発光素子
【課題】フリップチップタイプの発光素子の発光効率を向上させながら、発光素子パッケージに実装したときの安定性及び信頼性が確保される発光素子を提供すること。
【解決手段】支持部材と、支持部材上に配置された第1の半導体層、第2の半導体層、及び第1の半導体層と第2の半導体層との間に介在する活性層を有する発光構造物と、第1の半導体層の第1の領域が露出し、第1の領域の第1の半導体層上に配置された第1の電極と、第2の半導体層上に配置された第2の電極と、少なくとも第1の電極と発光構造物との間に配置された絶縁層とを備え、第1の半導体層と第2の半導体層は互いに異なる導電性半導体層であって、活性層は、少なくとも一対の井戸層及び障壁層を有し、井戸層は障壁層より小さいバンドギャップを有し、第1の電極は、上面の面積が第2の半導体層の面積に対比して40%〜99%の面積を有する発光素子を構成する。
【解決手段】支持部材と、支持部材上に配置された第1の半導体層、第2の半導体層、及び第1の半導体層と第2の半導体層との間に介在する活性層を有する発光構造物と、第1の半導体層の第1の領域が露出し、第1の領域の第1の半導体層上に配置された第1の電極と、第2の半導体層上に配置された第2の電極と、少なくとも第1の電極と発光構造物との間に配置された絶縁層とを備え、第1の半導体層と第2の半導体層は互いに異なる導電性半導体層であって、活性層は、少なくとも一対の井戸層及び障壁層を有し、井戸層は障壁層より小さいバンドギャップを有し、第1の電極は、上面の面積が第2の半導体層の面積に対比して40%〜99%の面積を有する発光素子を構成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明の実施例は、フリップチップタイプの発光素子の発光効率を向上させながら、発光素子パッケージに実装したときの安定性及び信頼性が確保される発光素子に関する。
【背景技術】
【0002】
発光素子の代表的な例として、LED(Light Emitting Diode;発光ダイオード)は、化合物半導体の特性を用いて電気信号を赤外線、可視光線又は光の形態に変換させる素子であって、家庭用家電製品、リモートコントローラー、電光板、表示器、各種自動化機器などに使用されており、LEDの使用領域は漸次広くなりつつある。
【0003】
通常、小型化されたLEDは、PCB(Printed Circuit Board)基板に直接装着するために表面実装素子型に作製されており、これによって、表示素子として使用されているLEDランプも表面実装素子型に開発されている。このような表面実装素子は、既存の単純な点灯ランプに取って代わるものであって、これは、多様なカラーを出す点灯表示器、文字表示器及び映像表示器などに使用される。
【0004】
このようにLEDの使用領域が広くなるとともに、生活に使用される電灯、救助信号用電灯などに要求される輝度が高くなるので、LEDの発光輝度を増加させることが重要である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
本発明の実施例は、フリップチップタイプの発光素子の発光効率を向上させながら、発光素子パッケージに実装したときの安定性及び信頼性が確保される発光素子を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明の一実施例に係る発光素子は、支持部材と、前記支持部材上に配置された第1の半導体層、第2の半導体層、及び前記第1の半導体層と前記第2の半導体層との間に介在した活性層を有する発光構造物と、前記第1の半導体層の第1の領域が露出し、前記第1の領域の第1の半導体層上に配置された第1の電極と、前記第2の半導体層上に配置された第2の電極と、少なくとも前記第1の電極と前記発光構造物との間に配置された絶縁層とを備え、前記第1の半導体層と前記第2の半導体層は互いに異なる導電性半導体層であって、前記活性層は少なくとも一対の井戸層及び障壁層を有し、前記井戸層は前記障壁層より小さいバンドギャップを有し、前記第1の電極は、上面の面積が前記第2の半導体層の面積に対比して40%〜99%であり得る。
【発明の効果】
【0007】
本発明の実施例は、フリップチップタイプの発光素子の発光効率を向上させながら、発光素子パッケージに実装したときの安定性及び信頼性が確保される発光素子に関する。
【0008】
発光素子をフリップチップタイプで実装するときに別途のバンプを必要としないので、これによって費用及び生産時間が減少することができる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図1】本発明の一実施例に係る発光素子を示した平面図である。
【図2】図1に示した発光素子のA―A'線断面図である。
【図3】他の実施例に係る発光素子を示した断面図である。
【図4】従来の発光素子がパッケージ基板にフリップチップボンディングされた形態を示した図である。
【図5】本発明の一実施例に係る発光素子がパッケージ基板にフリップチップボンディングされた形態を示した図である。
【図6】更に他の実施例に係る発光素子を示した断面図である。
【図7】更に他の実施例に係る発光素子を示した断面図である。
【図8】更に他の実施例に係る発光素子を示した断面図である。
【図9】更に他の実施例に係る発光素子を示した断面図である。
【図10】更に他の実施例に係る発光素子を示した断面図である。
【図11】本発明の一実施例に係る発光素子がパッケージ基板にフリップチップボンディングされた形態での光の放出を説明する図である。
【図12】更に他の実施例に係る発光素子を示した底面図である。
【図13】図12の発光素子の断面図である。
【図14】更に他の実施例に係る発光素子を示した断面図である。
【図15】更に他の実施例に係る発光素子を示した断面図である。
【図16】更に他の実施例に係る発光素子を示した断面図である。
【図17】更に他の実施例に係る発光素子を示した断面図である。
【図18】更に他の実施例に係る発光素子を示した断面図である。
【図19】更に他の実施例に係る発光素子を示した断面図である。
【図20】更に他の実施例に係る発光素子を示した断面図である。
【図21】更に他の実施例に係る発光素子を示した断面図である。
【図22】本発明の一実施例に係る発光素子を備える発光素子パッケージの断面図である。
【図23】本発明の一実施例に係る発光素子パッケージを備える照明装置を示した斜視図である。
【図24】図23に示した照明装置のC―C'線断面図である。
【図25】本発明の一実施例に係る発光素子を含む液晶表示装置の分解斜視図である。
【図26】本発明の一実施例に係る発光素子を含む液晶表示装置の分解斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【0010】
本発明の実施例の利点、特徴及びそれらを達成する方法は、添付の図面と共に詳細に説明する各実施例を参照すれば明確になるだろう。しかし、実施例は、以下で開示する各実施例に限定されるものではなく、互いに異なる多様な形態で具現することができる。ただし、本発明の実施例は、発明の開示を完全にし、発明の属する技術分野で通常の知識を有する者に発明の範疇を完全に知らせるために提供されるものであって、実施例は、請求項の範疇によって定義されるものに過ぎない。明細書全体にわたって同一の参照符号は同一の構成要素を称する。
【0011】
空間的に相対的な用語である「下(below)」、「下(beneath)」、「下部(lower)」、「上(above)」、「上部(upper)」などは、図面に示したように、一つの素子又は構成要素と他の素子又は構成要素との相関関係を容易に記述するために使用することができる。空間的に相対的な用語は、図面に示している方向に加えて、使用時又は動作時における素子の互いに異なる方向を含む用語と理解しなければならない。例えば、図面に示している素子を裏返す場合、他の素子の「下(below)」又は「下(beneath)」と記述された素子は他の素子の「上(above)」に置くことができる。したがって、例示的な用語である「下」は、下と上の両方向を含むことができる。素子は、他の方向にも配向可能であり、これによって、空間的に相対的な各用語は配向によって解釈することができる。
【0012】
本明細書で使用された用語は、各実施例を説明するためのものであって、実施例を制限するためのものではない。本明細書において、単数型は、文句で特別に言及しない限り複数型も含む。明細書で使用される「含む」、「備える」(comprise)において、言及された構成要素、段階、動作及び/又は素子は、一つ以上の他の構成要素、段階、動作及び/又は素子の存在又は追加を排除しない。
【0013】
他の定義がない場合、本明細書で使用される全ての用語(技術及び科学的用語を含む。)は、発明の属する技術分野で通常の知識を有する者に共通的に理解され得る意味として使用可能であろう。また、一般的に使用される事前に定義されている各用語は、明らかに特別に定義されていない限り、理想的に又は過度に解釈しない。
【0014】
図面において、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したり、省略したり、又は概略的に図示した。また、各構成要素の大きさと面積は、実際の大きさや面積を全的に反映するものではない。
【0015】
また、本発明の実施例で発光素子の構造を説明する過程で言及する角度と方向は、図面に記載したものを基準とする。明細書の発光素子をなす構造についての説明において、角度に対する基準点と位置関係を明確に言及していない場合、関連した図面を参照することにする。
【0016】
図1は、本発明の一実施例に係る発光素子を示した平面図で、図2は、図1に示した発光素子のA―A'線断面図である。
【0017】
図1及び図2を参照すると、発光素子100は、支持部材110と、支持部材110上に配置された発光構造物とを備え、発光構造物は、第1の半導体層120、第2の半導体層140、及び第1の半導体層120と第2の半導体層140との間に介在する活性層130を有することができる。
【0018】
支持部材110は、光透過的性質を有する材質、例えば、サファイア(Al2O3)、GaN、ZnO、AlOのうちいずれか一つを含んで形成できるが、これに限定されることはない。また、サファイア(Al2O3)支持部材に比べて熱伝導性の大きいSiC支持部材であってもよい。ただし、支持部材110の屈折率は、光抽出効率のために第1の半導体層120の屈折率より小さいことが望ましい。
【0019】
一方、支持部材110の下部には、光抽出効率を向上させる表面凹凸パターン112を形成することができる。
【0020】
表面凹凸パターン112は、発光構造物が形成される面の反対面に形成されるが、その形成方法としては、エッチング方法、望ましくは、乾式エッチング、湿式エッチングなどの方法を使用できるが、これに限定されることはない。すなわち、表面凹凸構造は、発光される光の全反射を防止し、光抽出効率を増加させる。
【0021】
一方、支持部材110上には、支持部材110と第1の半導体層120との間の格子不整合を緩和し、半導体層を容易に成長させるためのバッファー層(図示せず)を位置させることができる。バッファー層(図示せず)は、低温雰囲気で形成することができ、半導体層と支持部材との格子定数の差を緩和できる物質、例えば、GaN、InN、AlN、AlInN、InGaN、AlGaN、及びInAlGaNなどの材質から選択された物資からなり得るが、これに限定されることはない。
【0022】
バッファー層(図示せず)上には、第1の半導体層120、活性層130及び第2の半導体層140を含む発光構造物を形成することができる。
【0023】
バッファー層(図示せず)上には第1の半導体層120を位置させることができる。第1の半導体層120は、n型半導体層に具現することができ、活性層130に電子を提供することができる。第1の半導体層120は、例えば、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、GaN、AlN、AlGaN、InGaN、InN、InAlGaN、AlInNなどから選択された半導体材料で形成することができ、第1の半導体層120にはSi、Ge、Snなどのn型ドーパントをドーピングすることができる。
【0024】
また、第1の半導体層120の下には非ドープの半導体層(図示せず)をさらに含むことができるが、これに限定されることはない。非ドープの半導体層は、第1の半導体層120の結晶性向上のために形成される層であって、これにはn型ドーパントがドーピングされないので、第1の半導体層120に比べて低い電気伝導性を有することを除いては、第1の半導体層120と同一であり得る。
【0025】
前記第1の半導体層120上には活性層130を形成することができる。活性層130は、3族―5族元素の化合物半導体材料を用いて単一又は多重量子井戸構造、量子線(Quantum―Wire)構造、又は量子点(Quantum Dot)構造などで形成することができる。
【0026】
活性層130が量子井戸構造で形成された場合、活性層130は、例えば、InxAlyGa1−x−yN(0≦x≦1、0≦y≦1、0≦x+y≦1)の組成式を有する井戸層と、InaAlbGa1−a−bN(0≦a≦1、0≦b≦1、0≦a+b≦1)の組成式を有する障壁層とを含む単一又は多重量子井戸構造を有することができる。井戸層は、障壁層のバンドギャップより小さいバンドギャップを有する物質で形成することができる。
【0027】
活性層130の上又は/及び下には導電性クラッド層(図示せず)を形成することができる。導電性クラッド層(図示せず)は、AlGaN系半導体で形成することができ、前記活性層130のバンドギャップより大きいバンドギャップを有することができる。
【0028】
第2の半導体層140は、活性層130に正孔を注入するようにp型半導体層に具現することができる。第2の半導体層140は、例えば、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、GaN、AlN、AlGaN、InGaN、InN、InAlGaN、AlInNなどから選択された半導体材料で形成することができ、第2の半導体層140にはMg、Zn、Ca、Sr、Baなどのp型ドーパントをドーピングすることができる。
【0029】
一方、活性層130と第2の半導体層140との間に中問層(図示せず)を形成することができ、中問層は、高電流の印加時、第1の半導体層120から活性層130に注入される電子が活性層130で再結合されずに第2の半導体層140に流れる現象を防止する電子遮断層であり得る。中問層は、活性層130より相対的に大きいバンドギャップを有することによって、第1の半導体層120から注入された電子が活性層130で再結合されずに第2の半導体層140に注入される現象を防止することができる。これによって、活性層130での電子と正孔の再結合確率を高め、漏れ電流を防止することができる。
【0030】
一方、上述した中問層は、活性層130に含まれた障壁層のバンドギャップより大きいバンドギャップを有することができ、p型AlGaNなどのAlを含む半導体層で形成できるが、これに限定されることはない。
【0031】
上述した第1の半導体層120、活性層130及び第2の半導体層140は、例えば、有機金属化学蒸着法(MOCVD;Metal Organic Chemical Vapor Deposition)、化学蒸着法(CVD;Chemical Vapor Deposition)、プラズマ化学蒸着法(PECVD;Plasma―Enhanced Chemical Vapor Deposition)、分子線成長法(MBE;Molecular Beam Epitaxy)、水素化物気相成長法(HVPE;Hydride Vapor Phase Epitaxy)、スパッタリングなどの方法を用いて形成できるが、これに限定されることはない。
【0032】
また、第1の半導体層120及び第2の半導体層140内の導電型ドーパントのドーピング濃度は、均一又は不均一にすることができる。すなわち、複数の半導体層は、多様なドーピング濃度分布を有するように形成できるが、これに限定されることはない。
【0033】
また、第1の半導体層120をp型半導体層に具現し、第2の半導体層140をn型半導体層に具現することができ、第2の半導体層140上にはn型又はp型半導体層を含む第3の半導体層(図示せず)を形成することもできる。これによって、発光素子100は、np、pn、npn、pnp接合構造のうち少なくともいずれか一つを有することができる。
【0034】
また、第2の半導体層140上には透光性電極層150を配置することができ、このとき、第2の電極180は、前記第2の半導体層140と連結したり、透光性電極層150と連結して形成できるが、これに限定されることはない。
【0035】
透光性電極層150は、ITO、IZO(In―ZnO)、GZO(Ga―ZnO)、AZO(Al―ZnO)、AGZO(Al―Ga ZnO)、IGZO(In―Ga ZnO)、IrOx、RuOx、RuOx/ITO、Ni/IrOx/Au及びNi/IrOx/Au/ITOのうち少なくとも一つを含んで形成することができ、第2の半導体層140の外側一面の全体に形成することによって、電流集中現象を防止することができる。
【0036】
また、発光素子100は、第1の半導体層120の上面一部が第1の領域Bを有して露出し、第1の領域Bの第1の半導体層120上に配置される第1の電極170と、第2の半導体層140上に配置される第2の電極180とを含むことができる。そして、少なくとも発光構造物と第1の電極170との間には絶縁層168を配置することができる。第1の半導体層120の上面一部は第1の領域Bを有して露出し、第1の電極170は、第1の領域Bの第1の半導体層120上に配置することができる。再び説明すると、少なくとも第2の半導体層140と活性層130の一部が除去され、第1の半導体層120が第1の領域Bを有して露出し、その上に第1の電極170を配置する。
【0037】
第1の電極170は、第2の半導体層140の側面及び活性層130の側面と第1の距離だけ離隔するように配置することができる。また、第1の電極170の上面と下面の面積は異なることもある。
【0038】
そして、第1の電極170は、上側から眺めた上面の面積が第2の半導体層140の面積に対比して40%〜99%の面積を有することができる。ここで、面積とは、発光素子100を上側から眺めるときに見える面を基準とする。これは、以下でも同様である。第1の電極170の面積が第2の半導体層140の面積に対比して40%より小さいと、発光素子100がフリップチップタイプで発光素子パッケージに実装される場合に電極の面積が小さいのでバンプが必要であり、固定力が弱いので発光素子パッケージの信頼性及び安定性において問題がある。また、第1の電極170の面積が第2の半導体層140の面積に対比して99%より大きいと、第1の電極170を配置するために発光素子100の第2の半導体層140及び活性層130を非常に多く除去するので、発光効率が低下するという問題がある。したがって、上述したように第1の電極170が形成されると、適正な光効率を有するとともに、フリップチップタイプで実装するときの安定性を有するという効果がある。
【0039】
一方、第1の電極170及び第2の電極180は、伝導性物質、例えば、In、Co、Si、Ge、Au、Pd、Pt、Ru、Re、Mg、Zn、Hf、Ta、Rh、Ir、W、Ti、Ag、Cr、Mo、Nb、Al、Ni、Cu、及びWTiから選択された金属又はこれらの合金を含むことができ、単層又は多層に形成できるが、これに限定されることはない。
【0040】
第1の距離は、ショートを防止するとともに、絶縁層が挿入され得る適当な距離であり得るが、これに限定されることはない。
【0041】
第1の領域Bの面積は、第2の半導体層140の面積に対比して41%〜100%であり得る。再び説明すると、上側から眺めたことを基準として、第1の領域Bは、第1の電極170を内部に配置できるように第1の電極170より大きい面積を有することができるが、これに限定されることはない。
【0042】
第2の電極180は、第2の半導体層140に対比して非常に大きい面積を有すると、発光素子の光抽出効率が低下し、第2の半導体層140に対比して非常に小さい面積を有すると、発光素子100を発光素子パッケージにフリップチップタイプで実装するときに信頼性の問題が生じるので、第2の半導体層140の面積に対比して40%〜99%の面積を有することができるが、これに限定されることはない。
【0043】
第1の電極170又は第2の電極180は、上側から眺めた形状が四角形、多角形又は円形であり得るが、これに限定されることはない。
【0044】
このとき、第1の領域Bは、上側から眺めた形状が四角形、多角形又は円形であり得るが、これに限定されることはない。
【0045】
第1の領域Bと第1の電極170は、上側から眺めた形状が同一であることが望ましいが、互いに異なる形状を有することもある。
【0046】
第1の電極170と第2の電極180の上面は同一線上に位置することができる。このような構成は、発光素子100をフリップチップタイプで発光素子パッケージに実装するときにバンプを必要としないので、バンプの費用が節減され、各電極の高さが同一であるので、実装の信頼性を向上させることができる。
【0047】
少なくとも発光構造物と第1の電極170との間には絶縁層168を配置できるが、絶縁層168は、少なくとも第1の電極170と第2の半導体層140及び活性層130の側面との間に配置することができる。これは、第1の電極170と第2の半導体層140の電気的ショートを防止するためである。そして、絶縁層168は、非伝導性の有機物質又は無機物質を含み、例えば、ウレタン、ポリエステル又はアクリルで形成することができ、単層及び多層構造にも形成することができる。ただし、これに限定されないことは当然である。
【0048】
また、ショートをより一層防止するために、絶縁層168は、第1の電極170と第2の半導体層140及び活性層130の側面との間から第1の電極170及び第2の電極180の上面と同一線上にまで配置することができる。
【0049】
絶縁層168によって発光素子100のショートを防止し、フリップチップタイプで実装するときの信頼性も向上させることができる。すなわち、実施例によると、従来のフリップチップタイプの発光素子を実装するとき、電極の高さ差を調整するために使用するバンプを省略できるので、実装時における作業の便宜性が向上し、作業時間を短縮させることができる。
【0050】
図3は、他の実施例に係る発光素子を示した断面図である。
【0051】
図3を参照すると、実施例の発光素子200は、支持部材210と、支持部材210上に配置された発光構造物とを備え、発光構造物は、第1の半導体層220、第2の半導体層240、及び第1の半導体層220と第2の半導体層240との間に介在する活性層230を有することができる。以下では、図1及び図2を参照して説明した構成要素と同一の構成要素についての説明は省略する。
【0052】
また、第2の半導体層240上には透光性電極層250を配置することができ、このとき、第2の電極280は、前記第2の半導体層240と連結したり、透光性電極層250と連結して形成できるが、これに限定されることはない。
【0053】
また、発光素子200は、第1の半導体層220の上面一部が第1の領域Bを有して露出し、第1の領域Bの第1の半導体層220上に配置される第1の電極270と、第2の半導体層240上に配置される第2の電極280とを含むことができる。
【0054】
第1の電極270は、第2の半導体層240の側面及び活性層230の側面と第1の距離だけ離隔するように配置することができる。
【0055】
ここで、第1の電極270は、第1の半導体層220上に連結された下部電極272と、下部電極272の一端に連結されて第1の電極270の上面を構成する上部電極274とを有することができる。
【0056】
下部電極272は、少なくとも第2の半導体層240の高さにまで配置することができる。下部電極272の材質としては、上述した第2の電極280と同一の材質を使用することができる。
【0057】
上部電極274は、下部電極272の一端に連結されて発光構造物の内側に突出し、第2の半導体層240と一部の領域が垂直的に重畳し、第2の半導体層240の上面と離隔するように配置することができる。再び説明すると、第1の電極270は断面「L」字状を有することができる。すなわち、上部電極274の上面は、発光素子パッケージなどに実装するときの実装面になり、下部電極272は、第1の半導体層220と上部電極274を連結する役割をする。
【0058】
このとき、下部電極272の面積が上部電極274の面積に対比して10%より小さいと、第1の半導体層220への電気供給に問題が生じ、下部電極272の面積が上部電極274の面積に対比して50%より大きいと、下部電極272に対応して第1の領域Bをエッチングするので、発光素子の発光効率が低下するという問題がある。したがって、下部電極272は、上側から眺めた面積が上部電極274の面積に対比して10%〜50%であり得る。
【0059】
ここで、第1の電極270を上側から眺めた上面の面積は、上側から眺めた上部電極274の面積を意味する。第1の電極270を上側から眺めた上面の面積は、第2の半導体層240の面積に対比して40%〜99%であり得る。
【0060】
このように、下部電極272の面積を上部電極274より小さく構成し、上部電極274の面積を広く形成することによって、発光素子200の第2の半導体層240及び活性層230の除去領域が少なくなり、これによって発光効率の減少を最小化することができ、フリップチップタイプで実装するときの安定性を有するという効果がある。
【0061】
図4は、従来の発光素子がパッケージ基板にフリップチップボンディングされた形態を示した図で、図5は、実施例に係る発光素子がパッケージ基板にフリップチップボンディングされた形態を示した図である。
【0062】
図4は、従来のパッケージ基板1390上にフリップチップボンディングされた発光素子1000を示している。一方、パッケージ基板1390上には導体パターン1392、1394が形成され、導体パターン1392、1394は、ソルダー1396、1398を通してフリップチップ型発光素子の第2の電極パッド1182及び第1の電極パッド1172と電気的に接続される。
【0063】
このように、従来の発光素子1000は、パッケージ基板1390に実装するとき、第2の電極パッド1182と第1の電極パッド1172の高さ差によってバンプが必要となるので費用が上昇し、実装の安定性に劣るという問題を有する。
【0064】
図5は、パッケージ基板190上にフリップチップボンディングされた発光素子100を示している。一方、パッケージ基板190上には導体パターン192、194が形成され、導体パターン192、194は、フリップチップタイプで第2の電極180と第1の電極170に電気的に接続される。
【0065】
このように、広い面積の電極を使用すると、実装の安定性を高めると同時に、電極の面積が広いことから電極の垂直高さを容易に増加させるので、別途のバンプを必要としなくなるという利点がある。
【0066】
フリップチップ型発光素子の場合、発光素子の輝度が増加するほど放熱が最も大きな問題となるが、放熱が効率的であるので高輝度の発光素子に適している。
【0067】
図6は、更に他の実施例に係る発光素子を示した断面図である。
【0068】
図6を参照すると、本実施例の発光素子100は、図2の発光素子に比べて絶縁層168がないという点で差を有し、第2の電極180が透光性電極層150を貫通して第2の半導体層140と連結されるという点で差を有する。第1の電極170と発光構造物との間の空の空間によって発光素子100のショートを防止することができる。
【0069】
第2の電極180は、第2の半導体層140と電気的に連結することができる。例えば、図6に示したように、第2の電極180は、透光性電極層150を貫通して第2の半導体層140に連結することもでき、透光性電極層150上に配置することもできるが、これに限定されることはない。
【0070】
図7は、更に他の実施例に係る発光素子を示した断面図である。
【0071】
図7を参照すると、実施例の発光素子100は、図2の発光素子に比べて第1の電極170及び第2の電極180の形状及び高さにおいて差を有する。
【0072】
第1の電極170及び第2の電極180の上面は、絶縁層168の上面より高く配置され、絶縁層168上にスペーサー199を有することができる。
【0073】
第1の電極170及び第2の電極180は、絶縁層168の上面のうち一部の領域に配置することができる。
【0074】
スペーサー199は、空の空間であって、第1の電極170及び第2の電極180の大きさ及び高さによってその形状と大きさを調節することができる。スペーサー199の形状及び大きさには制限がなく、発光素子100がペーストやソルダーによって接着されるときのソルダーなどのオーバーフローイングを防止することができる。
【0075】
図8は、更に他の実施例に係る発光素子を示した断面図である。
【0076】
図8を参照すると、本実施例の発光素子200は、図3の発光素子に比べて絶縁層268を含むという点で差を有する。
【0077】
絶縁層268は、少なくとも下部電極272と第2の半導体層240及び活性層230の側面との間から上部電極274と第2の半導体層240との間にまで配置することができる。そして、絶縁層268は、非伝導性の有機物質又は無機物質を含み、例えば、ウレタン、ポリエステル又はアクリルで形成することができ、単層及び多層構造でも形成できるが、これに限定されないことは当然である。
【0078】
また、絶縁層268は、ショートをより一層防止するために、第1の電極270及び第2の電極280の上面と同一線上にまで延長させることができる。
【0079】
絶縁層268によって発光素子200のショートを防止し、フリップチップタイプで実装するときの信頼性も向上させることができる。
【0080】
図9は、更に他の実施例に係る発光素子を示した断面図である。
【0081】
図9を参照すると、本実施例の発光素子100は、図6の実施例に比べて反射層160をさらに含むという点、及び第2の電極180の構造において差を有する。
【0082】
反射層160は、透光性電極層150と第2の電極180との間に配置され、このとき、第2の電極180は、反射層160の開口部を通して透光性電極層150と連結することができる。すなわち、第2の半導体層140上に透光性電極層150が配置され、透光性電極層150上に反射層160が配置され、反射層160上に第2の電極180が配置され、第2の電極180と透光性電極層150が電気的に連結される。ただし、これに限定されることはなく、多様な方法で第2の電極180と透光性電極層150を連結することができる。
【0083】
このように反射層160を使用することによって、本実施例の発光素子100がフリップチップ型で使用される場合、反射層160の大きな反射度によって発光効率を向上できると同時に、電極の面積拡大によって実装の安定性及び信頼性を確保することができる。
【0084】
反射層160は、第1の屈折率を有する第1の層162と、第1の屈折率と異なる第2の屈折率を有する第2の層164とを含んで形成することができる。すなわち、反射層160は、屈折率が互いに異なる各層162、164が交互に繰り返して積層された構造をなすことができる。一例として、第1の層162は低屈折率層で、第2の層164は高屈折率層であり得るが、これに限定されることはない。
【0085】
一方、λが活性層130から発生した光の波長で、nが媒質の屈折率で、mが奇数であるとしたとき、反射層160は、mλ/4nの厚さを有して低屈折率を有する第1の層162と高屈折率を有する第2の層164を交互に繰り返して積層し、特定波長帯λの光で95%以上の反射率を得られる半導体積層構造からなる。
【0086】
したがって、低屈折率を有する第1の層162と高屈折率を有する第2の層164は、基準波長のλ/4倍の厚さを有することができ、このとき、各層162、164の厚さは2Å〜10μmであり得る。
【0087】
また、反射層160を形成する各層162、164は、MxOy又はMxOyNz(M:Metal or Ceramics、O:Oxide、N:Nitride、X、Y、Z:定数)で構成することができる。
【0088】
一例として、低屈折率を有する第1の層162には屈折率1.4のSiO2又は屈折率1.6のAl2O3を用いることができ、高屈折率を有する第2の層164には屈折率2以上のTiO2などを用いることができるが、これに限定されることはない。
【0089】
一方、低屈折率を有する第1の層162と高屈折率を有する第2の層164との間の媒質の屈折率を大きくすると、反射率をより大きくすることができる。
【0090】
このような反射層160によると、発振波長よりバンドギャップエネルギーが大きいので、光の吸収がよく行われず、光の反射度が大きい。
【0091】
そして、反射層160は、第2の半導体層140の上面から第2の半導体層140の側面及び活性層130の側面に沿って第1の半導体層120の上面にまで配置することができる。したがって、光抽出効率を極大化することができる。
【0092】
図10は、更に他の実施例に係る発光素子を示した断面図である。
【0093】
図10を参照すると、本実施例の発光素子200は、図8の実施例に比べて反射層260をさらに含むという点、及び第2の電極280の構造において差を有する。
【0094】
反射層260は、透光性電極層250と第2の電極280との間に配置され、このとき、第2の電極280は、反射層260の開口部を通して透光性電極層250と連結することができる。すなわち、第2の半導体層240上に透光性電極層250が配置され、透光性電極層250上に反射層260が配置され、反射層260上に第2の電極280が配置され、第2の電極280と透光性電極層250が電気的に連結される。ただし、これに限定されることはなく、多様な方法で第2の電極280と透光性電極層250を連結することができる。
【0095】
このように反射層260を使用することによって、実施例の発光素子200がフリップチップ型で使用される場合、反射層260の大きな反射度によって発光効率を向上できると同時に、電極の面積拡大によって実装の安定性及び信頼性を確保することができる。
【0096】
反射層260の構成又は材質などは、上述した通りである。
【0097】
図11は、半発明の一実施例に係る発光素子がパッケージ基板にフリップチップボンディングされた形態での光の放出を説明する図である。
【0098】
以下では、図11を参照して、本実施例に係る発光素子がフリップチップボンディングされ、反射層160によって光抽出効率が向上する原理を詳細に説明する。
【0099】
図11は、パッケージ基板190上にフリップチップボンディングされた発光素子100を示している。一方、パッケージ基板190上には導体パターン192、194が形成され、導体パターン192、194は第2の電極180と第1の電極170と電気的に接続される。
【0100】
フリップチップ型発光素子の場合、発光素子の輝度が増加するほど放熱が最も大きな問題となるが、放熱が効率的であるので高輝度の発光素子に適している。
【0101】
このように形成された反射層160は、透光性電極層150又は第1の半導体層120を保護する保護層としての役割をするとともに、光吸収を防止し、支持部材110側に光を放出させることによって、発光素子の光抽出効率を向上させることができる。
【0102】
すなわち、図11に示したように、活性層130から発生した光は、反射層160によって反射されて全体的に支持部材110側に進行するようになり、フリップチップタイプの発光素子の発光効率を向上させることができる。
【0103】
そして、このような構造によると、電極を広く形成できるので、実装の安定性及び信頼性を有し、発光効率も向上させるという効果を有することができる。
【0104】
図12は、更に他の実施例に係る発光素子を示した底面図で、図13は、図12の発光素子の断面図である。
【0105】
図12及び図13を参照すると、本発明の一実施例の発光素子300は、図8の実施例に比べて、支持部材310がキャビティCを含み、キャビティCが蛍光体316を有する封止材314を含むという点で差を有する。
【0106】
ここで、キャビティCは、内部に一定の空間を有する形態を全て含み、例えば、上側から眺めた形状が四角形、多角形又は円形であり得る。キャビティCの断面形状はカップ状、凹状の容器状などにすることができ、キャビティCの内側面は、下部に対して垂直な側面であるか、傾斜した側面であり得る。
【0107】
また、キャビティCの前面形状は、円形、四角形、多角形、楕円形などの形状であり得るが、これに限定されることはなく、自由な形状を有することができる。
【0108】
一方、キャビティCの深さhが非常に深い場合は、支持部材310の剛性を低下させるおそれがあり、キャビティCの深さhが非常に浅い場合は、活性層330から発生した光を白色光に励起するための十分な空間が確保されないので、キャビティCの深さhは、支持部材310の厚さに対比して0.3倍〜0.7倍であり得るが、これに限定されることはない。
【0109】
キャビティCの長さL1(図面のY軸)が非常に長い場合は、支持部材310の剛性を低下させるおそれがあり、キャビティCの長さL1が非常に短い場合は、活性層330から発生した光を白色光に励起するための十分な空間が確保されず、キャビティCのない場所に光が進行し、演色性が低下するので、キャビティCの長さL1は、支持部材310の長さに対比して0.8倍〜0.95倍であり得るが、これに限定されることはない。
【0110】
キャビティCの幅L2(図面のX軸)が非常に長い場合は、支持部材310の剛性を低下させるおそれがあり、キャビティCの幅L2が非常に短い場合は、活性層330から発生した光を白色光に励起するための十分な空間が確保されず、キャビティCのない場所に光が進行し、演色性が低下するので、キャビティCの幅L2は、支持部材310の長さに対比して0.8倍〜0.95倍であり得るが、これに限定されることはない。
【0111】
キャビティCは、支持部材310の下側に開放されて封止材314を有することができる。すなわち、キャビティCは、封止材314によって充填されて密封され得る。
【0112】
発光素子300の長さが発光素子300の厚さに対比して非常に長い場合は、製造工程上に問題があり、発光素子300の長さが発光素子300の厚さに対比して非常に短い場合は、側面に向かう光が多くなり、支持部材310の蛍光体316によって励起されない光が増加するので、発光素子300の長さは、発光素子300の厚さに対比して6倍〜12倍であり得るが、これに限定されることはない。
【0113】
ここで、封止材314は、シリコン又はエポキシなどの透光性樹脂材料で形成することができ、前記材料をキャビティC内に充填した後、これを紫外線又は熱硬化する方式で形成できるが、これに限定されることはない。
【0114】
一方、封止材314は蛍光体316を含むことができる。ここで、蛍光体316は、活性層330から放出される光の波長によってその種類が選択され、発光素子300が白色光を具現できるようにする。したがって、蛍光体316は、例えば、赤色、青色、黄色蛍光体のうち少なくともいずれか一つを含むことができ、多くの種類の蛍光体を使用できるが、これに限定されることはない。
【0115】
すなわち、蛍光体316は、活性層330から放出される第1の光を有する光によって励起されて第2の光を生成できるが、例えば、活性層330から発生する光が青色で、蛍光体が黄色蛍光体である場合、黄色蛍光体は、青色光によって励起されて白色光を放出することができる。
【0116】
これと同様に、活性層330から発生する光が緑色である場合としては、マゼンタ蛍光体又は青色と赤色の蛍光体を混用する場合を例に挙げることができ、活性層330から発生する光が赤色である場合としては、シアン蛍光体又は青色と緑色の蛍光体を混用する場合を例に挙げることができる。
【0117】
このような蛍光体316は、YAG系、TAG系、硫化物系、シリケート系、アルミネート系、窒化物系、カーバイド系、ニトリドシリケート系、ホウ酸塩系、フッ化物系、リン酸塩系などの公知の蛍光体であり得る。
【0118】
フリップチップ型発光素子の場合、発光素子の輝度が増加するほど放熱が最も大きな問題となる。このように、支持部材310に蛍光体316を含むキャビティCが形成される場合、発光素子パッケージ工程で封止材及び蛍光体を省略することができ、工程が短縮され、放熱に有利であるという利点を有する。また、封止材314は、支持部材310のキャビティCに充填するので、その量調節が容易であり、支持部材310との接着性が向上し得る。
【0119】
また、封止材314は、活性層330から放出される光を拡散させる光拡散材をさらに含むことができる。ここで、光拡散材は、白色金属酸化物である、二酸化チタン(TiO2)、酸化バリウム(BaO)、二酸化ケイ素(SiO2)、酸化マグネシウム(MgO)及びY2O3のうちいずれか一つであるか、又は二酸化チタン(TiO2)、酸化バリウム(BaO)、二酸化ケイ素(SiO2)、酸化マグネシウム(MgO)及びY2O3のうち少なくとも2以上を混合して形成することができる。光拡散材を使用すると、発光素子から発生する光の乱反射を誘導することができる。
【0120】
図14は、更に他の実施例に係る発光素子を示した断面図である。
【0121】
図14を参照すると、本実施例の発光素子300は、図13の実施例に比べて、支持部材310に複数のキャビティCが形成されるという点で差を有する。以下では、前記の説明した構成要素と同一の構成要素についての説明は省略する。
【0122】
ここで、キャビティCの個数には制限がなく、発光素子300の大きさ、種類、放出される光の種類によって多様な個数を有することができる。
【0123】
そして、互いに隣接した各キャビティ(例えば、C1、C2、C3)間の距離は、キャビティCの長さより小さくなり得るが、これに限定されることはない。
【0124】
このように複数のキャビティCが形成される場合、キャビティCが存在する領域とキャビティCが存在しない領域との間の屈折率の差によって乱反射が誘導され、発光素子300の発光効率及び演色性が向上するという利点がある。
【0125】
ここで、キャビティCは、内部に一定の空間を有する形態を全て含み、例えば、上側から眺めた形状が四角形、多角形又は円形であり得る。キャビティCの断面形状は、カップ状、凹状の容器状などであり得る。また、キャビティCの内側面は、下部に対して垂直な側面であるか、傾斜した側面になり得る。
【0126】
また、キャビティCの前面形状は、円形、四角形、多角形、楕円形などであり得るが、これに限定されることはなく、自由な形状を有することができる。
【0127】
図15は、更に他の実施例に係る発光素子を示した断面図で、図16は、更に他の実施例に係る発光素子を示した断面図である。
【0128】
図15を参照すると、本実施例の発光素子300は、図13の実施例に比べて、キャビティC又は支持部材310の下面に凹凸パターン311、312を形成するという点で差を有する。
【0129】
凹凸パターン311、312は、半球、円錐及び円柱のうちいずれか一つ以上の形状を有することができ、規則的又は不規則的に複数の形状を有するように配置することができる。その形成方法としては、エッチング方法、望ましくは、乾式エッチング、湿式エッチングなどの方法が使用可能であるが、これに限定されることはない。
【0130】
凹凸パターン311、312は、活性層330から発生した光の乱反射を誘導することによって発光素子300の演色性を向上させ、光の全反射を防止することによって光抽出効率を増加させる。
【0131】
図16を参照すると、本実施例の発光素子300は、図14の実施例に比べて、キャビティC又は支持部材310の下面に凹凸パターン311、312を形成するという点で差を有する。
【0132】
凹凸パターン311、312は、図3を参照して説明した通りである。凹凸パターン311、312は、活性層330から発生した光の乱反射を誘導することによって発光素子300の演色性を向上させ、光の全反射を防止することによって光抽出効率を増加させる。また、発光効率を改善するという効果を有する。
【0133】
図17は、更に他の実施例に係る発光素子を示した断面図である。
【0134】
図17を参照すると、本実施例の発光素子300は、図13の実施例に比べて、キャビティCの側面形状において差を有する。すなわち、第1の半導体層320の下部面に隣接するほどキャビティCの長さが増加し得る。
【0135】
再び説明すると、図17に示したように、第1の半導体層320の下部面に隣接するほどキャビティCの長さが増加し、側断面形状が逆台形になり得る。
【0136】
図17には、キャビティCの側面が直線である場合を示しているが、曲線、曲面又は段差を有することもでき、これに限定されることはない。
【0137】
このようなキャビティCを有する場合、封止材314が支持部材310から離脱することを防止することができ、活性層330に隣接したキャビティCが長いので白色光の具現に有利であるという利点があり、これと同時に、支持部材310の底部のキャビティCが短いので、支持部材310の剛性低下を最小化することができる。
【0138】
図18は、更に他の実施例に係る発光素子を示した断面図である。
【0139】
図18を参照すると、本実施例の発光素子300は、図17の実施例に比べて、キャビティcの側面形状において差を有する。すなわち、キャビティcの側面は階段を有することができる。
【0140】
再び説明すると、図18に示したように、第1の半導体層320の下部面に隣接するほどキャビティCの長さが増加しながら、側面が階段を有することができる。
【0141】
階段の個数には制限がなく、発光素子の大きさ及び種類によって多様な個数を有することができる。また、階段は、曲線又は曲面を有することもできるが、これに限定されることはない。
【0142】
このようなキャビティCを有する場合、封止材314が支持部材310から離脱することを防止することができ、活性層330に隣接したキャビティCが長いので白色光の具現に有利であるという利点があり、これと同時に、支持部材310の底部のキャビティCが短いので、支持部材310の剛性低下を最小化することができる。また、階段を有することによって、支持部材310からの封止材314の離脱をより一層防止することができる。
【0143】
図19は、更に他の実施例に係る発光素子を示した断面図である。
【0144】
図19を参照すると、本実施例の発光素子300は、図13の実施例に比べて、封止材314がキャビティCの底に積層される第1の封止材314aと、第1の封止材314aの下部に積層される第2の封止材314bとを含むという点で差を有する。
【0145】
ここで、第1の封止材314aは、発光素子から放出される光を拡散させる光拡散材318を含むことができる。そして、第1の封止材314a及び第2の封止材314bは、蛍光体316を含むことができる。活性層330から発生した光は、光拡散材318を通して演色性がより向上するという効果を有する。
【0146】
図20は、更に他の実施例に係る発光素子を示した断面図である。
【0147】
図20を参照すると、本実施例の発光素子300は、図13の実施例に比べて、封止材314の下部面の中心部が凹状を有するという点で差を有する。
【0148】
封止材314の中心部が凹状である場合、レンズのように作用し、活性層330から放出される光の照射角を減少させ、放出される光の集中度を高めることもできる。
【0149】
図21は、更に他の実施例に係る発光素子を示した断面図である。
【0150】
図21を参照すると、本実施例の発光素子300は、図13の実施例に比べて、封止材314の下部面の中心部が凸状を有するという点で差を有する。
【0151】
封止材314の中心部が凸状である場合、レンズのように作用し、活性層330から放出される光の照射角を大きくし、放出される光の拡散度を高めることもできる。
【0152】
図22は、本発明の一実施例に係る発光素子を備える発光素子パッケージの断面図である。
【0153】
図22を参照すると、本実施例に係る発光素子パッケージ500は、本体531と、本体531に設置された第1の電極層538及び第2の電極層539と、本体531に設置されて第1の電極層538及び第2の電極層539と電気的に連結される実施例に係る発光素子536とを備えることができる。発光素子536は、フリップチップ方式によって第1の電極層538及び第2の電極層539と連結することができる。
【0154】
本体531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することができ、発光素子536の周囲に傾斜面を形成することができる。
【0155】
第1の電極層538及び第2の電極層539は、互いに電気的に分離されて形成され、発光素子536に電源を提供する。また、第1の電極層538及び第2の電極層539は、発光素子536から発生した光を反射させ、光効率を増加させることができ、発光素子536から発生した熱を外部に放出させる役割をすることもできる。
【0156】
一方、より効果的に発光素子536の光放出を前面方向に集中させるために、本体531上に反射層532を形成することができる。一般に、このような反射層532は、反射係数の高い銀(Ag)やアルミニウム(Al)などの金属を使用して形成することができ、このとき、電極層538、539との電気的な接触を防止するために、反射層532の上部には絶縁層533をさらに形成することが望ましい。
【0157】
また、本体531にはキャビティ537が形成され、このキャビティ527に発光素子536を実装することができ、キャビティ537は、モールディング部材によって充填され、発光素子536を包囲して保護することができる。一方、モールディング部材は、蛍光体を含み、発光素子536から放出された光の波長を変化させることができる。
【0158】
したがって、電極の面積が広いので、発光素子の実装時における安定性及び信頼性が増加し、発光素子の発光効率の低下も最小限に減少させることができる。また、バンプを省略し、ペーストによって直ぐ実装が可能であるという長所がある。
【0159】
図23は、本発明の一実施例に係る発光素子を備える照明装置を示した斜視図で、図24は、図23の照明装置のC―C'線断面図である。
【0160】
図23及び図24を参照すると、照明装置600は、本体610と、本体610と締結されるカバー630と、本体610の両端に位置するエンドキャップ650とを備えることができる。
【0161】
本体610の下部面には発光素子モジュール640が締結され、本体610は、発光素子パッケージ644から発生した熱が本体610の上部面を通して外部に放出されるように伝導性及び熱発散効果に優れた金属材質で形成することができる。
【0162】
発光素子パッケージ644は、PCB642上に多色及び多列で実装されてアレイをなすことができ、同一の間隔で実装したり、又は必要に応じて多様な離隔距離を有して実装することができ、明るさなどを調節することができる。このようなPCB642としては、MPPCB(Metal Core PCB)又はFR4材質のPCBなどを使用することができる。
【0163】
発光素子パッケージ644は、延長されたリードフレーム(図示せず)を備え、向上した放熱機能を有することができるので、発光素子パッケージ644の信頼性と効率性を向上させることができ、発光素子パッケージ644及び発光素子パッケージ644を含む照明装置600の使用年限を延長させることができる。
【0164】
カバー630は、本体610の下部面を覆うように円状に形成できるが、これに限定されないことは当然である。
【0165】
カバー630は、内部の発光素子モジュール640を外部の異物などから保護する。また、カバー630は、発光素子パッケージ644から発生した光の眩しさを防止し、外部に光を均一に放出できるように拡散粒子を含むことができる。また、カバー630の内面及び外面のうち少なくともいずれか一つの面には、プリズムパターンなどを形成することができる。また、カバー630の内面及び外面のうち少なくともいずれか一つの面には蛍光体を塗布することもできる。
【0166】
一方、発光素子パッケージ644から発生した光は、カバー630を通して外部に放出されるので、カバー630は光透過率に優れるものでなければならなく、発光素子パッケージ644から発生した熱に耐えられるように十分な耐熱性を備えていなければならない。カバー630は、ポリエチレンテレフタレート(Polyethylen Terephthalate;PET)、ポリカーボネート(Polycarbonate;PC)又はポリメチルメタクリレート(Polymethyl Methacrylate;PMMA)などを含む材質で形成することが望ましい。
【0167】
エンドキャップ650は、本体610の両端に位置し、電源装置(図示せず)を密閉する用途で使用することができる。また、エンドキャップ650には電源ピン652が形成されており、実施例に係る照明装置600は、既存の蛍光灯を除去した端子に別途の装置なしに直ぐ使用できるようになる。
【0168】
図25は、本発明の一実施例に係る発光素子を備える液晶表示装置の分解斜視図である。
【0169】
図25は、エッジライト方式を示し、液晶表示装置700は、液晶表示パネル710と、液晶表示パネル710に光を提供するためのバックライトユニット770とを備えることができる。
【0170】
液晶表示パネル710は、バックライトユニット770から提供される光を用いて画像を表示することができる。液晶表示パネル710は、液晶を挟んで互いに対向するカラーフィルター基板712及び薄膜トランジスタ基板714を備えることができる。
【0171】
カラーフィルター基板712は、液晶表示パネル710を通してディスプレイされる画像の色を具現することができる。
【0172】
薄膜トランジスタ基板714は、駆動フィルム717を通して多数の回路部品が実装される印刷回路基板718と電気的に接続されている。薄膜トランジスタ基板714は、印刷回路基板718から提供される駆動信号に応答し、印刷回路基板718から提供される駆動電圧を液晶に印加することができる。
【0173】
薄膜トランジスタ基板714は、ガラスやプラスチックなどの透明な材質の他の基板上に薄膜で形成された薄膜トランジスタ及び画素電極を含むことができる。
【0174】
バックライトユニット770は、光を出力する発光素子モジュール720と、発光素子モジュール720から提供される光を面光源形態に変更させて液晶表示パネル710に提供する導光板730と、導光板730から提供された光の輝度分布を均一にし、垂直入射性を向上させる多数のフィルム752、766、764と、導光板730の後方に放出される光を導光板730に反射させる反射シート747とを含んで構成される。
【0175】
発光素子モジュール720は、複数の発光素子パッケージ724と、複数の発光素子パッケージ724が実装されてアレイをなすようにするPCB基板722とを含むことができる。
【0176】
一方、バックライトユニット770は、導光板730から入射される光を液晶表示パネル710の方向に拡散させる拡散フィルム766と、拡散された光を集光し、垂直入射性を向上させるプリズムフィルム752とを含んで構成することができ、プリズムフィルム752を保護するための保護フィルム764を含むことができる。
【0177】
図26は、本発明の一実施例に係る発光素子を備える液晶表示装置の分解斜視図である。ただし、図25で図示して説明した部分については繰り返して詳細に説明しない。
【0178】
図26は、直下方式を示し、液晶表示装置800は、液晶表示パネル810と、液晶表示パネル810に光を提供するためのバックライトユニット870とを備えることができる。
【0179】
液晶表示パネル810は、図25を参照して説明した通りであるので、これについての詳細な説明は省略する。
【0180】
バックライトユニット870は、複数の発光素子モジュール823と、反射シート824と、発光素子モジュール823及び反射シート824が収納される下部シャーシ830と、発光素子モジュール823の上部に配置される拡散板840と、多数の光学フィルム860とを備えることができる。
【0181】
発光素子モジュール823は、複数の発光素子パッケージ822と、複数の発光素子パッケージ822が実装されてアレイをなすようにするPCB基板821とを備えることができる。
【0182】
反射シート824は、発光素子パッケージ822から発生した光を液晶表示パネル810が位置した方向に反射させ、光の利用効率を向上させる。
【0183】
一方、発光素子モジュール823から発生した光は拡散板840に入射し、拡散板840の上部には光学フィルム860が配置される。光学フィルム860は、拡散フィルム866、プリズムフィルム850及び保護フィルム864を含んで構成することができる。
【0184】
以上では、実施例を中心に説明したが、これは例示に過ぎないもので、実施例を限定するものではなく、発明の属する分野で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から逸脱しない範囲で、以上で例示されていない多様な変形と応用が可能であることを理解できるだろう。例えば、実施例に具体的に示した各構成要素は、変形して実施可能であろう。そして、このような変形と応用と関係した各差は、添付の特許請求の範囲で規定する実施例の範囲に含まれるものとして解釈しなければならないだろう。
【符号の説明】
【0185】
110 支持部材
120 第1の半導体層
130 活性層
140 第2の半導体層
150 透光性電極層
160 反射層
170 第1の電極
180 第2の電極
【技術分野】
【0001】
本発明の実施例は、フリップチップタイプの発光素子の発光効率を向上させながら、発光素子パッケージに実装したときの安定性及び信頼性が確保される発光素子に関する。
【背景技術】
【0002】
発光素子の代表的な例として、LED(Light Emitting Diode;発光ダイオード)は、化合物半導体の特性を用いて電気信号を赤外線、可視光線又は光の形態に変換させる素子であって、家庭用家電製品、リモートコントローラー、電光板、表示器、各種自動化機器などに使用されており、LEDの使用領域は漸次広くなりつつある。
【0003】
通常、小型化されたLEDは、PCB(Printed Circuit Board)基板に直接装着するために表面実装素子型に作製されており、これによって、表示素子として使用されているLEDランプも表面実装素子型に開発されている。このような表面実装素子は、既存の単純な点灯ランプに取って代わるものであって、これは、多様なカラーを出す点灯表示器、文字表示器及び映像表示器などに使用される。
【0004】
このようにLEDの使用領域が広くなるとともに、生活に使用される電灯、救助信号用電灯などに要求される輝度が高くなるので、LEDの発光輝度を増加させることが重要である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
本発明の実施例は、フリップチップタイプの発光素子の発光効率を向上させながら、発光素子パッケージに実装したときの安定性及び信頼性が確保される発光素子を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明の一実施例に係る発光素子は、支持部材と、前記支持部材上に配置された第1の半導体層、第2の半導体層、及び前記第1の半導体層と前記第2の半導体層との間に介在した活性層を有する発光構造物と、前記第1の半導体層の第1の領域が露出し、前記第1の領域の第1の半導体層上に配置された第1の電極と、前記第2の半導体層上に配置された第2の電極と、少なくとも前記第1の電極と前記発光構造物との間に配置された絶縁層とを備え、前記第1の半導体層と前記第2の半導体層は互いに異なる導電性半導体層であって、前記活性層は少なくとも一対の井戸層及び障壁層を有し、前記井戸層は前記障壁層より小さいバンドギャップを有し、前記第1の電極は、上面の面積が前記第2の半導体層の面積に対比して40%〜99%であり得る。
【発明の効果】
【0007】
本発明の実施例は、フリップチップタイプの発光素子の発光効率を向上させながら、発光素子パッケージに実装したときの安定性及び信頼性が確保される発光素子に関する。
【0008】
発光素子をフリップチップタイプで実装するときに別途のバンプを必要としないので、これによって費用及び生産時間が減少することができる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図1】本発明の一実施例に係る発光素子を示した平面図である。
【図2】図1に示した発光素子のA―A'線断面図である。
【図3】他の実施例に係る発光素子を示した断面図である。
【図4】従来の発光素子がパッケージ基板にフリップチップボンディングされた形態を示した図である。
【図5】本発明の一実施例に係る発光素子がパッケージ基板にフリップチップボンディングされた形態を示した図である。
【図6】更に他の実施例に係る発光素子を示した断面図である。
【図7】更に他の実施例に係る発光素子を示した断面図である。
【図8】更に他の実施例に係る発光素子を示した断面図である。
【図9】更に他の実施例に係る発光素子を示した断面図である。
【図10】更に他の実施例に係る発光素子を示した断面図である。
【図11】本発明の一実施例に係る発光素子がパッケージ基板にフリップチップボンディングされた形態での光の放出を説明する図である。
【図12】更に他の実施例に係る発光素子を示した底面図である。
【図13】図12の発光素子の断面図である。
【図14】更に他の実施例に係る発光素子を示した断面図である。
【図15】更に他の実施例に係る発光素子を示した断面図である。
【図16】更に他の実施例に係る発光素子を示した断面図である。
【図17】更に他の実施例に係る発光素子を示した断面図である。
【図18】更に他の実施例に係る発光素子を示した断面図である。
【図19】更に他の実施例に係る発光素子を示した断面図である。
【図20】更に他の実施例に係る発光素子を示した断面図である。
【図21】更に他の実施例に係る発光素子を示した断面図である。
【図22】本発明の一実施例に係る発光素子を備える発光素子パッケージの断面図である。
【図23】本発明の一実施例に係る発光素子パッケージを備える照明装置を示した斜視図である。
【図24】図23に示した照明装置のC―C'線断面図である。
【図25】本発明の一実施例に係る発光素子を含む液晶表示装置の分解斜視図である。
【図26】本発明の一実施例に係る発光素子を含む液晶表示装置の分解斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【0010】
本発明の実施例の利点、特徴及びそれらを達成する方法は、添付の図面と共に詳細に説明する各実施例を参照すれば明確になるだろう。しかし、実施例は、以下で開示する各実施例に限定されるものではなく、互いに異なる多様な形態で具現することができる。ただし、本発明の実施例は、発明の開示を完全にし、発明の属する技術分野で通常の知識を有する者に発明の範疇を完全に知らせるために提供されるものであって、実施例は、請求項の範疇によって定義されるものに過ぎない。明細書全体にわたって同一の参照符号は同一の構成要素を称する。
【0011】
空間的に相対的な用語である「下(below)」、「下(beneath)」、「下部(lower)」、「上(above)」、「上部(upper)」などは、図面に示したように、一つの素子又は構成要素と他の素子又は構成要素との相関関係を容易に記述するために使用することができる。空間的に相対的な用語は、図面に示している方向に加えて、使用時又は動作時における素子の互いに異なる方向を含む用語と理解しなければならない。例えば、図面に示している素子を裏返す場合、他の素子の「下(below)」又は「下(beneath)」と記述された素子は他の素子の「上(above)」に置くことができる。したがって、例示的な用語である「下」は、下と上の両方向を含むことができる。素子は、他の方向にも配向可能であり、これによって、空間的に相対的な各用語は配向によって解釈することができる。
【0012】
本明細書で使用された用語は、各実施例を説明するためのものであって、実施例を制限するためのものではない。本明細書において、単数型は、文句で特別に言及しない限り複数型も含む。明細書で使用される「含む」、「備える」(comprise)において、言及された構成要素、段階、動作及び/又は素子は、一つ以上の他の構成要素、段階、動作及び/又は素子の存在又は追加を排除しない。
【0013】
他の定義がない場合、本明細書で使用される全ての用語(技術及び科学的用語を含む。)は、発明の属する技術分野で通常の知識を有する者に共通的に理解され得る意味として使用可能であろう。また、一般的に使用される事前に定義されている各用語は、明らかに特別に定義されていない限り、理想的に又は過度に解釈しない。
【0014】
図面において、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したり、省略したり、又は概略的に図示した。また、各構成要素の大きさと面積は、実際の大きさや面積を全的に反映するものではない。
【0015】
また、本発明の実施例で発光素子の構造を説明する過程で言及する角度と方向は、図面に記載したものを基準とする。明細書の発光素子をなす構造についての説明において、角度に対する基準点と位置関係を明確に言及していない場合、関連した図面を参照することにする。
【0016】
図1は、本発明の一実施例に係る発光素子を示した平面図で、図2は、図1に示した発光素子のA―A'線断面図である。
【0017】
図1及び図2を参照すると、発光素子100は、支持部材110と、支持部材110上に配置された発光構造物とを備え、発光構造物は、第1の半導体層120、第2の半導体層140、及び第1の半導体層120と第2の半導体層140との間に介在する活性層130を有することができる。
【0018】
支持部材110は、光透過的性質を有する材質、例えば、サファイア(Al2O3)、GaN、ZnO、AlOのうちいずれか一つを含んで形成できるが、これに限定されることはない。また、サファイア(Al2O3)支持部材に比べて熱伝導性の大きいSiC支持部材であってもよい。ただし、支持部材110の屈折率は、光抽出効率のために第1の半導体層120の屈折率より小さいことが望ましい。
【0019】
一方、支持部材110の下部には、光抽出効率を向上させる表面凹凸パターン112を形成することができる。
【0020】
表面凹凸パターン112は、発光構造物が形成される面の反対面に形成されるが、その形成方法としては、エッチング方法、望ましくは、乾式エッチング、湿式エッチングなどの方法を使用できるが、これに限定されることはない。すなわち、表面凹凸構造は、発光される光の全反射を防止し、光抽出効率を増加させる。
【0021】
一方、支持部材110上には、支持部材110と第1の半導体層120との間の格子不整合を緩和し、半導体層を容易に成長させるためのバッファー層(図示せず)を位置させることができる。バッファー層(図示せず)は、低温雰囲気で形成することができ、半導体層と支持部材との格子定数の差を緩和できる物質、例えば、GaN、InN、AlN、AlInN、InGaN、AlGaN、及びInAlGaNなどの材質から選択された物資からなり得るが、これに限定されることはない。
【0022】
バッファー層(図示せず)上には、第1の半導体層120、活性層130及び第2の半導体層140を含む発光構造物を形成することができる。
【0023】
バッファー層(図示せず)上には第1の半導体層120を位置させることができる。第1の半導体層120は、n型半導体層に具現することができ、活性層130に電子を提供することができる。第1の半導体層120は、例えば、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、GaN、AlN、AlGaN、InGaN、InN、InAlGaN、AlInNなどから選択された半導体材料で形成することができ、第1の半導体層120にはSi、Ge、Snなどのn型ドーパントをドーピングすることができる。
【0024】
また、第1の半導体層120の下には非ドープの半導体層(図示せず)をさらに含むことができるが、これに限定されることはない。非ドープの半導体層は、第1の半導体層120の結晶性向上のために形成される層であって、これにはn型ドーパントがドーピングされないので、第1の半導体層120に比べて低い電気伝導性を有することを除いては、第1の半導体層120と同一であり得る。
【0025】
前記第1の半導体層120上には活性層130を形成することができる。活性層130は、3族―5族元素の化合物半導体材料を用いて単一又は多重量子井戸構造、量子線(Quantum―Wire)構造、又は量子点(Quantum Dot)構造などで形成することができる。
【0026】
活性層130が量子井戸構造で形成された場合、活性層130は、例えば、InxAlyGa1−x−yN(0≦x≦1、0≦y≦1、0≦x+y≦1)の組成式を有する井戸層と、InaAlbGa1−a−bN(0≦a≦1、0≦b≦1、0≦a+b≦1)の組成式を有する障壁層とを含む単一又は多重量子井戸構造を有することができる。井戸層は、障壁層のバンドギャップより小さいバンドギャップを有する物質で形成することができる。
【0027】
活性層130の上又は/及び下には導電性クラッド層(図示せず)を形成することができる。導電性クラッド層(図示せず)は、AlGaN系半導体で形成することができ、前記活性層130のバンドギャップより大きいバンドギャップを有することができる。
【0028】
第2の半導体層140は、活性層130に正孔を注入するようにp型半導体層に具現することができる。第2の半導体層140は、例えば、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、GaN、AlN、AlGaN、InGaN、InN、InAlGaN、AlInNなどから選択された半導体材料で形成することができ、第2の半導体層140にはMg、Zn、Ca、Sr、Baなどのp型ドーパントをドーピングすることができる。
【0029】
一方、活性層130と第2の半導体層140との間に中問層(図示せず)を形成することができ、中問層は、高電流の印加時、第1の半導体層120から活性層130に注入される電子が活性層130で再結合されずに第2の半導体層140に流れる現象を防止する電子遮断層であり得る。中問層は、活性層130より相対的に大きいバンドギャップを有することによって、第1の半導体層120から注入された電子が活性層130で再結合されずに第2の半導体層140に注入される現象を防止することができる。これによって、活性層130での電子と正孔の再結合確率を高め、漏れ電流を防止することができる。
【0030】
一方、上述した中問層は、活性層130に含まれた障壁層のバンドギャップより大きいバンドギャップを有することができ、p型AlGaNなどのAlを含む半導体層で形成できるが、これに限定されることはない。
【0031】
上述した第1の半導体層120、活性層130及び第2の半導体層140は、例えば、有機金属化学蒸着法(MOCVD;Metal Organic Chemical Vapor Deposition)、化学蒸着法(CVD;Chemical Vapor Deposition)、プラズマ化学蒸着法(PECVD;Plasma―Enhanced Chemical Vapor Deposition)、分子線成長法(MBE;Molecular Beam Epitaxy)、水素化物気相成長法(HVPE;Hydride Vapor Phase Epitaxy)、スパッタリングなどの方法を用いて形成できるが、これに限定されることはない。
【0032】
また、第1の半導体層120及び第2の半導体層140内の導電型ドーパントのドーピング濃度は、均一又は不均一にすることができる。すなわち、複数の半導体層は、多様なドーピング濃度分布を有するように形成できるが、これに限定されることはない。
【0033】
また、第1の半導体層120をp型半導体層に具現し、第2の半導体層140をn型半導体層に具現することができ、第2の半導体層140上にはn型又はp型半導体層を含む第3の半導体層(図示せず)を形成することもできる。これによって、発光素子100は、np、pn、npn、pnp接合構造のうち少なくともいずれか一つを有することができる。
【0034】
また、第2の半導体層140上には透光性電極層150を配置することができ、このとき、第2の電極180は、前記第2の半導体層140と連結したり、透光性電極層150と連結して形成できるが、これに限定されることはない。
【0035】
透光性電極層150は、ITO、IZO(In―ZnO)、GZO(Ga―ZnO)、AZO(Al―ZnO)、AGZO(Al―Ga ZnO)、IGZO(In―Ga ZnO)、IrOx、RuOx、RuOx/ITO、Ni/IrOx/Au及びNi/IrOx/Au/ITOのうち少なくとも一つを含んで形成することができ、第2の半導体層140の外側一面の全体に形成することによって、電流集中現象を防止することができる。
【0036】
また、発光素子100は、第1の半導体層120の上面一部が第1の領域Bを有して露出し、第1の領域Bの第1の半導体層120上に配置される第1の電極170と、第2の半導体層140上に配置される第2の電極180とを含むことができる。そして、少なくとも発光構造物と第1の電極170との間には絶縁層168を配置することができる。第1の半導体層120の上面一部は第1の領域Bを有して露出し、第1の電極170は、第1の領域Bの第1の半導体層120上に配置することができる。再び説明すると、少なくとも第2の半導体層140と活性層130の一部が除去され、第1の半導体層120が第1の領域Bを有して露出し、その上に第1の電極170を配置する。
【0037】
第1の電極170は、第2の半導体層140の側面及び活性層130の側面と第1の距離だけ離隔するように配置することができる。また、第1の電極170の上面と下面の面積は異なることもある。
【0038】
そして、第1の電極170は、上側から眺めた上面の面積が第2の半導体層140の面積に対比して40%〜99%の面積を有することができる。ここで、面積とは、発光素子100を上側から眺めるときに見える面を基準とする。これは、以下でも同様である。第1の電極170の面積が第2の半導体層140の面積に対比して40%より小さいと、発光素子100がフリップチップタイプで発光素子パッケージに実装される場合に電極の面積が小さいのでバンプが必要であり、固定力が弱いので発光素子パッケージの信頼性及び安定性において問題がある。また、第1の電極170の面積が第2の半導体層140の面積に対比して99%より大きいと、第1の電極170を配置するために発光素子100の第2の半導体層140及び活性層130を非常に多く除去するので、発光効率が低下するという問題がある。したがって、上述したように第1の電極170が形成されると、適正な光効率を有するとともに、フリップチップタイプで実装するときの安定性を有するという効果がある。
【0039】
一方、第1の電極170及び第2の電極180は、伝導性物質、例えば、In、Co、Si、Ge、Au、Pd、Pt、Ru、Re、Mg、Zn、Hf、Ta、Rh、Ir、W、Ti、Ag、Cr、Mo、Nb、Al、Ni、Cu、及びWTiから選択された金属又はこれらの合金を含むことができ、単層又は多層に形成できるが、これに限定されることはない。
【0040】
第1の距離は、ショートを防止するとともに、絶縁層が挿入され得る適当な距離であり得るが、これに限定されることはない。
【0041】
第1の領域Bの面積は、第2の半導体層140の面積に対比して41%〜100%であり得る。再び説明すると、上側から眺めたことを基準として、第1の領域Bは、第1の電極170を内部に配置できるように第1の電極170より大きい面積を有することができるが、これに限定されることはない。
【0042】
第2の電極180は、第2の半導体層140に対比して非常に大きい面積を有すると、発光素子の光抽出効率が低下し、第2の半導体層140に対比して非常に小さい面積を有すると、発光素子100を発光素子パッケージにフリップチップタイプで実装するときに信頼性の問題が生じるので、第2の半導体層140の面積に対比して40%〜99%の面積を有することができるが、これに限定されることはない。
【0043】
第1の電極170又は第2の電極180は、上側から眺めた形状が四角形、多角形又は円形であり得るが、これに限定されることはない。
【0044】
このとき、第1の領域Bは、上側から眺めた形状が四角形、多角形又は円形であり得るが、これに限定されることはない。
【0045】
第1の領域Bと第1の電極170は、上側から眺めた形状が同一であることが望ましいが、互いに異なる形状を有することもある。
【0046】
第1の電極170と第2の電極180の上面は同一線上に位置することができる。このような構成は、発光素子100をフリップチップタイプで発光素子パッケージに実装するときにバンプを必要としないので、バンプの費用が節減され、各電極の高さが同一であるので、実装の信頼性を向上させることができる。
【0047】
少なくとも発光構造物と第1の電極170との間には絶縁層168を配置できるが、絶縁層168は、少なくとも第1の電極170と第2の半導体層140及び活性層130の側面との間に配置することができる。これは、第1の電極170と第2の半導体層140の電気的ショートを防止するためである。そして、絶縁層168は、非伝導性の有機物質又は無機物質を含み、例えば、ウレタン、ポリエステル又はアクリルで形成することができ、単層及び多層構造にも形成することができる。ただし、これに限定されないことは当然である。
【0048】
また、ショートをより一層防止するために、絶縁層168は、第1の電極170と第2の半導体層140及び活性層130の側面との間から第1の電極170及び第2の電極180の上面と同一線上にまで配置することができる。
【0049】
絶縁層168によって発光素子100のショートを防止し、フリップチップタイプで実装するときの信頼性も向上させることができる。すなわち、実施例によると、従来のフリップチップタイプの発光素子を実装するとき、電極の高さ差を調整するために使用するバンプを省略できるので、実装時における作業の便宜性が向上し、作業時間を短縮させることができる。
【0050】
図3は、他の実施例に係る発光素子を示した断面図である。
【0051】
図3を参照すると、実施例の発光素子200は、支持部材210と、支持部材210上に配置された発光構造物とを備え、発光構造物は、第1の半導体層220、第2の半導体層240、及び第1の半導体層220と第2の半導体層240との間に介在する活性層230を有することができる。以下では、図1及び図2を参照して説明した構成要素と同一の構成要素についての説明は省略する。
【0052】
また、第2の半導体層240上には透光性電極層250を配置することができ、このとき、第2の電極280は、前記第2の半導体層240と連結したり、透光性電極層250と連結して形成できるが、これに限定されることはない。
【0053】
また、発光素子200は、第1の半導体層220の上面一部が第1の領域Bを有して露出し、第1の領域Bの第1の半導体層220上に配置される第1の電極270と、第2の半導体層240上に配置される第2の電極280とを含むことができる。
【0054】
第1の電極270は、第2の半導体層240の側面及び活性層230の側面と第1の距離だけ離隔するように配置することができる。
【0055】
ここで、第1の電極270は、第1の半導体層220上に連結された下部電極272と、下部電極272の一端に連結されて第1の電極270の上面を構成する上部電極274とを有することができる。
【0056】
下部電極272は、少なくとも第2の半導体層240の高さにまで配置することができる。下部電極272の材質としては、上述した第2の電極280と同一の材質を使用することができる。
【0057】
上部電極274は、下部電極272の一端に連結されて発光構造物の内側に突出し、第2の半導体層240と一部の領域が垂直的に重畳し、第2の半導体層240の上面と離隔するように配置することができる。再び説明すると、第1の電極270は断面「L」字状を有することができる。すなわち、上部電極274の上面は、発光素子パッケージなどに実装するときの実装面になり、下部電極272は、第1の半導体層220と上部電極274を連結する役割をする。
【0058】
このとき、下部電極272の面積が上部電極274の面積に対比して10%より小さいと、第1の半導体層220への電気供給に問題が生じ、下部電極272の面積が上部電極274の面積に対比して50%より大きいと、下部電極272に対応して第1の領域Bをエッチングするので、発光素子の発光効率が低下するという問題がある。したがって、下部電極272は、上側から眺めた面積が上部電極274の面積に対比して10%〜50%であり得る。
【0059】
ここで、第1の電極270を上側から眺めた上面の面積は、上側から眺めた上部電極274の面積を意味する。第1の電極270を上側から眺めた上面の面積は、第2の半導体層240の面積に対比して40%〜99%であり得る。
【0060】
このように、下部電極272の面積を上部電極274より小さく構成し、上部電極274の面積を広く形成することによって、発光素子200の第2の半導体層240及び活性層230の除去領域が少なくなり、これによって発光効率の減少を最小化することができ、フリップチップタイプで実装するときの安定性を有するという効果がある。
【0061】
図4は、従来の発光素子がパッケージ基板にフリップチップボンディングされた形態を示した図で、図5は、実施例に係る発光素子がパッケージ基板にフリップチップボンディングされた形態を示した図である。
【0062】
図4は、従来のパッケージ基板1390上にフリップチップボンディングされた発光素子1000を示している。一方、パッケージ基板1390上には導体パターン1392、1394が形成され、導体パターン1392、1394は、ソルダー1396、1398を通してフリップチップ型発光素子の第2の電極パッド1182及び第1の電極パッド1172と電気的に接続される。
【0063】
このように、従来の発光素子1000は、パッケージ基板1390に実装するとき、第2の電極パッド1182と第1の電極パッド1172の高さ差によってバンプが必要となるので費用が上昇し、実装の安定性に劣るという問題を有する。
【0064】
図5は、パッケージ基板190上にフリップチップボンディングされた発光素子100を示している。一方、パッケージ基板190上には導体パターン192、194が形成され、導体パターン192、194は、フリップチップタイプで第2の電極180と第1の電極170に電気的に接続される。
【0065】
このように、広い面積の電極を使用すると、実装の安定性を高めると同時に、電極の面積が広いことから電極の垂直高さを容易に増加させるので、別途のバンプを必要としなくなるという利点がある。
【0066】
フリップチップ型発光素子の場合、発光素子の輝度が増加するほど放熱が最も大きな問題となるが、放熱が効率的であるので高輝度の発光素子に適している。
【0067】
図6は、更に他の実施例に係る発光素子を示した断面図である。
【0068】
図6を参照すると、本実施例の発光素子100は、図2の発光素子に比べて絶縁層168がないという点で差を有し、第2の電極180が透光性電極層150を貫通して第2の半導体層140と連結されるという点で差を有する。第1の電極170と発光構造物との間の空の空間によって発光素子100のショートを防止することができる。
【0069】
第2の電極180は、第2の半導体層140と電気的に連結することができる。例えば、図6に示したように、第2の電極180は、透光性電極層150を貫通して第2の半導体層140に連結することもでき、透光性電極層150上に配置することもできるが、これに限定されることはない。
【0070】
図7は、更に他の実施例に係る発光素子を示した断面図である。
【0071】
図7を参照すると、実施例の発光素子100は、図2の発光素子に比べて第1の電極170及び第2の電極180の形状及び高さにおいて差を有する。
【0072】
第1の電極170及び第2の電極180の上面は、絶縁層168の上面より高く配置され、絶縁層168上にスペーサー199を有することができる。
【0073】
第1の電極170及び第2の電極180は、絶縁層168の上面のうち一部の領域に配置することができる。
【0074】
スペーサー199は、空の空間であって、第1の電極170及び第2の電極180の大きさ及び高さによってその形状と大きさを調節することができる。スペーサー199の形状及び大きさには制限がなく、発光素子100がペーストやソルダーによって接着されるときのソルダーなどのオーバーフローイングを防止することができる。
【0075】
図8は、更に他の実施例に係る発光素子を示した断面図である。
【0076】
図8を参照すると、本実施例の発光素子200は、図3の発光素子に比べて絶縁層268を含むという点で差を有する。
【0077】
絶縁層268は、少なくとも下部電極272と第2の半導体層240及び活性層230の側面との間から上部電極274と第2の半導体層240との間にまで配置することができる。そして、絶縁層268は、非伝導性の有機物質又は無機物質を含み、例えば、ウレタン、ポリエステル又はアクリルで形成することができ、単層及び多層構造でも形成できるが、これに限定されないことは当然である。
【0078】
また、絶縁層268は、ショートをより一層防止するために、第1の電極270及び第2の電極280の上面と同一線上にまで延長させることができる。
【0079】
絶縁層268によって発光素子200のショートを防止し、フリップチップタイプで実装するときの信頼性も向上させることができる。
【0080】
図9は、更に他の実施例に係る発光素子を示した断面図である。
【0081】
図9を参照すると、本実施例の発光素子100は、図6の実施例に比べて反射層160をさらに含むという点、及び第2の電極180の構造において差を有する。
【0082】
反射層160は、透光性電極層150と第2の電極180との間に配置され、このとき、第2の電極180は、反射層160の開口部を通して透光性電極層150と連結することができる。すなわち、第2の半導体層140上に透光性電極層150が配置され、透光性電極層150上に反射層160が配置され、反射層160上に第2の電極180が配置され、第2の電極180と透光性電極層150が電気的に連結される。ただし、これに限定されることはなく、多様な方法で第2の電極180と透光性電極層150を連結することができる。
【0083】
このように反射層160を使用することによって、本実施例の発光素子100がフリップチップ型で使用される場合、反射層160の大きな反射度によって発光効率を向上できると同時に、電極の面積拡大によって実装の安定性及び信頼性を確保することができる。
【0084】
反射層160は、第1の屈折率を有する第1の層162と、第1の屈折率と異なる第2の屈折率を有する第2の層164とを含んで形成することができる。すなわち、反射層160は、屈折率が互いに異なる各層162、164が交互に繰り返して積層された構造をなすことができる。一例として、第1の層162は低屈折率層で、第2の層164は高屈折率層であり得るが、これに限定されることはない。
【0085】
一方、λが活性層130から発生した光の波長で、nが媒質の屈折率で、mが奇数であるとしたとき、反射層160は、mλ/4nの厚さを有して低屈折率を有する第1の層162と高屈折率を有する第2の層164を交互に繰り返して積層し、特定波長帯λの光で95%以上の反射率を得られる半導体積層構造からなる。
【0086】
したがって、低屈折率を有する第1の層162と高屈折率を有する第2の層164は、基準波長のλ/4倍の厚さを有することができ、このとき、各層162、164の厚さは2Å〜10μmであり得る。
【0087】
また、反射層160を形成する各層162、164は、MxOy又はMxOyNz(M:Metal or Ceramics、O:Oxide、N:Nitride、X、Y、Z:定数)で構成することができる。
【0088】
一例として、低屈折率を有する第1の層162には屈折率1.4のSiO2又は屈折率1.6のAl2O3を用いることができ、高屈折率を有する第2の層164には屈折率2以上のTiO2などを用いることができるが、これに限定されることはない。
【0089】
一方、低屈折率を有する第1の層162と高屈折率を有する第2の層164との間の媒質の屈折率を大きくすると、反射率をより大きくすることができる。
【0090】
このような反射層160によると、発振波長よりバンドギャップエネルギーが大きいので、光の吸収がよく行われず、光の反射度が大きい。
【0091】
そして、反射層160は、第2の半導体層140の上面から第2の半導体層140の側面及び活性層130の側面に沿って第1の半導体層120の上面にまで配置することができる。したがって、光抽出効率を極大化することができる。
【0092】
図10は、更に他の実施例に係る発光素子を示した断面図である。
【0093】
図10を参照すると、本実施例の発光素子200は、図8の実施例に比べて反射層260をさらに含むという点、及び第2の電極280の構造において差を有する。
【0094】
反射層260は、透光性電極層250と第2の電極280との間に配置され、このとき、第2の電極280は、反射層260の開口部を通して透光性電極層250と連結することができる。すなわち、第2の半導体層240上に透光性電極層250が配置され、透光性電極層250上に反射層260が配置され、反射層260上に第2の電極280が配置され、第2の電極280と透光性電極層250が電気的に連結される。ただし、これに限定されることはなく、多様な方法で第2の電極280と透光性電極層250を連結することができる。
【0095】
このように反射層260を使用することによって、実施例の発光素子200がフリップチップ型で使用される場合、反射層260の大きな反射度によって発光効率を向上できると同時に、電極の面積拡大によって実装の安定性及び信頼性を確保することができる。
【0096】
反射層260の構成又は材質などは、上述した通りである。
【0097】
図11は、半発明の一実施例に係る発光素子がパッケージ基板にフリップチップボンディングされた形態での光の放出を説明する図である。
【0098】
以下では、図11を参照して、本実施例に係る発光素子がフリップチップボンディングされ、反射層160によって光抽出効率が向上する原理を詳細に説明する。
【0099】
図11は、パッケージ基板190上にフリップチップボンディングされた発光素子100を示している。一方、パッケージ基板190上には導体パターン192、194が形成され、導体パターン192、194は第2の電極180と第1の電極170と電気的に接続される。
【0100】
フリップチップ型発光素子の場合、発光素子の輝度が増加するほど放熱が最も大きな問題となるが、放熱が効率的であるので高輝度の発光素子に適している。
【0101】
このように形成された反射層160は、透光性電極層150又は第1の半導体層120を保護する保護層としての役割をするとともに、光吸収を防止し、支持部材110側に光を放出させることによって、発光素子の光抽出効率を向上させることができる。
【0102】
すなわち、図11に示したように、活性層130から発生した光は、反射層160によって反射されて全体的に支持部材110側に進行するようになり、フリップチップタイプの発光素子の発光効率を向上させることができる。
【0103】
そして、このような構造によると、電極を広く形成できるので、実装の安定性及び信頼性を有し、発光効率も向上させるという効果を有することができる。
【0104】
図12は、更に他の実施例に係る発光素子を示した底面図で、図13は、図12の発光素子の断面図である。
【0105】
図12及び図13を参照すると、本発明の一実施例の発光素子300は、図8の実施例に比べて、支持部材310がキャビティCを含み、キャビティCが蛍光体316を有する封止材314を含むという点で差を有する。
【0106】
ここで、キャビティCは、内部に一定の空間を有する形態を全て含み、例えば、上側から眺めた形状が四角形、多角形又は円形であり得る。キャビティCの断面形状はカップ状、凹状の容器状などにすることができ、キャビティCの内側面は、下部に対して垂直な側面であるか、傾斜した側面であり得る。
【0107】
また、キャビティCの前面形状は、円形、四角形、多角形、楕円形などの形状であり得るが、これに限定されることはなく、自由な形状を有することができる。
【0108】
一方、キャビティCの深さhが非常に深い場合は、支持部材310の剛性を低下させるおそれがあり、キャビティCの深さhが非常に浅い場合は、活性層330から発生した光を白色光に励起するための十分な空間が確保されないので、キャビティCの深さhは、支持部材310の厚さに対比して0.3倍〜0.7倍であり得るが、これに限定されることはない。
【0109】
キャビティCの長さL1(図面のY軸)が非常に長い場合は、支持部材310の剛性を低下させるおそれがあり、キャビティCの長さL1が非常に短い場合は、活性層330から発生した光を白色光に励起するための十分な空間が確保されず、キャビティCのない場所に光が進行し、演色性が低下するので、キャビティCの長さL1は、支持部材310の長さに対比して0.8倍〜0.95倍であり得るが、これに限定されることはない。
【0110】
キャビティCの幅L2(図面のX軸)が非常に長い場合は、支持部材310の剛性を低下させるおそれがあり、キャビティCの幅L2が非常に短い場合は、活性層330から発生した光を白色光に励起するための十分な空間が確保されず、キャビティCのない場所に光が進行し、演色性が低下するので、キャビティCの幅L2は、支持部材310の長さに対比して0.8倍〜0.95倍であり得るが、これに限定されることはない。
【0111】
キャビティCは、支持部材310の下側に開放されて封止材314を有することができる。すなわち、キャビティCは、封止材314によって充填されて密封され得る。
【0112】
発光素子300の長さが発光素子300の厚さに対比して非常に長い場合は、製造工程上に問題があり、発光素子300の長さが発光素子300の厚さに対比して非常に短い場合は、側面に向かう光が多くなり、支持部材310の蛍光体316によって励起されない光が増加するので、発光素子300の長さは、発光素子300の厚さに対比して6倍〜12倍であり得るが、これに限定されることはない。
【0113】
ここで、封止材314は、シリコン又はエポキシなどの透光性樹脂材料で形成することができ、前記材料をキャビティC内に充填した後、これを紫外線又は熱硬化する方式で形成できるが、これに限定されることはない。
【0114】
一方、封止材314は蛍光体316を含むことができる。ここで、蛍光体316は、活性層330から放出される光の波長によってその種類が選択され、発光素子300が白色光を具現できるようにする。したがって、蛍光体316は、例えば、赤色、青色、黄色蛍光体のうち少なくともいずれか一つを含むことができ、多くの種類の蛍光体を使用できるが、これに限定されることはない。
【0115】
すなわち、蛍光体316は、活性層330から放出される第1の光を有する光によって励起されて第2の光を生成できるが、例えば、活性層330から発生する光が青色で、蛍光体が黄色蛍光体である場合、黄色蛍光体は、青色光によって励起されて白色光を放出することができる。
【0116】
これと同様に、活性層330から発生する光が緑色である場合としては、マゼンタ蛍光体又は青色と赤色の蛍光体を混用する場合を例に挙げることができ、活性層330から発生する光が赤色である場合としては、シアン蛍光体又は青色と緑色の蛍光体を混用する場合を例に挙げることができる。
【0117】
このような蛍光体316は、YAG系、TAG系、硫化物系、シリケート系、アルミネート系、窒化物系、カーバイド系、ニトリドシリケート系、ホウ酸塩系、フッ化物系、リン酸塩系などの公知の蛍光体であり得る。
【0118】
フリップチップ型発光素子の場合、発光素子の輝度が増加するほど放熱が最も大きな問題となる。このように、支持部材310に蛍光体316を含むキャビティCが形成される場合、発光素子パッケージ工程で封止材及び蛍光体を省略することができ、工程が短縮され、放熱に有利であるという利点を有する。また、封止材314は、支持部材310のキャビティCに充填するので、その量調節が容易であり、支持部材310との接着性が向上し得る。
【0119】
また、封止材314は、活性層330から放出される光を拡散させる光拡散材をさらに含むことができる。ここで、光拡散材は、白色金属酸化物である、二酸化チタン(TiO2)、酸化バリウム(BaO)、二酸化ケイ素(SiO2)、酸化マグネシウム(MgO)及びY2O3のうちいずれか一つであるか、又は二酸化チタン(TiO2)、酸化バリウム(BaO)、二酸化ケイ素(SiO2)、酸化マグネシウム(MgO)及びY2O3のうち少なくとも2以上を混合して形成することができる。光拡散材を使用すると、発光素子から発生する光の乱反射を誘導することができる。
【0120】
図14は、更に他の実施例に係る発光素子を示した断面図である。
【0121】
図14を参照すると、本実施例の発光素子300は、図13の実施例に比べて、支持部材310に複数のキャビティCが形成されるという点で差を有する。以下では、前記の説明した構成要素と同一の構成要素についての説明は省略する。
【0122】
ここで、キャビティCの個数には制限がなく、発光素子300の大きさ、種類、放出される光の種類によって多様な個数を有することができる。
【0123】
そして、互いに隣接した各キャビティ(例えば、C1、C2、C3)間の距離は、キャビティCの長さより小さくなり得るが、これに限定されることはない。
【0124】
このように複数のキャビティCが形成される場合、キャビティCが存在する領域とキャビティCが存在しない領域との間の屈折率の差によって乱反射が誘導され、発光素子300の発光効率及び演色性が向上するという利点がある。
【0125】
ここで、キャビティCは、内部に一定の空間を有する形態を全て含み、例えば、上側から眺めた形状が四角形、多角形又は円形であり得る。キャビティCの断面形状は、カップ状、凹状の容器状などであり得る。また、キャビティCの内側面は、下部に対して垂直な側面であるか、傾斜した側面になり得る。
【0126】
また、キャビティCの前面形状は、円形、四角形、多角形、楕円形などであり得るが、これに限定されることはなく、自由な形状を有することができる。
【0127】
図15は、更に他の実施例に係る発光素子を示した断面図で、図16は、更に他の実施例に係る発光素子を示した断面図である。
【0128】
図15を参照すると、本実施例の発光素子300は、図13の実施例に比べて、キャビティC又は支持部材310の下面に凹凸パターン311、312を形成するという点で差を有する。
【0129】
凹凸パターン311、312は、半球、円錐及び円柱のうちいずれか一つ以上の形状を有することができ、規則的又は不規則的に複数の形状を有するように配置することができる。その形成方法としては、エッチング方法、望ましくは、乾式エッチング、湿式エッチングなどの方法が使用可能であるが、これに限定されることはない。
【0130】
凹凸パターン311、312は、活性層330から発生した光の乱反射を誘導することによって発光素子300の演色性を向上させ、光の全反射を防止することによって光抽出効率を増加させる。
【0131】
図16を参照すると、本実施例の発光素子300は、図14の実施例に比べて、キャビティC又は支持部材310の下面に凹凸パターン311、312を形成するという点で差を有する。
【0132】
凹凸パターン311、312は、図3を参照して説明した通りである。凹凸パターン311、312は、活性層330から発生した光の乱反射を誘導することによって発光素子300の演色性を向上させ、光の全反射を防止することによって光抽出効率を増加させる。また、発光効率を改善するという効果を有する。
【0133】
図17は、更に他の実施例に係る発光素子を示した断面図である。
【0134】
図17を参照すると、本実施例の発光素子300は、図13の実施例に比べて、キャビティCの側面形状において差を有する。すなわち、第1の半導体層320の下部面に隣接するほどキャビティCの長さが増加し得る。
【0135】
再び説明すると、図17に示したように、第1の半導体層320の下部面に隣接するほどキャビティCの長さが増加し、側断面形状が逆台形になり得る。
【0136】
図17には、キャビティCの側面が直線である場合を示しているが、曲線、曲面又は段差を有することもでき、これに限定されることはない。
【0137】
このようなキャビティCを有する場合、封止材314が支持部材310から離脱することを防止することができ、活性層330に隣接したキャビティCが長いので白色光の具現に有利であるという利点があり、これと同時に、支持部材310の底部のキャビティCが短いので、支持部材310の剛性低下を最小化することができる。
【0138】
図18は、更に他の実施例に係る発光素子を示した断面図である。
【0139】
図18を参照すると、本実施例の発光素子300は、図17の実施例に比べて、キャビティcの側面形状において差を有する。すなわち、キャビティcの側面は階段を有することができる。
【0140】
再び説明すると、図18に示したように、第1の半導体層320の下部面に隣接するほどキャビティCの長さが増加しながら、側面が階段を有することができる。
【0141】
階段の個数には制限がなく、発光素子の大きさ及び種類によって多様な個数を有することができる。また、階段は、曲線又は曲面を有することもできるが、これに限定されることはない。
【0142】
このようなキャビティCを有する場合、封止材314が支持部材310から離脱することを防止することができ、活性層330に隣接したキャビティCが長いので白色光の具現に有利であるという利点があり、これと同時に、支持部材310の底部のキャビティCが短いので、支持部材310の剛性低下を最小化することができる。また、階段を有することによって、支持部材310からの封止材314の離脱をより一層防止することができる。
【0143】
図19は、更に他の実施例に係る発光素子を示した断面図である。
【0144】
図19を参照すると、本実施例の発光素子300は、図13の実施例に比べて、封止材314がキャビティCの底に積層される第1の封止材314aと、第1の封止材314aの下部に積層される第2の封止材314bとを含むという点で差を有する。
【0145】
ここで、第1の封止材314aは、発光素子から放出される光を拡散させる光拡散材318を含むことができる。そして、第1の封止材314a及び第2の封止材314bは、蛍光体316を含むことができる。活性層330から発生した光は、光拡散材318を通して演色性がより向上するという効果を有する。
【0146】
図20は、更に他の実施例に係る発光素子を示した断面図である。
【0147】
図20を参照すると、本実施例の発光素子300は、図13の実施例に比べて、封止材314の下部面の中心部が凹状を有するという点で差を有する。
【0148】
封止材314の中心部が凹状である場合、レンズのように作用し、活性層330から放出される光の照射角を減少させ、放出される光の集中度を高めることもできる。
【0149】
図21は、更に他の実施例に係る発光素子を示した断面図である。
【0150】
図21を参照すると、本実施例の発光素子300は、図13の実施例に比べて、封止材314の下部面の中心部が凸状を有するという点で差を有する。
【0151】
封止材314の中心部が凸状である場合、レンズのように作用し、活性層330から放出される光の照射角を大きくし、放出される光の拡散度を高めることもできる。
【0152】
図22は、本発明の一実施例に係る発光素子を備える発光素子パッケージの断面図である。
【0153】
図22を参照すると、本実施例に係る発光素子パッケージ500は、本体531と、本体531に設置された第1の電極層538及び第2の電極層539と、本体531に設置されて第1の電極層538及び第2の電極層539と電気的に連結される実施例に係る発光素子536とを備えることができる。発光素子536は、フリップチップ方式によって第1の電極層538及び第2の電極層539と連結することができる。
【0154】
本体531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することができ、発光素子536の周囲に傾斜面を形成することができる。
【0155】
第1の電極層538及び第2の電極層539は、互いに電気的に分離されて形成され、発光素子536に電源を提供する。また、第1の電極層538及び第2の電極層539は、発光素子536から発生した光を反射させ、光効率を増加させることができ、発光素子536から発生した熱を外部に放出させる役割をすることもできる。
【0156】
一方、より効果的に発光素子536の光放出を前面方向に集中させるために、本体531上に反射層532を形成することができる。一般に、このような反射層532は、反射係数の高い銀(Ag)やアルミニウム(Al)などの金属を使用して形成することができ、このとき、電極層538、539との電気的な接触を防止するために、反射層532の上部には絶縁層533をさらに形成することが望ましい。
【0157】
また、本体531にはキャビティ537が形成され、このキャビティ527に発光素子536を実装することができ、キャビティ537は、モールディング部材によって充填され、発光素子536を包囲して保護することができる。一方、モールディング部材は、蛍光体を含み、発光素子536から放出された光の波長を変化させることができる。
【0158】
したがって、電極の面積が広いので、発光素子の実装時における安定性及び信頼性が増加し、発光素子の発光効率の低下も最小限に減少させることができる。また、バンプを省略し、ペーストによって直ぐ実装が可能であるという長所がある。
【0159】
図23は、本発明の一実施例に係る発光素子を備える照明装置を示した斜視図で、図24は、図23の照明装置のC―C'線断面図である。
【0160】
図23及び図24を参照すると、照明装置600は、本体610と、本体610と締結されるカバー630と、本体610の両端に位置するエンドキャップ650とを備えることができる。
【0161】
本体610の下部面には発光素子モジュール640が締結され、本体610は、発光素子パッケージ644から発生した熱が本体610の上部面を通して外部に放出されるように伝導性及び熱発散効果に優れた金属材質で形成することができる。
【0162】
発光素子パッケージ644は、PCB642上に多色及び多列で実装されてアレイをなすことができ、同一の間隔で実装したり、又は必要に応じて多様な離隔距離を有して実装することができ、明るさなどを調節することができる。このようなPCB642としては、MPPCB(Metal Core PCB)又はFR4材質のPCBなどを使用することができる。
【0163】
発光素子パッケージ644は、延長されたリードフレーム(図示せず)を備え、向上した放熱機能を有することができるので、発光素子パッケージ644の信頼性と効率性を向上させることができ、発光素子パッケージ644及び発光素子パッケージ644を含む照明装置600の使用年限を延長させることができる。
【0164】
カバー630は、本体610の下部面を覆うように円状に形成できるが、これに限定されないことは当然である。
【0165】
カバー630は、内部の発光素子モジュール640を外部の異物などから保護する。また、カバー630は、発光素子パッケージ644から発生した光の眩しさを防止し、外部に光を均一に放出できるように拡散粒子を含むことができる。また、カバー630の内面及び外面のうち少なくともいずれか一つの面には、プリズムパターンなどを形成することができる。また、カバー630の内面及び外面のうち少なくともいずれか一つの面には蛍光体を塗布することもできる。
【0166】
一方、発光素子パッケージ644から発生した光は、カバー630を通して外部に放出されるので、カバー630は光透過率に優れるものでなければならなく、発光素子パッケージ644から発生した熱に耐えられるように十分な耐熱性を備えていなければならない。カバー630は、ポリエチレンテレフタレート(Polyethylen Terephthalate;PET)、ポリカーボネート(Polycarbonate;PC)又はポリメチルメタクリレート(Polymethyl Methacrylate;PMMA)などを含む材質で形成することが望ましい。
【0167】
エンドキャップ650は、本体610の両端に位置し、電源装置(図示せず)を密閉する用途で使用することができる。また、エンドキャップ650には電源ピン652が形成されており、実施例に係る照明装置600は、既存の蛍光灯を除去した端子に別途の装置なしに直ぐ使用できるようになる。
【0168】
図25は、本発明の一実施例に係る発光素子を備える液晶表示装置の分解斜視図である。
【0169】
図25は、エッジライト方式を示し、液晶表示装置700は、液晶表示パネル710と、液晶表示パネル710に光を提供するためのバックライトユニット770とを備えることができる。
【0170】
液晶表示パネル710は、バックライトユニット770から提供される光を用いて画像を表示することができる。液晶表示パネル710は、液晶を挟んで互いに対向するカラーフィルター基板712及び薄膜トランジスタ基板714を備えることができる。
【0171】
カラーフィルター基板712は、液晶表示パネル710を通してディスプレイされる画像の色を具現することができる。
【0172】
薄膜トランジスタ基板714は、駆動フィルム717を通して多数の回路部品が実装される印刷回路基板718と電気的に接続されている。薄膜トランジスタ基板714は、印刷回路基板718から提供される駆動信号に応答し、印刷回路基板718から提供される駆動電圧を液晶に印加することができる。
【0173】
薄膜トランジスタ基板714は、ガラスやプラスチックなどの透明な材質の他の基板上に薄膜で形成された薄膜トランジスタ及び画素電極を含むことができる。
【0174】
バックライトユニット770は、光を出力する発光素子モジュール720と、発光素子モジュール720から提供される光を面光源形態に変更させて液晶表示パネル710に提供する導光板730と、導光板730から提供された光の輝度分布を均一にし、垂直入射性を向上させる多数のフィルム752、766、764と、導光板730の後方に放出される光を導光板730に反射させる反射シート747とを含んで構成される。
【0175】
発光素子モジュール720は、複数の発光素子パッケージ724と、複数の発光素子パッケージ724が実装されてアレイをなすようにするPCB基板722とを含むことができる。
【0176】
一方、バックライトユニット770は、導光板730から入射される光を液晶表示パネル710の方向に拡散させる拡散フィルム766と、拡散された光を集光し、垂直入射性を向上させるプリズムフィルム752とを含んで構成することができ、プリズムフィルム752を保護するための保護フィルム764を含むことができる。
【0177】
図26は、本発明の一実施例に係る発光素子を備える液晶表示装置の分解斜視図である。ただし、図25で図示して説明した部分については繰り返して詳細に説明しない。
【0178】
図26は、直下方式を示し、液晶表示装置800は、液晶表示パネル810と、液晶表示パネル810に光を提供するためのバックライトユニット870とを備えることができる。
【0179】
液晶表示パネル810は、図25を参照して説明した通りであるので、これについての詳細な説明は省略する。
【0180】
バックライトユニット870は、複数の発光素子モジュール823と、反射シート824と、発光素子モジュール823及び反射シート824が収納される下部シャーシ830と、発光素子モジュール823の上部に配置される拡散板840と、多数の光学フィルム860とを備えることができる。
【0181】
発光素子モジュール823は、複数の発光素子パッケージ822と、複数の発光素子パッケージ822が実装されてアレイをなすようにするPCB基板821とを備えることができる。
【0182】
反射シート824は、発光素子パッケージ822から発生した光を液晶表示パネル810が位置した方向に反射させ、光の利用効率を向上させる。
【0183】
一方、発光素子モジュール823から発生した光は拡散板840に入射し、拡散板840の上部には光学フィルム860が配置される。光学フィルム860は、拡散フィルム866、プリズムフィルム850及び保護フィルム864を含んで構成することができる。
【0184】
以上では、実施例を中心に説明したが、これは例示に過ぎないもので、実施例を限定するものではなく、発明の属する分野で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から逸脱しない範囲で、以上で例示されていない多様な変形と応用が可能であることを理解できるだろう。例えば、実施例に具体的に示した各構成要素は、変形して実施可能であろう。そして、このような変形と応用と関係した各差は、添付の特許請求の範囲で規定する実施例の範囲に含まれるものとして解釈しなければならないだろう。
【符号の説明】
【0185】
110 支持部材
120 第1の半導体層
130 活性層
140 第2の半導体層
150 透光性電極層
160 反射層
170 第1の電極
180 第2の電極
【特許請求の範囲】
【請求項1】
支持部材と、
前記支持部材上に配置された第1の半導体層、第2の半導体層、及び前記第1の半導体層と前記第2の半導体層との間に介在する活性層を有する発光構造物と、
前記第1の半導体層の第1の領域が露出し、前記第1の領域の第1の半導体層上に配置される第1の電極と、
前記第2の半導体層上に配置された第2の電極と、
少なくとも前記第1の電極と前記発光構造物との間に配置された絶縁層と
を備え、
前記第1の半導体層と前記第2の半導体層は互いに異なる導電性半導体層であって、
前記活性層は、少なくとも一対の井戸層及び障壁層を有し、前記井戸層は前記障壁層より小さいバンドギャップを有し、
前記第1の電極は、上面の面積が前記第2の半導体層の面積に対比して40%〜99%の面積を有する発光素子。
【請求項2】
前記第1の電極は、
前記第1の半導体層上に連結され、少なくとも前記第2の半導体層の高さにまで配置された下部電極と、
前記下部電極の一端に連結され、前記発光構造物の内側に突出して前記第2の半導体層と一部領域が垂直的に重畳し、前記第2の半導体層の上面と離隔する上部電極と
を有し、
前記下部電極は、上側から眺めた面積が前記上部電極の面積に対比して10%〜50%である、請求項1に記載の発光素子。
【請求項3】
前記第1の電極は上面と下面の面積が互いに異なる、請求項1又は2に記載の発光素子。
【請求項4】
前記第2の電極は、前記第2の半導体層の面積に対比して40%〜99%の面積を有する、請求項1〜3のうちのいずれかに記載の発光素子。
【請求項5】
前記第1の領域の面積は、前記第2の半導体層の面積に対比して41%〜100%である、請求項1〜3のうちのいずれかに記載の発光素子。
【請求項6】
前記第1の電極又は第2の電極は、上側から眺めた形状が四角形、多角形又は円形である、請求項1〜3のうちのいずれかに記載の発光素子。
【請求項7】
前記第1の電極と第2の電極の上面は同一線上に位置する、請求項1〜3のうちのいずれかに記載の発光素子。
【請求項8】
前記下部電極は前記発光構造物の側面に隣接して配置されている、請求項2に記載の発光素子。
【請求項9】
前記絶縁層は、少なくとも前記下部電極と前記第2の半導体層及び活性層の側面との間から前記上部電極と前記第2の半導体層との間にまで配置されている、請求項2に記載の発光素子。
【請求項10】
前記絶縁層の上面は、前記第1の電極及び第2の電極の上面と同一線上にまで配置されている、請求項1又は2に記載の発光素子。
【請求項11】
前記第1の電極及び第2の電極の上面は前記絶縁層の上面より高く配置され、前記絶縁層上にスペーサーを有する、請求項1又は2に記載の発光素子。
【請求項12】
前記第2の半導体層と前記第2の電極との間に配置された透光性電極層を備える、請求項1〜11のうちのいずれかに記載の発光素子。
【請求項13】
前記透光性電極層と前記第2の電極との間に反射層を備え、
前記第2の電極は反射層の開口部を通して前記透光性電極層と連結されている、請求項12に記載の発光素子。
【請求項14】
前記反射層は、前記第2の半導体層の上面から前記第2の半導体層の側面及び前記活性層の側面に沿って前記第1の半導体層の上面にまで配置されている、請求項13に記載の発光素子。
【請求項15】
前記反射層は、少なくとも第1の屈折率を有する第1の層と、前記第1の屈折率と異なる第2の屈折率を有する第2の層とを備える、請求項13に記載の発光素子。
【請求項16】
前記反射層の第1の層及び第2の層は交互に繰り返して積層されている、請求項15に記載の発光素子。
【請求項17】
前記支持部材に形成されて下側に開放され、封止材で密封された少なくとも一つのキャビティを有し、
前記封止材は蛍光体を含む、請求項1〜16のうちのいずれかに記載の発光素子。
【請求項18】
前記キャビティは、複数配置され、互いに隣接した各キャビティ間の距離はキャビティの長さより小さい、請求項17に記載の発光素子。
【請求項19】
前記キャビティは、上側から眺めた形状が四角形、多角形又は円形である、請求項17に記載の発光素子。
【請求項20】
前記キャビティは、前記第1の半導体層の下部面に隣接するほど長さが増加する、請求項17に記載の発光素子。
【請求項21】
前記キャビティの側面は階段状である、請求項17に記載の発光素子。
【請求項22】
前記キャビティの深さは、前記支持部材の厚さに対比して0.3倍〜0.7倍である、請求項17に記載の発光素子。
【請求項23】
前記キャビティの長さは、前記支持部材の長さに対比して0.8倍〜0.95倍である、請求項17に記載の発光素子。
【請求項24】
前記キャビティの幅は、前記支持部材の幅に対比して0.8倍〜0.95倍である、請求項17に記載の発光素子。
【請求項25】
前記キャビティ又は前記支持部材の下面には凹凸パターンが形成されている、請求項17に記載の発光素子。
【請求項26】
前記支持部材はAl2O3、SiC又はGaNを含む、請求項17に記載の発光素子。
【請求項27】
前記封止材は、発光素子から放出される光を拡散させる光拡散材をさらに含む、請求項17に記載の発光素子。
【請求項28】
前記光拡散材は、二酸化チタン(TiO2)、酸化バリウム(BaO)、二酸化ケイ素(SiO2)、酸化マグネシウム(MgO)及びY2O3のうちの少なくとも一つを含む、請求項27に記載の発光素子。
【請求項29】
前記蛍光体は赤色、青色、黄色蛍光体のうちの少なくともいずれか一つを含む、請求項17に記載の発光素子。
【請求項30】
前記封止材は、前記キャビティの底に積層された第1の封止材と、前記第1の封止材の下部に積層された第2の封止材とを有し、
前記第1の封止材は、発光素子から放出される光を拡散させる光拡散材を含む、請求項17に記載の発光素子。
【請求項31】
前記封止材は下部面の中心部が凹状又は凸状である、請求項17に記載の発光素子。
【請求項32】
前記発光素子は、発光素子の厚さに対比して6倍〜12倍の長さを有する、請求項17に記載の発光素子。
【請求項33】
発光素子を含む発光素子パッケージにおいて、
前記発光素子は、
支持部材と、
前記支持部材上に配置された第1の半導体層、第2の半導体層、及び前記第1の半導体層と前記第2の半導体層との間に介在する活性層を有する発光構造物と、
前記第1の半導体層の第1の領域が露出し、前記第1の領域の第1の半導体層上に配置された第1の電極と、
前記第2の半導体層上に配置された第2の電極と、
少なくとも前記第1の電極と前記発光構造物との間に配置された絶縁層と
を備え、
前記第1の半導体層と前記第2の半導体層は、互いに異なる導電性半導体層であって、前記活性層は、少なくとも一対の井戸層及び障壁層を有し、前記井戸層は前記障壁層より小さいバンドギャップを有し、
前記第1の電極は、上面の面積が前記第2の半導体層の面積に対比して40%〜99%である発光素子パッケージ。
【請求項1】
支持部材と、
前記支持部材上に配置された第1の半導体層、第2の半導体層、及び前記第1の半導体層と前記第2の半導体層との間に介在する活性層を有する発光構造物と、
前記第1の半導体層の第1の領域が露出し、前記第1の領域の第1の半導体層上に配置される第1の電極と、
前記第2の半導体層上に配置された第2の電極と、
少なくとも前記第1の電極と前記発光構造物との間に配置された絶縁層と
を備え、
前記第1の半導体層と前記第2の半導体層は互いに異なる導電性半導体層であって、
前記活性層は、少なくとも一対の井戸層及び障壁層を有し、前記井戸層は前記障壁層より小さいバンドギャップを有し、
前記第1の電極は、上面の面積が前記第2の半導体層の面積に対比して40%〜99%の面積を有する発光素子。
【請求項2】
前記第1の電極は、
前記第1の半導体層上に連結され、少なくとも前記第2の半導体層の高さにまで配置された下部電極と、
前記下部電極の一端に連結され、前記発光構造物の内側に突出して前記第2の半導体層と一部領域が垂直的に重畳し、前記第2の半導体層の上面と離隔する上部電極と
を有し、
前記下部電極は、上側から眺めた面積が前記上部電極の面積に対比して10%〜50%である、請求項1に記載の発光素子。
【請求項3】
前記第1の電極は上面と下面の面積が互いに異なる、請求項1又は2に記載の発光素子。
【請求項4】
前記第2の電極は、前記第2の半導体層の面積に対比して40%〜99%の面積を有する、請求項1〜3のうちのいずれかに記載の発光素子。
【請求項5】
前記第1の領域の面積は、前記第2の半導体層の面積に対比して41%〜100%である、請求項1〜3のうちのいずれかに記載の発光素子。
【請求項6】
前記第1の電極又は第2の電極は、上側から眺めた形状が四角形、多角形又は円形である、請求項1〜3のうちのいずれかに記載の発光素子。
【請求項7】
前記第1の電極と第2の電極の上面は同一線上に位置する、請求項1〜3のうちのいずれかに記載の発光素子。
【請求項8】
前記下部電極は前記発光構造物の側面に隣接して配置されている、請求項2に記載の発光素子。
【請求項9】
前記絶縁層は、少なくとも前記下部電極と前記第2の半導体層及び活性層の側面との間から前記上部電極と前記第2の半導体層との間にまで配置されている、請求項2に記載の発光素子。
【請求項10】
前記絶縁層の上面は、前記第1の電極及び第2の電極の上面と同一線上にまで配置されている、請求項1又は2に記載の発光素子。
【請求項11】
前記第1の電極及び第2の電極の上面は前記絶縁層の上面より高く配置され、前記絶縁層上にスペーサーを有する、請求項1又は2に記載の発光素子。
【請求項12】
前記第2の半導体層と前記第2の電極との間に配置された透光性電極層を備える、請求項1〜11のうちのいずれかに記載の発光素子。
【請求項13】
前記透光性電極層と前記第2の電極との間に反射層を備え、
前記第2の電極は反射層の開口部を通して前記透光性電極層と連結されている、請求項12に記載の発光素子。
【請求項14】
前記反射層は、前記第2の半導体層の上面から前記第2の半導体層の側面及び前記活性層の側面に沿って前記第1の半導体層の上面にまで配置されている、請求項13に記載の発光素子。
【請求項15】
前記反射層は、少なくとも第1の屈折率を有する第1の層と、前記第1の屈折率と異なる第2の屈折率を有する第2の層とを備える、請求項13に記載の発光素子。
【請求項16】
前記反射層の第1の層及び第2の層は交互に繰り返して積層されている、請求項15に記載の発光素子。
【請求項17】
前記支持部材に形成されて下側に開放され、封止材で密封された少なくとも一つのキャビティを有し、
前記封止材は蛍光体を含む、請求項1〜16のうちのいずれかに記載の発光素子。
【請求項18】
前記キャビティは、複数配置され、互いに隣接した各キャビティ間の距離はキャビティの長さより小さい、請求項17に記載の発光素子。
【請求項19】
前記キャビティは、上側から眺めた形状が四角形、多角形又は円形である、請求項17に記載の発光素子。
【請求項20】
前記キャビティは、前記第1の半導体層の下部面に隣接するほど長さが増加する、請求項17に記載の発光素子。
【請求項21】
前記キャビティの側面は階段状である、請求項17に記載の発光素子。
【請求項22】
前記キャビティの深さは、前記支持部材の厚さに対比して0.3倍〜0.7倍である、請求項17に記載の発光素子。
【請求項23】
前記キャビティの長さは、前記支持部材の長さに対比して0.8倍〜0.95倍である、請求項17に記載の発光素子。
【請求項24】
前記キャビティの幅は、前記支持部材の幅に対比して0.8倍〜0.95倍である、請求項17に記載の発光素子。
【請求項25】
前記キャビティ又は前記支持部材の下面には凹凸パターンが形成されている、請求項17に記載の発光素子。
【請求項26】
前記支持部材はAl2O3、SiC又はGaNを含む、請求項17に記載の発光素子。
【請求項27】
前記封止材は、発光素子から放出される光を拡散させる光拡散材をさらに含む、請求項17に記載の発光素子。
【請求項28】
前記光拡散材は、二酸化チタン(TiO2)、酸化バリウム(BaO)、二酸化ケイ素(SiO2)、酸化マグネシウム(MgO)及びY2O3のうちの少なくとも一つを含む、請求項27に記載の発光素子。
【請求項29】
前記蛍光体は赤色、青色、黄色蛍光体のうちの少なくともいずれか一つを含む、請求項17に記載の発光素子。
【請求項30】
前記封止材は、前記キャビティの底に積層された第1の封止材と、前記第1の封止材の下部に積層された第2の封止材とを有し、
前記第1の封止材は、発光素子から放出される光を拡散させる光拡散材を含む、請求項17に記載の発光素子。
【請求項31】
前記封止材は下部面の中心部が凹状又は凸状である、請求項17に記載の発光素子。
【請求項32】
前記発光素子は、発光素子の厚さに対比して6倍〜12倍の長さを有する、請求項17に記載の発光素子。
【請求項33】
発光素子を含む発光素子パッケージにおいて、
前記発光素子は、
支持部材と、
前記支持部材上に配置された第1の半導体層、第2の半導体層、及び前記第1の半導体層と前記第2の半導体層との間に介在する活性層を有する発光構造物と、
前記第1の半導体層の第1の領域が露出し、前記第1の領域の第1の半導体層上に配置された第1の電極と、
前記第2の半導体層上に配置された第2の電極と、
少なくとも前記第1の電極と前記発光構造物との間に配置された絶縁層と
を備え、
前記第1の半導体層と前記第2の半導体層は、互いに異なる導電性半導体層であって、前記活性層は、少なくとも一対の井戸層及び障壁層を有し、前記井戸層は前記障壁層より小さいバンドギャップを有し、
前記第1の電極は、上面の面積が前記第2の半導体層の面積に対比して40%〜99%である発光素子パッケージ。
【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24】
【図25】
【図26】
【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24】
【図25】
【図26】
【公開番号】特開2013−84881(P2013−84881A)
【公開日】平成25年5月9日(2013.5.9)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2012−51012(P2012−51012)
【出願日】平成24年3月7日(2012.3.7)
【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25年5月9日(2013.5.9)
【国際特許分類】
【出願日】平成24年3月7日(2012.3.7)
【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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