、発光素子100がパッケージングされた後、基板に搭載されて発光モジュールとして具現されるか、LEDチップの形で搭載されてパッケージングし、発光モジュールとして具現されてもよい。
【0140】
図23は、一実施例による発光素子が適用された照明装置の他の例を示す図である。
【0141】
本実施例による照明装置は、光を投射する光源600と、光源600が内臓されるハウジング400と、光源600の熱を放出する放熱部500と、光源600と放熱部500をハウジング400に結合するホルダー700とを備えてもよい。
【0142】
ハウジング400は、電気ソケットに結合されるソケット結合部410と、ソケット結合部410と連結され、光源600が内蔵される本体部420を含んでもよい。本体部420には、空気流動口430が貫通して形成されてもよい。
【0143】
ハウジング400の本体部420上に複数個の空気流動口430が具備されてもよい。空気流動口430は1つの流動口で形成されるが、複数個の流動口が図示されたように放射状でに置されてもよく、また、他にも多様な配置が可能である。
【0144】
光源600は、回路基板610と回路基板610上に配置された複数個の発光素子パッケージ650とを備えてもよい。ここで、回路基板610は、ハウジング400の開口部に挿入され得る形状であってもよい。また、回路基板610は、放熱部500に熱を伝達するために熱伝導率の高い物質で具現されてもよい。
【0145】
光源の下部600には、ホルダー700配置されてもよい。ホルダー700はフレームと更に他の空気流動口を含んでもよい。また、図示されていないが、光源600の下部には光学部材が具備され、光源600の発光素子パッケージ650で投射される光を拡散、散乱又は修練させてもよい。
【0146】
上述した照明措置は、発光素子パッケージ内の発光構造物の表面に陽刻と陰刻のパターンが形成され、陽刻と陰刻パターン状のマイクロレンズの表面に凹凸が形成され、活性層から放出される光の放出角度を広げ、光が減少(attuation)される量を減らすため光効率が増加される。
【0147】
上述した実施例で説明された特徴、構造、効果などは、本発明の少なくとも1つの実施例に含まれており、必ずしも1つの実施例にのみ限られることはない。更に、それぞれの実施例で例示した特徴、構造、効果などは、実施例の属する分野の通常の知識を有する者によって他の実施例に対しても組み合わせ又は変形されて実施されることができる。従って、このような組み合わせと変形に関する内容は、本発明の範囲に含まれるものとして解釈されるべきである。
【0148】
また、以上で実施例を中心に説明したが、これはただの例示に過ぎないものであって本発明を限るものではなく、本発明の属する分野の通常の知識を有する者であれば、本実施例の本質的な特性を逸脱しない範囲内で以上に例示されていない様々な変形と応用が可能であるということが分かるはずである。例えば、実施例に具体的に示した各構成要素は、変形して実施してもよいものである。そして、このような変形と応用に関する差は、添付した特許請求の範囲で規定する本発明の範囲に含まれるものとして解釈されるべきである。
【符号の説明】
【0149】
10 発光構造物
11 第1導電型半導体層
12 活性層
13 第2導電型半導体層
20 電極
30 電流遮断層
40 オーミック接触層
50 反射電極
60 ボンディング層
70 伝導性支持部材
80 アイソレーション層
90 保護層
【技術分野】
【0001】
本発明の実施例は、発光素子、発光素子パッケージ及びライトユニットに関する。
【背景技術】
【0002】
発光素子の1つとして、発光ダイオード(LED:Light Emitting Diode)が多く使用されている。発光ダイオードは、化合物半導体の特性を利用し、電気信号を赤外線又は可視光線のような光の形に変換する。
【0003】
発光素子の光効率が増加されるに連れ、表示装置、照明機器を初めとした多様な分野に使用されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
本発明の一実施例は、新たな構造を有する発光素子、発光素子パッケージ及びライトユニットを提供する。
【0005】
また、本発明の一実施例は、光抽出効率を向上させ、光が抽出される指向角を広げられる発光素子、発光素子パッケージ及びライトユニットを提供する。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明の一実施例による発光素子は、第1導電型半導体層、前記第1導電型半導体層の下の活性層、前記活性層の下の第2導電型半導体層を有する発光構造物と、前記第1導電型半導体層に電気的に接続された第1電極と、前記第2導電型半導体層に電気的に接続された第2電極層とを備え、前記第1導電型半導体層の上部表面は連続的な勾配変化を有する曲面を有し、前記第1導電型半導体層の上部表面に凹凸が設けられている。
【0007】
本発明の一実施例による発光素子は、第1導電型半導体層、前記第1導電型半導体層上の活性層、前記活性層上の第2導電型半導体層を有する発光構造物と、前記第1導電型半導体層に電気的に接続された第1電極と、前記第2導電型半導体層に電気的に接続された第2電極層とを備え、前記発光構造物の表面は、互いに異なる方向の曲率を有する複数個の第1面と第2面が互いに交代して配置されている。
【0008】
本発明の一実施例による発光素子パッケージは、本体と、前記本体の上に配置された発光素子と、前記発光素子に電気的に接続された第1リード電極及び第2リード電極とを備え、前記発光素子は、第1導電型半導体層、前記第1導電型半導体層の下の活性層、前記活性層の下の第2導電型半導体層を有する発光構造物と、前記第1導電型半導体層に電気的に接続された第1電極と、前記第2導電型半導体層に電気的に接続された第2電極層とを備え、前記第1導電型半導体層の上部表面は連続的な勾配変化を有する曲面を有し、前記第1導電型半導体層の上部表面に凹凸が提供される。
【0009】
本発明の一実施例による発光素子パッケージは、本体と、前記本体の上に配置された発光素子と、前記発光素子に電気的に接続された第1リード電極及び第2リード電極とを備え、前記発光素子は、第1導電型半導体層、前記第1導電型半導体層上の活性層、前記活性層上の第2導電型半導体層を有する発光構造物と、前記第1導電型半導体層に電気的に接続された第1電極と、前記第2導電型半導体層に電気的に接続された第2電極層とを備え、前記発光構造物の表面は、互いに異なる方向の曲率を有する複数個の第1面と第2面が互いに交代して配置されている。
【0010】
本発明の一実施例によるライトユニットは、基板と、前記基板の上に配置された発光素子と、前記発光素子から提供される光が通る光学部材とを備え、前記発光素子は、第1導電型半導体層、前記第1導電型半導体層の下の活性層、前記活性層の下の第2導電型半導体層を有する発光構造物と、前記第1導電型半導体層に電気的に接続された第1電極と、前記第2導電型半導体層に電気的に接続された第2電極層とを備え、前記第1導電型半導体層の上部表面は連続的な勾配変化を有する曲面を有し、前記第1導電型半導体層の上部表面に凹凸が提供される。
【0011】
本発明の一実施例によるライトユニットは、基板と、前記基板の上に配置された発光素子と、前記発光素子から提供される光が通る光学部材とを備え、前記発光素子は、第1導電型半導体層、前記第1導電型半導体層上の活性層、前記活性層上の第2導電型半導体層を有する発光構造物と、前記第1導電型半導体層に電気的に接続された第1電極と、前記第2導電型半導体層に電気的に接続された第2電極層とを備え、前記発光構造物の表面は、互いに異なる方向の曲率を有する複数個の第1面と第2面が互いに交代して配置されている。
【発明の効果】
【0012】
本発明の一実施例は、新たな構造を有する発光素子、発光素子パッケージ及びライトユニットを提供することができる。
【0013】
また、本発明の一実施例は、光抽出効率を向上させ、光が抽出される指向角を広げられる発光素子、発光素子パッケージ及びライトユニットを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0014】
【図1】本発明の一実施例による発光素子を示す図である。
【図2】図1の発光構造物の変形例を示す図である。
【図3】図1の発光構造物の変形例を示す図である。
【図4】本発明の一実施例による発光素子の製造方法を説明する図である。
【図5】本発明の一実施例による発光素子の製造方法を説明する図である。
【図6】本発明の一実施例による発光素子の製造方法を説明する図である。
【図7】本発明の一実施例による発光素子の製造方法を説明する図である。
【図8】本発明の一実施例による発光素子の製造方法を説明する図である。
【図9】本発明の一実施例による発光素子の製造方法を説明する図である。
【図10】本発明の一実施例による発光素子の製造方法を説明する図である。
【図11】本発明の一実施例による発光素子の製造方法を説明する図である。
【図12】本発明の実施例による発光素子の他の例を示す図である。
【図13】図12の「A」部分の構造の例を示す図である。
【図14】図13の「122a」の構造を詳細に示す図である。
【図15】図13の「122b」の構造を詳細に示す図である。
【図16】図12の「A」部分の構造の他の例を示す図である。
【図17】図13の構造が適用された発光構造物の斜視図である。
【図18】図16の構造が適用された発光構造物の斜視図である。
【図19】本発明の一実施例による発光素子が適用された発光素子パッケージを示す図である。
【図20】本発明の一実施例による発光素子が適用された表示装置の例を示す図である。
【図21】本発明の一実施例による発光素子が適用された表示装置の他の例を示す図である。
【図22】本発明の一実施例による発光素子が適用された照明装置の例を示す図である。
【図23】本発明の一実施例による発光素子が適用された照明装置の他の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0015】
本発明による実施例の説明に当たって、各層(膜)、領域、パターン又は構造物が基板、各層(膜)、領域、パッド又はパターンの「上(on)」に、又は「下(under)」に形成されるものとして記載される場合において、「上(on)」と「下(under)」は、「直接(directly)」又は「他の構成要素を介在して(indirectly)」形成されるものを全て含む。また、各層の上又は下に対する基準は、図面を基準に説明する。
【0016】
図面における各層の厚さや大きさは、説明の便宜及び明確性のために誇張されているか省略されているか、又は概略的に示されている。また、各構成要素の大きさは、実際の大きさを全的に反映するものではない。
【0017】
以下、添付した図面を参照し、実施例による発光素子、発光素子パッケージ、ライトユニット及び発光素子の製造方法について詳細に説明する。
【0018】
図1は、本発明の一実施例による発光素子を示す図である。
【0019】
本発明の一実施例による発光素子100は、図1に示したように、発光構造物10、電極20、反射電極50を備えてもよい。また、発光素子100は、電流遮断層30、オーミック接触層40を更に備えてもよい。
【0020】
発光構造物10は、第1導電型半導体層11、活性層12、第2導電型半導体層13を備えてもよい。例として、第1導電型半導体層11が第1導電型ドーパントとしてn型ドーパントが添加されたn型半導体層として形成され、第2導電型半導体層13が第2導電型ドーパントとしてp型ドーパントが添加されたp型半導体層として形成されてもよい。また、第1導電型半導体層11がp型半導体層として形成され、第2導電型半導体層13がn型半導体層として形成されてもよい。
【0021】
第1導電型半導体層11は、例えば、n型半導体層を含んでもよい。第1導電型半導体層11は、化合物半導体で具現されてもよい。第1導電型半導体層11は、III族−V族化合物半導体で具現されてもよい。第1導電型半導体層11は、II族−VI族化合物半導体で具現されてもよい。第1導電型半導体層11は、InxAlyGa1−x−yN(0≦x≦1,0≦y≦1,0≦x+y≦1)の組成式を有する半導体材料、例えば、InAlGaN,GaN,AlGaN,AlInN,InGaN,AlN,InNなどから選択されてもよく、Si,Ge,Snなどのn型ドーパントがドーピングされてもよい。
【0022】
活性層12は、第1導電型半導体層11を介して注入される電子(又は正孔)と第2導電型半導体層13を介して注入される正孔(又は電子)が互いに接触して、活性層12の形成物質によるエネルギバンド(energy band)のバンドギャップ(band gap)の差によって光を放出する層である。活性層12は、単一井戸構造、多重井戸構造、量子ドット構造又は量子線構造のうちいずれか1つで形成されてもよいが、これに限ることはない。
【0023】
活性層12は、化合物半導体で具現されてもよい。活性層12は、例として、InxAlyGa1−x−yN(0≦x≦1,0≦y≦1,0≦x+y≦1)の組成式を有する半導体材料で具現されてもよい。活性層12が前記多重井戸構造で具現された場合、活性層12は複数の井戸層と複数の障壁層が積層されて具現されてもよく、例えば、InGaN井戸層/GaN障壁層の周期で具現されてもよい。
【0024】
第2導電型半導体層13は、例えば、p型半導体層で具現されてもよい。第2導電型半導体層13は、化合物半導体で具現されてもよい。第2導電型半導体層13は、III族−V族化合物半導体で具現されてもよい。第2導電型半導体層13は、II族−VI族化合物半導体で具現されてもよい。第2導電型半導体層13は、InxAlyGa1−x−yN(0≦x≦1,0≦y≦1,0≦x+y≦1)の組成式を有する半導体材料、例えば、InAlGaN,GaN,AlGaN,InGaN,AlInN,AlN,InNなどから選択されてもよく、Mg,Zn,Ca,Sr,Baなどのp型ドーパントがドーピングされてもよい。
【0025】
一方、第1導電型半導体層11がp型半導体層を含み、第2導電型半導体層13がn型半導体層を含んでもよい。また、第2導電型半導体層13の下には、n型又はp型半導体層を含む半導体層が更に形成されてもよい。従って、前記発光構造物10は、np,pn,npn,pnp接合構造のうち少なくともいずれか1つを有してもよい。また、第1導電型半導体層11及び第2導電型半導体層13内の不純物のドーピング濃度は、均一又は不均一に形成されてもよい。即ち、発光構造物10の構造は多様に形成されてもよく、これに対して限ることはない。
【0026】
また、第1導電型半導体層11と前記活性層12の間には第1導電型InGaN/GaNスーパーラティス構造又はInGaN/InGaNスーパーラティス構造が形成されてもよい。また、第2導電型半導体層13と活性層12の間には第2導電型のAlGaN層が形成されてもよい。
【0027】
発光構造物10の下にオーミック接触層40と反射電極50が配置されていてもよい。発光構造物10の上に前記電極20が配置されてもよい。電極20と反射電極50は、発光構造物10に電源を提供してもよい。オーミック接触層40は、発光構造物10とオーミック接触になるように形成されてもよい。また、反射電極50は発光構造物10から入射される光を反射させ、外部に抽出される光量を増加させる機能を行ってもよい。
【0028】
オーミック接触層40は、例えば、透明な導電性酸化膜層で形成されてもよい。オーミック接触層40は、例として、ITO(Indium Tin Oxide),IZO(Indium Zinc Oxide),AZO(Aluminum Zinc Oxide),AGZO(Aluminum Gallium Zinc Oxide),IZTO(Indium Zinc Tin Oxide),IAZO(Indium Aluminum Zinc Oxide),IGZO(Indium Gallium Zinc Oxide),IGTO(Indium Gallium Tin Oxide),ATO(Antimony Tin Oxide),GZO(Gallium Zinc Oxide),IZON(IZO Nitride),ZnO,IrOx,RuOx,NiOのうちから選択された少なくとも1つの物質で形成されてもよい。
【0029】
反射電極50は、高反射率を有する金属材質で形成されてもよい。例えば、反射電極50は、Ag,Ni,Al,Rh,Pd,Ir,Ru,Mg,Zn,Pt,Cu,Au,Hfのうちの少なくとも1つを含む金属又は合金で形成されてもよい。また、反射電極50は、金属又は合金とITO,IZO,IZTO,IAZO),IGZO,IGTO,AZO,ATOなどの透光性伝導性物質を利用して多層に形成されてもよい。例えば、一実施例における反射電極50は、Ag,Al,Ag−Pd−Cu合金又はAg−Cu合金のうちの少なくともいずれか1つを含んでもよい。
【0030】
発光構造物10とオーミック接触層40との間に、電流遮断層(CBL:Current Blocking Layer)30が配置されてもよい。電流遮断層30は、電極20と垂直方向に少なくとも一部が重畳される領域に形成されてもよく、従って電極20と反射電極40との間の最短距離に電流が集中する現象を緩和し、本実施例による発光素子の発光効率を向上させることができる。
【0031】
電流遮断層30は電気絶縁性を有するか、発光構造物10とショットキー接触を形成する材質を利用して形成されてもよい。電流遮断層30は、酸化物、窒化物又は金属で形成されてもよい。電流遮断層30は、例えば、SiO2,SiOx,SiOxNy,Si3N4,Al2O3,TiOx,Ti,Al,Crのうちの少なくとも1つを含んでもよい。
【0032】
電流遮断層30は発光構造物10の下の第1領域に配置されてもよく、オーミック接触層40は発光構造物10の下の第2領域及び電流遮断層30の下に配置されてもよい。オーミック接触層40は、発光構造物10と反射電極50との間に配置されてもよい。また、オーミック接触層40は、電流者断層30と反射電極50との間に配置されてもよい。
【0033】
発光構造物10とオーミック接触層40との間にアイソレーション層80が更に配置されてもよい。アイソレーション層80は、発光構造物10の下部の周縁及びオーミック接触層40の上に配置されてもよい。アイソレーション層80は、例えば、電気絶縁性を有する材質又は発光構造物10に比べ低い電気伝導性を有する材質で形成されてもよい。アイソレーション層80は、例えば、酸化物又は窒化物で具現されてもよい。例えば、アイソレーション層80は、SiO2,SixOy,Si3N4,SixNy,SiOxNy,Al2O3,TiO2,ITO,AZO,ZnOで形成される群から少なくとも1つが選択されて形成されてもよい。アイソレーション層80は、電流遮断層30のような物質で形成されてもよく、また互いに異なる物質で形成されてもよい。アイソレーション層80は、チャンネル層として称されてもよい。
【0034】
反射電極50の下に、ボンディング層60と伝導性支持部材70が配置されてもよい。ボンディング層60は、バリア金属又はボンディング金属などを含み、例えば、Ti、Au,Sn,Ni,Cr,Ga,In,Bi,Cu,Ag又はTaのうちの少なくとも1つを含んでもよい。伝導性支持部材70は本実施例による発光素子を支持し、外部電極と電気的に接続されて発光構造物10に電源を提供してもよい。伝導性支持部材70は、例えば、Ti,Cr,Ni,Al,Pt,Au,W,Cu,Mo,Cu−W又は不純物が注入された半導体基板であるキャリアウェハー(例:Si,Ge,GaN,GaAs,ZnO,Sic,SiGeなど)のうちから少なくともいずれか1つで形成されてもよい。
発光構造物10の上には、保護層90が更に配置されてもよい。保護層90は、酸化物又は窒化物で具現されてもよい。保護層90は、例えば、SiO2,SiOx,SiOxNy,Si3N4,Al2O3のような透光性及び絶縁性を有する材質から形成されてもよい。保護層90は、発光構造物10の側面に提供されてもよい。また、保護層90は、発光構造物10の側面だけでなく上部にも提供されてもよい。
【0035】
発光構造物10の上部表面は、曲面で提供されてもよい。発光構造物10の上部表面は、連続的な勾配変化を有する曲面を有してもよい。このように、発光構造物10の上部表面が平面でなく屈曲を有する曲面で提供されることで、光抽出効率を向上させ得るようになる。これは、発光構造物10を介して伝播される光が、発光構造物10の上部表面に入射される入射角に変化が発生することで、発光構造物10の上部表面が平面に提供される場合に比べ外部に抽出され得る光量が増加するようになるのである。また、外部に抽出される光量が増加されるだけでなく、光抽出角度が更に広くなる。即ち、発光構造物10の上部表面が曲面で形成されることで、光が抽出される指向角の幅が更に広くなり得る。
【0036】
発光構造物10の上部表面は第1方向の断面上部が連続的な勾配変化を有する曲線を含み、第2方向の断面上部が連続的な勾配変化を有する曲線を含んでもよい。ここで、第2方向は第1方向に対する垂直方向であってもよい。また、第2方向は第1方向に対して垂直方向でない任意の角を有する方向であってもよい。
【0037】
一実施例による発光素子は、図2に示したように、発光構造物10の断面上部が連続的な勾配変化を有する曲線を有してもよい。また、発光構造物10の第1導電型半導体層11の上部表面に凹凸11aが提供されてもよい。このように、第1導電型半導体層11の上部表面に凹凸11aが提供されることで、第1導電型半導体層11を介して外部に抽出される光量を更に増加させられる。また、外部に抽出される光量が増加されるだけでなく、光抽出角度が更に広くなる。即ち、第1導電型半導体層11の上部表面が曲線で形成されることで、光が抽出される指向角の幅が更に広くなり得る。
【0038】
凹凸11aは、高さが0.8乃至1.2マイクロメートルの大きさで提供されてもよい。凹凸11aの周期は、0.8乃至1.2マイクロメートルの大きさで提供されてもよい。例えば、第1導電型半導体層11の上部表面は波状の屈曲で提供されてもよく、波状の上部表面に微細凹凸11aが更に提供されてもよい。
【0039】
また、発光構造物10の上部表面は第1方向の断面上部が連続的な勾配変化を有する曲線を有し、第2方向の断面上部が互いに異なる勾配変化を有する直線を有してもよい。ここで、第2方向は第1方向に対する垂直方向であってもよい。また、第2方向は第1方向に対して垂直方向でない任意の角を有する方向であってもよい。
【0040】
一実施例による発光素子は、図3に示したように、発光構造物10の断面上部が互いに異なる勾配変化を有する直線を有してもよい。また、発光構造物10の第1導電型半導体層11の上部表面に凹凸11aが提供されてもよい。このように、第1導電型半導体層11の上部表面に凹凸11aが提供されることで、第1導電型半導体層11を介して外部に抽出される光量を更に増加させられる。また、外部に抽出される光量が増加されるだけでなく、光抽出角度が更に広くなる。即ち、第1導電型半導体層11の上部表面が勾配を有する直線で形成されることで、光が抽出される指向角の幅が更に広くなり得る。
【0041】
凹凸11aは、高さが0.8乃至1.2マイクロメートルの大きさで提供されてもよい。凹凸11aの周期は、0.8乃至1.2マイクロメートルの大きさで提供されてもよい。例えば、第1導電型半導体層11の上部表面は互いに異なる勾配を有する直線で提供されてもよく、直線状の上部表面に微細凹凸11aが更に提供されてもよい。
【0042】
また、一実施例による発光素子において、発光構造物10が上部表面は所定形状の反復された曲面を有してもよい。即ち、発光構造物10の上部表面は、波状の形状が反復されて具現されてもよい。また、発光構造物10の上部表面は、球面レンズ状、凹レンズ状、凸レンズ状、レンチキュラーレンズ状など、多様な形状が反復されて提供されてもよい。
【0043】
例えば、発光構造物10の上部表面に凹状の球面を有する屈曲を形成する場合、約1乃至2マイクロメートル程度の高さ及び10乃至50マイクロメートルの幅を周期にする曲面を形成し、前記曲面に微細凹凸を形成してもよい。
【0044】
以上の説明では、発光構造物10の上部に電極20が配置され、発光構造物10の下部に反射電極50が配置された垂直型構造の発光素子を基準に説明した。しかし、本実施例による発光素子は、発光構造物20を成す第1導電型半導体層11に電気的に接続された第1電極及び前記発光構造物10を成す第2導電型半導体層12に電気的に接続された第2電極の位置及び形状は多様に変形されてもよい。また、本実施例による発光素子は、第1電極及び第2電極が同じ方向に露出された水平状構造の発光素子にも適用され得る。
それでは、図4乃至図11を参照して、一実施例による発光素子の製造方法を説明する。
【0045】
一実施例による発光素子の製造方法によると、図4に示したように、基板5の上に第1導電型半導体層11、活性層12、第2導電型半導体層13を形成する。第1導電型半導体層11、活性層12、第2導電型半導体層13は、発光構造物10として定義され得る。
【0046】
基板5は、例えば、サファイア基板(Al2O3),SiC,GaAs,GaN,ZnO,Si,GaP,InP,Geのうちの少なくとも1つで形成されてもよく、これに対して限ることはない。第1導電型半導体層11と基板5の間には、バッファ層が更に形成されてもよい。
例として、第1導電型半導体層11が第1導電型ドーパントとしてn型ドーパントが添加されたn型半導体層として形成され、第2導電型半導体層13が第2導電型ドーパントとしてp型ドーパントが添加されたp型半導体層として形成されてもよい。また、第1導電型半導体層11がp型半導体層として形成され、第2導電型半導体層13がn型半導体層として形成されてもよい。
【0047】
第1導電型半導体層11は、例えば、n型半導体層を含んでもよい。第1導電型半導体層11は、InxAlyGa1−x−yN(0≦x≦1,0≦y≦1,0≦x+y≦1)の組成式を有する半導体材料で形成されてもよい。第1導電型半導体層11は、例えば、InAlGaN,GaN,AlGaN,AlInN,InGaN,AlN,InNなどから選択されてもよく、Si,Ge,Snなどのn型ドーパントがドーピングされてもよい。
【0048】
活性層12は、第1導電型半導体層11を介して注入される電子(又は正孔)と第2導電型半導体層13を介して注入される正孔(又は電子)が互いに接触して、活性層12の形成物質によるエネルギバンドのバンドギャップの差によって光を放出する層である。活性層12は、単一井戸構造、多重井戸構造、量子ドット構造又は量子線構造のうちいずれか一つで形成されてもよいが、これに限ることはない。
【0049】
活性層12は、InxAlyGa1−x−yN(0≦x≦1,0≦y≦1,0≦x+y≦1)の組成式を有する半導体材料で形成されてもよい。活性層12が多重井戸構造で具現された場合、活性層12は複数の井戸層と複数の障壁層が積層されて具現されてもよく、例えば、InGaN井戸層/GaN障壁層の周期で具現されてもよい。
【0050】
第2導電型半導体層13は、例えば、p型半導体層で具現されてもよい。第2導電型半導体層13は、InxAlyGa1−x−yN(0≦x≦1,0≦y≦1,0≦x+y≦1)の組成式を有する半導体材料で形成されてもよい。第2導電型半導体層13は、例えば、InAlGaN,GaN,AlGaN,InGaN,AlInN,AlN,InNなどから選択されてもよく、Mg,Zn,Ca,Sr,Baなどのp型ドーパントがドーピングされてもよい。
【0051】
一方、第1導電型半導体層11がp型半導体層を含み、第2導電型半導体層13がn型半導体層を含んでもよい。また、第2導電型半導体層13の上にはn型又はp型半導体層を含む半導体層が更に形成されてもよく、これによって、発光構造物10はNp,pn,npn,pnp接合構造のうちの少なくともいずれか1つを有してもよい。また、第1導電型半導体層11及び第2導電型半導体層13内の不純物のドーピング濃度は、均一又は不均一に形成されてもよい。即ち、前記発光構造物10の構造は多様に形成されてもよく、これに対して限ることはない。
【0052】
また、第1導電型半導体層11と活性層12との間には第1導電型InGaN/GaNスーパーラティス構造又はInGaN/InGaNスーパーラティス構造が形成されてもよい。また、第2導電型半導体層13と活性層12との間には第2導電型のAlGaN層が形成されてもよい。
【0053】
次に、図5に示したように、第2導電型半導体層13の上に電流遮断層30を形成し、第2導電型半導体層13の上にアイソレーション層80を形成する。電流遮断層30とアイソレーション層80は選択的に形成されてもよい。電流遮断層30とアイソレーション層80は同時に形成されてもよく、また順次的に形成されてもよい。
電流遮断層30は電気絶縁性を有するか、発光構造物10とショットキー接触を形成する材質を利用して形成されてもよい。電流遮断層30は、酸化物、窒化物又は金属で形成されてもよい。電流遮断層30は、例えば、SiO2,SiOx,SiOxNy,Si3N4,Al2O3,TiOx,Ti,Al,Crのうちの少なくとも1つを含んでもよい。アイソレーション層80は、例えば、電気絶縁性を有する材質又は発光構造物10に比べ低い電気伝導性を有する材質で形成されてもよい。アイソレーション層80は、例えば、酸化物又は窒化物で具現されてもよい。例えば、アイソレーション層80は、SiO2,SixOy,Si3N4,SixNy,SiOxNy,Al2O3,TiO2,ITO,AZO,ZnOで形成される群から少なくとも1つが選択されて形成されてもよい。また、アイソレーション層80は、前記電流遮断層30のような物質で形成されてもよく、また互いに異なる物質で形成されてもよい。アイソレーション層80は、チャンネル層として称されてもよい。
【0054】
そして、図6に示したように、電流遮断層30及びアイソレーション層80の上にオーミック接触層40を形成する。
【0055】
オーミック接触層40は、発光構造物10とオーミック接触になるように形成されてもよい。オーミック接触層40は、例えば、透明な導電性酸化膜層で形成されてもよい。オーミック接触層40は、例として、ITO,IZO,AZO,AGZO,IZTO,IAZO,IGZO,IGTO,ATO,GZO,IZON,ZnO,IrOx,RuOx,NiOのうちから選択された少なくとも1つの物質で形成されてもよい。
【0056】
次に、図7に示したように、オーミック接触層40の上に反射電極50、ボンディング層60及び伝導性支持部材70を形成する。
反射電極50は、高反射率を有する金属材質で形成されてもよい。例えば、反射電極50は、Ag,Ni,Al,Rh,Pd,Ir,Ru,Mg,Zn,Pt,Cu,Au,Hfのうちの少なくとも1つを含む金属又は合金で形成されてもよい。また、反射電極50は、金属又は合金とITO,IZO,IZTO,IAZO,IGZO,IGTO,ATO,ATOなどの透光性伝導性物質を利用して多層に形成されてもよい。例えば、本実施例における前記反射電極50は、Ag,Al,Ag−Pd−Cu合金又はAg−Cu合金のうち少なくともいずれか一つを含んでもよい。
【0057】
ボンディング層60は、バリア金属又はボンディング金属などを含み、例えば、Ti、Au,Sn,Ni,Cr,Ga,In,Bi,Cu,Ag又はTaのうちの少なくとも1つを含んでもよい。伝導性支持部材70は本実施例による発光素子を支持し、外部電極と電気的に接続されて発光構造物10に電源を提供してもよい。伝導性支持部材70は、例えば、Ti,Cr,Ni,Al,Pt,Au,W,Cu,Mo,Cu−W又は不純物が注入されたキャリアウェハー(例:Si,Ge,GaN,GaAs,ZnO,Sic,SiGeなど)のうちから少なくともいずれか1つで形成されてもよい。
次に、発光構造物10から基板5を除去する。一つの例として、基板5はレーザリフトオフ(LLO:Laser Lift Off)工程によって除去されてもよい。レーザリフトオフ工程は、基板5の下面にレーザを照射し基板5と発光構造物10を互いに剥離する工程である。
【0058】
次に、図8に示したように、発光構造物10の第1導電型半導体層11の上に蝕刻パターン93を形成する。
【0059】
蝕刻パターン93は、例えば、フォトリソグラフィ工程を介して形成されてもよい。蝕刻パターン93は、フォトリソグラフィ工程を行うに当たって、位置による露光の強さを微細に調節するグレイスケールフェーズマスク(gray scale phase mask)技法を適用することで、位置によって微細な高さの差を有する曲面として具現されてもよい。
【0060】
蝕刻パターン93の上部表面は、連続的な勾配変化を有する曲面を含んでもよい。蝕刻パターン93の上部表面は第1方向の断面上部が連続的な勾配変化を有する曲線を有し、第2方向の断面上部が連続的な勾配変化を有する曲線を有してもよい。また、蝕刻パターン93の上部表面は第1方向の断面上部が連続的な勾配変化を有する曲線を有し、第2方向の断面上部が互いに異なる勾配変化を有する直線を有してもよい。第2方向は第1方向に対する垂直方向であってもよい。また、第2方向は第1方向に対して垂直方向でない任意の角を有する方向であってもよい。
【0061】
一実施例による蝕刻パターン93の上部表面は、所定形状の反復された曲面を有してもよい。例として、蝕刻パターン93の上部表面は、波状の形状が反復されて具現されてもよい。また、蝕刻パターン93の上部表面は、球面レンズ状、凹レンズ状、凸レンズ状、レンチキュラーレンズ状など、多様な形状が反復されて提供されてもよい。
【0062】
例えば、蝕刻パターン93の上部表面に凹状の球面を有する屈曲を形成する場合、約1乃至2マイクロメートル程度の高さ及び10乃至50マイクロメートルの幅を周期にする曲面を形成してもよい。
【0063】
次に、図9に示したように、発光構造物10の第1導電型半導体層11に対する蝕刻工程を行い、第1導電型半導体層11の上部表面を連続的な勾配変化を有する曲面として形成する。
【0064】
蝕刻工程は、例えば、乾式蝕刻工程によって行われてもよい。蝕刻工程を介して、蝕刻パターン93の形状が第1導電型半導体層11の上部表面に具現できるようになる。
【0065】
即ち、第1導電型半導体層11の上部表面は、蝕刻パターン93の上部表面の形状に対応される連続的な勾配変化を有する曲面として具現されてもよい。第1導電型半導体層11の上部表面は第1方向の断面上部が連続的な勾配変化を有する曲線を有し、第2方向の断面上部が連続的な勾配変化を有する曲線を有してもよい。また、第1導電型半導体層11の上部表面は第1方向の断面上部が連続的な勾配変化を有する曲線を有し、第2方向の断面上部が互いに異なる勾配変化を有する直線を有してもよい。第2方向は第1方向に対する垂直方向であってもよい。また、第2方向は第1方向に対して垂直方向でない任意の角を有する方向であってもよい。
【0066】
一実施例による第1導電型半導体層11の上部表面は、所定形状の反復された曲面を有してもよい。例として、第1導電型半導体層11の上部表面は、波状の形状が反復されて具現されてもよい。また、第1導電型半導体層11の上部表面は、球面レンズ状、凹レンズ状、凸レンズ状、レンチキュラーレンズ状など、多様な形状が反復されて提供されてもよい。
【0067】
例えば、第1導電型半導体層11の上部表面に凹状の球面を有する屈曲を形成する場合、約1乃至2マイクロメートル程度の高さを有する球面傾斜を10乃至50マイクロメートルの周期で曲面を形成してもよい。
【0068】
そして、図10に示したように、第1導電型半導体層11の上部表面に凹凸11aを形成する。
【0069】
第1導電型半導体層11の上部表面に形成される凹凸11aは、例として、湿式蝕刻工程によって形成されてもよい。凸凹11aは、高さが0.8乃至1.2マイクロメートルの大きさで提供されてもよい。凸凹11aの周期は、0.8乃至1.2マイクロメートルの大きさで提供されてもよい。凹凸11aの断面は、例として、三角形状で形成されてもよい。また、凹凸11aの空間的な形状は、円柱状、六角錐状などで形成されてもよい。凹凸11aの形状は、発光構造物10の結晶成長面の特性に合わせて蝕刻速度差の結果が反映された形状で具現されてもよい。例として、凹凸11aの断面を成す三角形状は、表面から突出された頂点が垂直方向に向かうように形成されてもよい。
【0070】
次に、図11に示したように、発光構造物10の個別チップの境界に沿ってアイソレーション(isolation)エッチングを実施し、複数個の発光素子を個別発光素子単位に区分してもよい。アイソレーションエッチングは、例えば、ICP(Inductively Coupled Plasma)のような乾式蝕刻によって実施されてもよいが、これに対して限ることはない。
【0071】
図11を参照すると、発光構造物10の少なくとも側面に保護層90を形成してもよい。保護層90は、発光構造物10が外部電極や電極20などと電気的にショートされることを防止することができる。
【0072】
保護層90は、酸化物又は窒化物で具現されてもよい。保護層90は、例えば、SiO2,SiOx,SiOxNy,Si3N4,Al2O3のような透光性及び絶縁性を有する材質から形成されてもよい。保護層90は、例えば、電子ビーム蒸着、PECVD、スパッタリングのような蒸着方式によって形成されてもよい。
【0073】
次に、発光構造物10電気的に接続された電極20を形成する。電極20は、反射電極50と共に発光構造物10に電源を提供し、電流遮断層31と少なくとも一部が垂直方向に重畳されるように形成されてもよい。
【0074】
一方、図12は、一実施例による発光素子の他の例を示す図である。
【0075】
一実施例による発光素子100は、導電性支持基板160上の接合層150、反射層140、オーミック層130、発光構造物120を備えてもよい。
【0076】
導電性支持基板160は第2電極の役割を果たすことができるため、電気伝導度が優秀な金属を使用してもよい。導電性支持基板160は、駆動の際発生される熱を十分に発散させるべきであるため、熱伝導度の高い金属を使用してもよい。
【0077】
導電性支持基板160は、モリブデン(Mo)、シリコン(Si)、タングステン(W)、銅(Cu)及びアルミニウム(Al)で構成される群から選択される物質又はこれらの合金で形成されてもよい。また、導電性支持基板160は、金(Au)、銅合金(Cu Alloy)、ニッケル(Ni)、銅−タングステン(Cu−W)、キャリアウェハー(例:GaN,Si,Ge,GaAs,ZnO,SiGe,SiC,SiGe,Ga2O3など)などを選択的に含んでもよい。
【0078】
また、導電性支持基板160は、全体窒化物半導体にたわみをもたらさず、スクライビング(scribing)工程及びブレーキング(breaking)工程を介して別個のチップとしてよく分離させるための程度の機械的強度を有してもよい。
【0079】
接合層150は、反射層140と導電性支持基板160を結合してもよい。また、反射層140が結合層(adhesion layer)の機能を行ってもよい。接合層150は、金(Au)、錫(Sn)、インジウム(In)、アルミニウム(Al)、シリコン(Si)、銀(Ag)、ニッケル(Ni)及び銅(Cu)で構成される群から選択される物質又はこれらの合金で形成してもよい。
【0080】
反射層140は、約2500Åの厚さであってもよい。反射層140は、アルミニウム(Al)、銀(Ag)、ニッケル(Ni)、プラチナ(Pt)、ロジウム(Rh)、或いはアルミニウムや銀やプラチナやロジウムを含む合金を含む金属層で形成されてもよい。アルミニウムや銀などは活性層124から発生された光を効果的に反射し、発光素子の光抽出効率を大きく改善することができる。
【0081】
発光構造物120、特に第2導電型半導体層126は、不純物ドーピング濃度が低いため接触抵抗が高く、そのためオーミック特性がよくない可能性がある。このようなオーミック特性を改善するため、オーミック層130を形成してもよい。例として、オーミック層130は透明伝導性酸化物で具現されてもよい。
【0082】
オーミック層130は、約200Åの厚さであってもよい。オーミック層130は、ITO,IZO,IZTO,IAZO,IGZO,IGTO,AZO,ATO,GZO,IZON,AGZO,IGZO,ZnO,IrOx,RuOx,NiO,RuOx/ITO,Ni/IrOx/Au及びNi/IrOx/Au/ITO,Ag,Ni,Cr,Ti,Al,Rh,Pd,Ir,Sn,In,Ru,Mg,Zn,Pt,Au,Hfのうちの少なくとも1つを含んで形成されてもよく、このような材料に限ることはない。
【0083】
発光構造物120は、第1導電型半導体層122と、第1導電型半導体層122の下に形成されて光を放出する活性層124と、活性層124の下に配置された第2導電型半導体層120とを備えてもよい。
【0084】
第1導電型半導体層122は、例として、第1導電型ドーパントがドーピングされたIII族−V族化合物半導体で具現されてもよい。第1導電型半導体層122がN型半導体である場合、第1導電型ドーパントはN型ドーパントとしてSi,Ge,Sn,Se,Teを含んでもよいが、これに限ることはない。
【0085】
第1導電型半導体層122は、化合物半導体で具現されてもよい。第1導電型半導体層122は、AlxInyGa(1−x−y)N(0≦x≦1,0≦y≦1,0≦x+y≦1)の組成式を有する半導体物質を含んでもよい。第1導電型半導体層122は、GaN,InN,AlN,InGaN,AlGaN,InAlGaN,AlInN,AlGaAs,InGaAs,AlInGaAs,GaP,AlGaP、AlInGaP,InPのうちのいずれか1つ以上で形成されてもよい。
【0086】
第1導電型半導体層122の表面には第1電極180が形成されてもよい。第1電極180は、アルミニウム(Al)、チタン(Ti)、クロム(Cr)、ニッケル(Ni)、銅(Cu)、金(Au)のうちの少なくとも1つを含んで単層又は多層構造に形成されてもよい。そして、発光構造物120の表面、即ち、第1導電型半導体層122の表面には凹凸が形成されてもよい。
【0087】
図13は図12の「A」部分の構造の例を示す図であり、図14は図13の「122a」の構造を詳細に示す図であり、図15は図13の「122b」の構造を詳細に示し図であり、図17は図13の構造が適用された発光構造物の斜視図である。
【0088】
発光構造物120の表面には、第1面122aと第2面122bが配置されてもよい。第1面122aは、図13で点線で図示された基準面に対して下に窪んだ陰刻形状を成しており、第2面122bは、点線で示した基準面に対して上に膨らんだ陽刻形状を成している。
【0089】
発光構造物120、特に第1導電型半導体層122の表面には、上述したように互いに異なる方向、即ち、下と上方向に曲率を有する第1面122aと第2面122bが互いに交代に配置されている。
【0090】
第1面122aの幅は15乃至25マイクロメートルであってもよく、第2面122bの幅も15乃至12マイクロメートルで同じであってもよい。そして、第1面122aの深さ(h)と第2面122bの高さ(h)は、0.5乃至1.5マイクロメートルで同じであってもよい。
【0091】
ここで、第1面122aの深さは、基準面から第1面122aの最低点までの垂直距離であってもよく、第2面122bの高さは、基準面から第2面122bの最高点までの垂直距離であってもよい。
【0092】
第1面122aと第2面122bは互いに同じ大きさを有し、他の方向の曲率を有して対象を成してもよく、第1面122aと第2面122bの表面はそれぞれ45乃至55マイクロメートルの半径を有する球(sphere)状であってもよい。
【0093】
上述した半径が50マイクロメートルで、第1面122aと第2面122bの幅が20マイクロメートルである際、発光構造物の表面に垂直に入射された光は発光構造物の屈折率が2.5である際、空気中に約14.6度屈折されてもよい。そして、第1面122aと第2面122bの表面で屈折されること以外に、表面の光抽出パターンにも光が屈折されて全体的に高速と配光パターンが増加されてもよい。
【0094】
そして、第1面122aと第2面122bそれぞれは、図17に示したように窪んでいるか膨らんでいるマイクロレンズの形状であってもよい。従って、発光構造物120の表面は、窪んだマイクロレンズと膨らんだマイクロレンズが交代に配置されたマイクロレンズアレイの表面の形状であってもよい。
【0095】
このような陽刻と陰刻の構造は、グレイスケールフェーズマスクを使用し、発光構造物の表面を乾式蝕刻して波状のように陽刻と陰刻を交代に形成してもよい。
【0096】
図14及び図15に示したように、第1面122aの表面と第2面122bの表面には光抽出パターンa,bが形成されている。即ち、活性層124から放出される光が発光構造物120の表面から全反射しないようにパターンa,bを形成し、発光素子から外部に放出される光の配光パターンを広げてあげることができる。
【0097】
特に垂直型発光素子の場合、水平型発光素子に比べ相対的に20〜30%更に多い光量を有するが、パッケージングの後光量が減少し得るため、上述したように配光パターンを広げてあげることが効果的である。
【0098】
図16は図12の「A」部分の構造の他の例を示す図であり、図18は図16の構造が適用された発光構造物の斜視図である。
【0099】
本実施例は、図13などに示した上述した実施例と類似しているが、第1面122aと第2面122bの間に第3面122cが配置されるが、第3面122cは曲率を有しないフラット(flat)な面であってもよい。
【0100】
第3面122cは、第1面122aと第2面122bとの間に配置されるが、必ずしも全ての第1面122aと第2面122bの間に配置されなくてもよい。
【0101】
そして、発光構造物120の側面には、パッシベーション層(passivation layer,170)が形成されてもよい。パッシベーション層170は絶縁物質で形成されてもよく、絶縁物質は非伝導性である酸化物や窒化物で形成されてもよい。一例として、パッシベーション層170は、シリコン酸化物(SiO2)層、酸化窒化物層、酸化アルミニウム層で形成されてもよい。
【0102】
一実施例において、第2導電型半導体層122は、P型半導体層、第2導電型半導体層126はN型半導体層で具現してもよい。また、第2導電型半導体層126の上には、第2導電型と反対の極性を有する半導体、例えば、第2導電型半導体層がP型半導体層である場合、N型半導体層を形成してもよい。従って、発光構造物はN−P接合構造、P−N接合構造、N−P−N接合構造、P−N−P接合構造のうちのいずれか1つの構造で具現してもよい。
【0103】
図19は、一実施例による発光素子が適用された発光素子パッケージを示す図である。
【0104】
図19を参照すると、一実施例による発光素子パッケージは、本体320と、本体320に配置された第1リード電極331及び第2リード電極332と、本体320に提供され、第1リード電極331及び第2リード電極332と電気的に接続される実施例による発光素子100と、発光素子100を囲むモールディング部材340を含んでもよい。
【0105】
本体320は、シリコン材質、合成樹脂材質、又は金属材質を含んで形成されてもよく、発光素子100の周囲に傾斜面が形成されてもよい。
【0106】
第1リード電極331及び第2リード電極332は互いに電気的に分離され、発光素子100に電源を提供する。また、第1リード電極331及び第2リード電極332は、発光素子100で発生された光を反射させて光効率を増加させてもよく、発光素子100で発生された熱を外部に輩出させる役割を果たしてもよい。
【0107】
発光素子100は本体320の上に配置されるか、第1リード電極331又は第2リード電極332の上に配置されてもよい。
【0108】
発光素子100は、第1リード電極331及び第2リード電極332とワイヤ方式、フリップチップ方式又はダイボンディング方式のうちのいずれか1つによって電気的に接続されてもよい。
【0109】
モールディング部材340は、発光素子100を囲んで発光素子100を保護してもよい。また、モールディング部材340には蛍光体が含まれ、発光素子100で放出された光の波長を変化させてもよい。
【0110】
一実施例による発光素子又は発光素子パッケージは、複数個が基板上にアレイされてもよく、発光素子パッケージの光経路上に光学部材であるレンズ、導光板、プリズムシート、拡散シートなどが配置されてもよい。このような発光素子パッケージ、基板、光学部材は、ライトユニットとして機能することができる。ライトユニットはトップビュー又はサイドビュータイプで具現され、携帯端末機及びノートパソコンなどの表示装置に提供されるか、照明装置及び支持装置などに多様に適用されてもよい。更に他の実施例は、上述した実施例に記載された半導体発光素子又は発光素子パッケージを含む照明装置として具現されてもよい。例えば、署名装置は、ランプ、街灯、電光板、前照灯などを含んでもよい。
【0111】
一実施例による発光素子は、ライトユニットに適用されてもよい。ライトユニットは、複数の発光素子がアレイされた構造を含み、図20及び図21に示す表示装置、図22及び図23に示す照明装置を含んでもよい。
【0112】
図20を参照すると、一実施例による表示装置1000は、導光板1041と、導光板1041に光を提供する発光モジュール1031と、導光板1041の下の反射部材1022と、導光板1041の上の光学シート1051と、光学シート1051の上の表示パネル1061と、導光板1041、発光モジュール1031及び反射部材1022を収納するボトムカーバ1011を備えてもよいが、これに限ることはない。
【0113】
一つの実施例として、ボトムカーバ1011、反射シート1022、導光板1041、光学シート1051は、ライトユニット1050として定義されてもよい。
【0114】
導光板1041は、光を拡散させて面光源化させる役割を果たす。導光板1041は透明な材質で形成され、例えば、PMMAのようなアクリル樹脂系列、PET、PC、COC(cycloolefin copolymer)及びPEN樹脂のうちのいずれか1つを含んでもよい。
【0115】
発光モジュール1301は、導光板1041の少なくとも一側面に光を提供し、究極的には表示装置の光源として作用するようになる。
【0116】
発光モジュール1031は少なくとも1つが提供されてもよく、導光板1041の一側面から直接又は間接的に光を提供してもよい。発光モジュール1031は、基板1033が上述した実施例による発光素子100を含んでもよい。発光素子100は、基板1033の上に所定間隔にアレイされてもよい。
【0117】
基板1033は、回路パターンを含むプリント回路基板(PCB,Printed Circuit Board)であってもよい。但し、基板1033は一般PCBだけでなく、メタルコアPCB(MCPCB,Metal Core PCB)、軟性PCB(FPCB,Flexible PCB)などを含んでもよく、これに対して限ることはない。発光素子100は、ボトムカバー1011の側面又は放熱プレートの上に提供される場合、基板1033は除去されてもよい。ここで、放熱プレートの一部は、ボトムカバー1011の上面に接触されてもよい。
【0118】
そして、多数の発光素子100は光が放出される出射面が導光板1041と所定距離離隔されるように搭載されてもよく、これに対して限ることはない。発光素子100は、導光板1041の一側面である入光部に光を直接又は間接的に提供してもよく、これに対して限ることはない。
【0119】
導光板1041の下には、反射部材1022が配置されてもよい。反射部材1022は、導光板1041の下面に入射された光を反射させて上に向かうようにすることで、ライトユニット1050の輝度を向上させることができる。反射部材1022は、例えば、PET,PC,PVCレジンなどから形成されてもよいが、これに対してかぎることはない。反射部材1022はボトムカバー1011の上面であってもよく、これに限ることはない。
【0120】
ボトムカバー1011は、導光板1041、発光モジュール1031及び反射部材1022などを収納してもよい。このため、ボトムカバー1011は上面が開口された箱(box)状を有する収納部1012が具備されてもよく、これに対して限ることはない。ボトムカバー1011はトップカバーと結合されてもよく、これに対して限ることはない。
【0121】
ボトムカバー1011は金属材質又は樹脂材質で形成されてもよく、プレス成形又は圧出成形などの工程を利用して製造されてもよい。また、ボトムカバー1011は、熱伝導性のよい金属又は非金属材料を含んでもよく、これに対して限ることはない。
【0122】
表示パネル1061は、例えばLCDパネルであり、互いに対向される公明な材質の第1及び第2基板、そして第1及び第2基板の間に介在された液晶層を含む。表示パネル1061の少なくとも一面には偏光板が付着されてもよく、このような偏光板の付着構造で限ることはない。表示パネル1061は、光学シート1051を通過した光によって情報を表示するようになる。このような表示装置1000は、各種携帯端末機、ノートパソコンのモニタ、ラップトップコンピュータのモニタ、テレビジョンなどの適用されてもよい。
光学シート1051は、表示パネル1051と導光板1041との間に配置され、少なくとも一枚の透光性シートを含む。光学シート1051は、例えば拡散シート、水平及び垂直プリズムシート及び輝度強化シートなどのようなシートのうちの少なくとも1つを含んでもよい。拡散シートは入射される光を拡散させ、水平又は/及び垂直プリズムシートは入射される光を表示領域として集光させ、輝度強化シートは損失される光を再使用して輝度を向上させる。また、表示パネル1061の上には保護シートが配置されてもよく、これに対して限ることはない。
【0123】
ここで、発光モジュール1031の光経路上には、光学部剤として導光板1041、光学シート1051のうちの少なくとも1つを含んでもよく、これに対して限ることはない。
【0124】
図21は、本発明の実施例による発光素子の他の例を示す図である。
【0125】
図21を参照すると、表示装置1100は、ボトムカバー1152、前記に開示された発光素子100がアレイされた基板1020、光学部材1154及び表示パネル1155を備えてもよい。
【0126】
基板1020と発光素子100は発光モジュール1060として定義されてもよい。ボトムカバー1152、少なくとも1つの発光モジュール1060、光学部材1154はライトユニットして定義されてもよい。
【0127】
ボトムカバー1152に収納部1153を具備してもよく、これに対して限ることはない。
【0128】
ここで、光学部材1154は、レンズ、導光板、拡散シート、水平及び垂直プリズムシート及び輝度強化シートなどのうちの少なくとも1つを含んでもよい。導光板はPC材質又はPMMA(poly methyl methacrylate)材質で形成されてもよく、このような導光板は除去されてもよい。拡散シートは入射される光を拡散させ、水平又は/及び垂直プリズムシートは入射される光を表示領域として集光させ、輝度強化シートは損失される光を再使用して輝度を向上させる。
【0129】
光学部材1154は発光モジュール1060の上に配置され、発光モジュール1060から放出された光を面光源化するか、拡散、集光などを行うことになる。
【0130】
図22は、一実施例による照明装置の斜視図である。
【0131】
図22を参照すると、一実施例による照明装置1500は、ケース1510と、前記ケース1510に設置された発光モジュール1530と、ケース1510に設置され、外部電源から電源を供給される連結端子1520とを備えてもよい。
【0132】
ケース1510は、放熱特性が良好な材質で形成されてもよく、例えば、金属材質又は樹脂材質で形成されてもよい。
【0133】
発光モジュール1530は、基板1532と、基板1532に提供される実施例による発光素子100とを備えてもよい。発光素子100は、複数個がマトリックス状又は所定間隔に離隔されてアレイされてもよい。
【0134】
基板1532は絶縁体に回路パターンがプリントされたものであってもよく、例えば、一般プリント回路基板、メタルコアPCB、軟性PCB、セラミックPCB、FR−4基板などを含んでもよい。
【0135】
また、基板1532は光を効率的に反射する材質で形成されるか、表面が光が効率的に反射されるカラー、例えば、白色、銀色などのコーティング層で形成されてもよい。
【0136】
基板1532には少なくとも1つの発光素子100が配置されてもよい。発光素子100は、それぞれ少なくとも一つのLEDチップを含んでもよい。LEDチップは、赤色、緑色、青色又は白色の有色の光をそれぞれ発光知る有色発光ダイオード及び紫外線(UV,Ultra Violet)を発光するUV発光ダイオードを含んでもよい。
【0137】
発光モジュール1530は、色感及び輝度を得るために多様な発光素子100の組み合わせを有するように配置されてもよい。例えば、光演色性(CRI)を確保するため、白色発光ダイオード、赤色発光ダイオード及び緑色発光ダイオードを組み合わせて配置してもよい。
【0138】
連結端子1520は、発光モジュール1530と電気的に接続されて電源を供給してもよい。連結端子1520はソケット方式で外部電源に結合されるが、これに対して限ることはない。例えば、連結端子1520はピン(pin)状で形成されて外部電源に挿入されるか、配線によって外部電源に接続されてもよい。
【0139】
本実施例は、発光素子100がパッケージングされた後、基板に搭載されて発光モジュールとして具現されるか、LEDチップの形で搭載されてパッケージングし、発光モジュールとして具現されてもよい。
【0140】
図23は、一実施例による発光素子が適用された照明装置の他の例を示す図である。
【0141】
本実施例による照明装置は、光を投射する光源600と、光源600が内臓されるハウジング400と、光源600の熱を放出する放熱部500と、光源600と放熱部500をハウジング400に結合するホルダー700とを備えてもよい。
【0142】
ハウジング400は、電気ソケットに結合されるソケット結合部410と、ソケット結合部410と連結され、光源600が内蔵される本体部420を含んでもよい。本体部420には、空気流動口430が貫通して形成されてもよい。
【0143】
ハウジング400の本体部420上に複数個の空気流動口430が具備されてもよい。空気流動口430は1つの流動口で形成されるが、複数個の流動口が図示されたように放射状でに置されてもよく、また、他にも多様な配置が可能である。
【0144】
光源600は、回路基板610と回路基板610上に配置された複数個の発光素子パッケージ650とを備えてもよい。ここで、回路基板610は、ハウジング400の開口部に挿入され得る形状であってもよい。また、回路基板610は、放熱部500に熱を伝達するために熱伝導率の高い物質で具現されてもよい。
【0145】
光源の下部600には、ホルダー700配置されてもよい。ホルダー700はフレームと更に他の空気流動口を含んでもよい。また、図示されていないが、光源600の下部には光学部材が具備され、光源600の発光素子パッケージ650で投射される光を拡散、散乱又は修練させてもよい。
【0146】
上述した照明措置は、発光素子パッケージ内の発光構造物の表面に陽刻と陰刻のパターンが形成され、陽刻と陰刻パターン状のマイクロレンズの表面に凹凸が形成され、活性層から放出される光の放出角度を広げ、光が減少(attuation)される量を減らすため光効率が増加される。
【0147】
上述した実施例で説明された特徴、構造、効果などは、本発明の少なくとも1つの実施例に含まれており、必ずしも1つの実施例にのみ限られることはない。更に、それぞれの実施例で例示した特徴、構造、効果などは、実施例の属する分野の通常の知識を有する者によって他の実施例に対しても組み合わせ又は変形されて実施されることができる。従って、このような組み合わせと変形に関する内容は、本発明の範囲に含まれるものとして解釈されるべきである。
【0148】
また、以上で実施例を中心に説明したが、これはただの例示に過ぎないものであって本発明を限るものではなく、本発明の属する分野の通常の知識を有する者であれば、本実施例の本質的な特性を逸脱しない範囲内で以上に例示されていない様々な変形と応用が可能であるということが分かるはずである。例えば、実施例に具体的に示した各構成要素は、変形して実施してもよいものである。そして、このような変形と応用に関する差は、添付した特許請求の範囲で規定する本発明の範囲に含まれるものとして解釈されるべきである。
【符号の説明】
【0149】
10 発光構造物
11 第1導電型半導体層
12 活性層
13 第2導電型半導体層
20 電極
30 電流遮断層
40 オーミック接触層
50 反射電極
60 ボンディング層
70 伝導性支持部材
80 アイソレーション層
90 保護層
【特許請求の範囲】
【請求項1】
第1導電型半導体層、前記第1導電型半導体層の下の活性層、前記活性層の下の第2導電型半導体層を有する発光構造物と、
前記第1導電型半導体層に電気的に接続された第1電極と、
前記第2導電型半導体層に電気的に接続された第2電極と
を備え、
前記第1導電型半導体層の上部表面は連続的な勾配変化を有する曲面を有し、前記第1導電型半導体層の上部表面に凹凸が提供された発光素子。
【請求項2】
前記発光構造物の表面は、互いに異なる方向の曲率を有する複数個の第1面と第2面が互いに交代に配置されている、請求項1に記載の発光素子。
【請求項3】
前記第1面及び前記第2面のうちの少なくとも1つの表面には光抽出パターンが形成されている、請求項2に記載の発光素子。
【請求項4】
前記第1面及び前記第2面は、前記第1導電型半導体層の表面に配置されている、請求項2又は3に記載の発光素子。
【請求項5】
第1面及び前記第2面のうちの少なくとも1つはマイクロレンズタイプである、請求項2乃至4のいずれかに記載の発光素子。
【請求項6】
前記第1面及び前記第2面のうちの少なくとも1つは15乃至25マイクロメートルの幅を有する、請求項2乃至5のいずれかに記載の発光素子。
【請求項7】
前記第1面と前記第2面の幅が同じである、請求項2乃至6のいずれかに記載の発光素子。
【請求項8】
前記第1面と第2面の表面は互いに対称を成す、請求項2乃至7のいずれかに記載の発光素子。
【請求項9】
前記第1面は陰刻形状であり、前記第2面は陽刻形状である、請求項2乃至8のいずれかに記載の発光素子。
【請求項10】
前記第1面と前記第2面の間にフラット(flat)な第3面を更に有する、請求項2乃至9のいずれかに記載の発光素子。
【請求項11】
前記第1導電型半導体層の上部表面は第1方向の断面上部が連続的な勾配変化を有する曲線を有し、第2方向の断面上部が連続的な勾配変化を有する曲線を有する、請求項1に記載の発光素子。
【請求項12】
前記第1導電型半導体層の上部表面は第1方向の断面上部が連続的な勾配変化を有する曲線を有し、第2方向の断面上部が互いに異なる勾配を有する直線を有する、請求項1又は11に記載の発光素子。
【請求項13】
前記第1導電型半導体層の上部表面は、所定形状の反復された曲面を含む請求項1乃至3のいずれかに記載の発光素子。
【請求項14】
前記第2導電型半導体層の下に配置された電流遮断層を更に備える、請求項1に記載の発光素子。
【請求項15】
前記第2導電型半導体層と前記第2電極との間、及び前記電流遮断層と前記第2電極との間に配置されたオーミック接触層を更に備える、請求項14に記載の発光素子。
【請求項16】
前記電流遮断層と前記第1電極は、垂直方向に少なくとも一部領域が重畳された、請求項15に記載の発光素子。
【請求項17】
前記電流遮断層は、絶縁性を有するか前記発光構造物とショットキー接触する、請求項15又は16に記載の発光素子。
【請求項18】
前記凹凸は、高さ又は周期が0.8乃至1.2マイクロメートルである、請求項1に記載の発光素子。
【請求項19】
前記第1電極は、前記第1導電型半導体層に接触された、請求項1に記載の発光素子。
【請求項20】
前記第2電極は、前記第2導電型半導体層に接触された、請求項1に記載の発光素子。
【請求項21】
前記第2導電型半導体層の下に配置された反射電極を更に備える、請求項1に記載の発光素子。
【請求項22】
請求項1乃至21のいずれかに記載の発光素子を備える照明システム。
【請求項1】
第1導電型半導体層、前記第1導電型半導体層の下の活性層、前記活性層の下の第2導電型半導体層を有する発光構造物と、
前記第1導電型半導体層に電気的に接続された第1電極と、
前記第2導電型半導体層に電気的に接続された第2電極と
を備え、
前記第1導電型半導体層の上部表面は連続的な勾配変化を有する曲面を有し、前記第1導電型半導体層の上部表面に凹凸が提供された発光素子。
【請求項2】
前記発光構造物の表面は、互いに異なる方向の曲率を有する複数個の第1面と第2面が互いに交代に配置されている、請求項1に記載の発光素子。
【請求項3】
前記第1面及び前記第2面のうちの少なくとも1つの表面には光抽出パターンが形成されている、請求項2に記載の発光素子。
【請求項4】
前記第1面及び前記第2面は、前記第1導電型半導体層の表面に配置されている、請求項2又は3に記載の発光素子。
【請求項5】
第1面及び前記第2面のうちの少なくとも1つはマイクロレンズタイプである、請求項2乃至4のいずれかに記載の発光素子。
【請求項6】
前記第1面及び前記第2面のうちの少なくとも1つは15乃至25マイクロメートルの幅を有する、請求項2乃至5のいずれかに記載の発光素子。
【請求項7】
前記第1面と前記第2面の幅が同じである、請求項2乃至6のいずれかに記載の発光素子。
【請求項8】
前記第1面と第2面の表面は互いに対称を成す、請求項2乃至7のいずれかに記載の発光素子。
【請求項9】
前記第1面は陰刻形状であり、前記第2面は陽刻形状である、請求項2乃至8のいずれかに記載の発光素子。
【請求項10】
前記第1面と前記第2面の間にフラット(flat)な第3面を更に有する、請求項2乃至9のいずれかに記載の発光素子。
【請求項11】
前記第1導電型半導体層の上部表面は第1方向の断面上部が連続的な勾配変化を有する曲線を有し、第2方向の断面上部が連続的な勾配変化を有する曲線を有する、請求項1に記載の発光素子。
【請求項12】
前記第1導電型半導体層の上部表面は第1方向の断面上部が連続的な勾配変化を有する曲線を有し、第2方向の断面上部が互いに異なる勾配を有する直線を有する、請求項1又は11に記載の発光素子。
【請求項13】
前記第1導電型半導体層の上部表面は、所定形状の反復された曲面を含む請求項1乃至3のいずれかに記載の発光素子。
【請求項14】
前記第2導電型半導体層の下に配置された電流遮断層を更に備える、請求項1に記載の発光素子。
【請求項15】
前記第2導電型半導体層と前記第2電極との間、及び前記電流遮断層と前記第2電極との間に配置されたオーミック接触層を更に備える、請求項14に記載の発光素子。
【請求項16】
前記電流遮断層と前記第1電極は、垂直方向に少なくとも一部領域が重畳された、請求項15に記載の発光素子。
【請求項17】
前記電流遮断層は、絶縁性を有するか前記発光構造物とショットキー接触する、請求項15又は16に記載の発光素子。
【請求項18】
前記凹凸は、高さ又は周期が0.8乃至1.2マイクロメートルである、請求項1に記載の発光素子。
【請求項19】
前記第1電極は、前記第1導電型半導体層に接触された、請求項1に記載の発光素子。
【請求項20】
前記第2電極は、前記第2導電型半導体層に接触された、請求項1に記載の発光素子。
【請求項21】
前記第2導電型半導体層の下に配置された反射電極を更に備える、請求項1に記載の発光素子。
【請求項22】
請求項1乃至21のいずれかに記載の発光素子を備える照明システム。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【公開番号】特開2012−244158(P2012−244158A)
【公開日】平成24年12月10日(2012.12.10)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2012−24435(P2012−24435)
【出願日】平成24年2月7日(2012.2.7)
【出願人】(510039426)エルジー イノテック カンパニー リミテッド (279)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成24年12月10日(2012.12.10)
【国際特許分類】
【出願日】平成24年2月7日(2012.2.7)
【出願人】(510039426)エルジー イノテック カンパニー リミテッド (279)
【Fターム(参考)】
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