(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
活性層を含む発光構造体と、
前記発光構造体から放出された光を反射するように前記発光構造体の一側に配置された分布ブラッグ反射器(ＤＢＲ)と、を含み、
前記ＤＢＲは、
交互に積層された低屈折率を有する第１材料層および高屈折率を有する第２材料層を含み、可視領域の中心波長(λ:５５４ｎｍ)に対して、
０．２５λ+１０％より大きい光学厚さを有する第１群の第１材料層と、０．２５λ+１０％より小さく０．２５λ-１０％より大きい光学厚さを有する第２群の第１材料層とが交互に配置された第１領域と、
０．２５λ-１０％より小さい光学厚さを有し連続して配置された第３群の第１材料層を含む第２領域と、
前記第１領域と第２領域との間に位置し、０．２５λ-１０％より小さい光学厚さを有する第１材料層および０．２５λより大きい光学厚さを有する第１材料層を含む第３領域と、を含み、
前記第１領域が、前記第２領域より前記発光構造体により近くに位置する発光ダイオードチップ。
【請求項２】
前記第１群の第１材料層は、０．３λ+１０％より小さい光学厚さを有する第１材料層を含み、
前記第３群の第１材料層は、０．２λ-１０％より大きい光学厚さを有する、請求項１に記載の発光ダイオードチップ。
【請求項３】
前記第１領域内の第１材料層の光学厚さ偏差が、前記第２領域内の第１材料層の光学厚さ偏差より大きい、請求項２に記載の発光ダイオードチップ。
【請求項４】
前記第１領域内の第２材料層は、０．２５λ+１０％より大きい光学厚さを有する第１群の第２材料層、および０．２５λ-１０％より大きく０．２５λ+１０％より小さい光学厚さを有する第２群の第２材料層を含み、
前記第２領域内の第２材料層は、０．２５λ-１０％より小さい光学厚さを有し連続して配置された第３群の第２材料層を含み、
前記第３領域内の第２材料層は、０．２５λ-１０％より小さい第２材料層、および０．２５λより大きく０．２５λ+１０％より小さい光学厚さを有する第２材料層を含む、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の発光ダイオードチップ。
【請求項５】
前記第１群の第２材料層は、０．２５λ+２０%より小さい光学厚さを有する、請求項４に記載の発光ダイオードチップ。
【請求項６】
前記第１群の第２材料層の光学厚さの平均値は、前記第１群の第１材料層の光学厚さの平均値より小さい、請求項５に記載の発光ダイオードチップ。
【請求項７】
前記第１領域内の第２材料層の光学厚さ偏差が、前記第２領域内の第２材料層の光学厚さ偏差より大きい、請求項４に記載の発光ダイオードチップ。
【請求項８】
前記第３領域内の第２材料層は、０．２５λ+１０％より大きい光学厚さを有する第２材料層をさらに含む、請求項４に記載の発光ダイオードチップ。
【請求項９】
前記ＤＢＲは、前記第３領域内に位置し、０．２５λ-１０％より大きく０．２５λより小さい光学厚さを有する第１材料層をさらに含む、請求項８に記載の発光ダイオードチップ。
【請求項１０】
前記発光構造体と前記ＤＢＲとの間に配置された基板をさらに含む、請求項１に記載の発光ダイオードチップ。
【請求項１１】
前記基板は、パターニングされたサファイア基板(ＰＳＳ)である、請求項１０に記載の発光ダイオードチップ。
【請求項１２】
前記基板と前記ＤＢＲとの間に前記ＤＢＲ内の第１材料層と同一材料で形成され、前記第１材料層より相対的にさらに分厚い界面層をさらに含む、請求項１０に記載の発光ダイオードチップ。
【請求項１３】
前記界面層に対向して前記ＤＢＲの最終層上に位置するが、前記ＤＢＲ内の第１材料層と同一材料で形成され、前記第１材料層より相対的にさらに分厚い表面層をさらに含む、請求項１２に記載の発光ダイオードチップ。
【請求項１４】
前記発光構造体を間に置き、前記ＤＢＲに対向して配置された基板をさらに含む、請求項１に記載の発光ダイオードチップ。
【請求項１５】
前記活性層は、青色光を生成する、請求項１に記載の発光ダイオードチップ.
【請求項１６】
前記第１材料層は、ＳｉＯ2層で、
前記第２材料層は、ＴｉＯ2層である、請求項１に記載の発光ダイオードチップ。
【請求項１７】
第１波長の光を放出する活性層を含む発光構造体と、
前記発光構造体から放出された光を反射するように前記発光構造体の一側に配置された分布ブラッグ反射器(ＤＢＲ)と、を含み、
前記ＤＢＲは、
交互に積層された低屈折率を有する第１材料層および高屈折率を有する第２材料層を含み、前記第１波長より７５ｎｍないし１２５ｎｍ範囲内の長さほど長い第２波長(λ)に対して、
０．２５λ+１０％より大きい光学厚さを有する第１群の第１材料層と、０．２５λ+１０％より小さく０．２５λ-１０％より大きい光学厚さとを有する第２群の第１材料層とが交互に配置された第１領域と、
０．２５λ-１０％より小さい光学厚さを有し連続して配置された第３群の第１材料層を含む第２領域と、
前記第１領域と第２領域との間に位置し、０．２５λ-１０％より小さい光学厚さを有する第１材料層、および０．２５λより大きい光学厚さを有する第１材料層を含む第３領域と、を含み、
前記第１領域が、前記第２領域より前記発光構造体により近くに位置する発光ダイオードチップ。
【請求項１８】
前記第１群の第１材料層は、０．３λ+１０％より小さい厚さを有する第１材料層を含み、
前記第３群の第１材料層は、０．２λ-１０％より大きい厚さを有する、請求項１７に記載の発光ダイオードチップ。
【請求項１９】
前記第１領域内の第１材料層の光学厚さ偏差が、前記第２領域内の第１材料層の光学厚さ偏差より大きい、請求項１７に記載の発光ダイオードチップ。
【請求項２０】
前記第１領域内の第２材料層は、０．２５λ+１０％より大きい光学厚さを有する第１群の第２材料層、および０．２５λ-１０％より大きく０．２５λ+１０％より小さい光学厚さを有する第２群の第２材料層を含み、
前記第２領域内の第２材料層は、０．２５λ-１０％より小さい光学厚さを有し連続して配置された第３群の第２材料層を含み、
前記第３領域内の第２材料層は、０．２５λ-１０％より小さい第２材料層、および０．２５λより大きく０．２５λ+１０％より小さい光学厚さを有する第２材料層を含む、請求項１５乃至請求項１７のいずれか１項に記載の発光ダイオードチップ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光ダイオードチップに関し、より詳細には、光抽出効率を改善するための分布ブラッグ反射器を有する発光ダイオードチップに関する。
【背景技術】
【０００２】
青色または紫外線を放出する窒化ガリウム系列の発光ダイオードが様々な応用に適用されており、特に、バックライトユニットまたは一般照明等に求められる混色光、例えば、白色光を放出する様々な種類の発光ダイオードパッケージが市販されている。
【０００３】
発光ダイオードパッケージの光出力は、主に発光ダイオードチップの光効率に依存するため、発光ダイオードチップの光効率を改善しようとする努力が続けられている。例えば、光放出面に粗い表面を形成したり、エピ層の形状または透明基板の形状を調節して光抽出効率を改善しようとする努力がされてきた。
【０００４】
一方、光放出面の反対側、例えば、基板下部面にＡ１のような金属反射器を設け、チップ実装面側に進行する光を反射させることによって、光効率を改善する方法がある。金属反射器を用いて光を反射させることによって光損失を減らし、発光効率を改善できる。しかし、反射性金属は一般的に酸化し、反射率が劣りやすく、かつ金属反射器の反射率は相対的に高くない。
【０００５】
これにより、屈折率が互いに異なる材料を交互に積層した分布ブラッグ反射器（ＤｉｓｔｒｉｂｕｔｅＤＢＲａｇｇＲｅｆｌｅｃｔｏｒ：ＤＢＲ）を用いて高い反射率を達成するとともに、相対的に安定した反射特性を達成している。
【０００６】
ＤＢＲは、一般的に、屈折率が互いに異なる高屈折物質層と低屈折物質層とを交互に積層して形成される。特に、それぞれ中心波長に対してλ／４の光学厚さ（実際厚さ×屈折率）を有する高屈折物質層と低屈折物質層とを交互に積層することによって中心波長を含む一定範囲のスペクトル領域、つまり、ストップバンドで反射率の高いＤＢＲを提供できる。
【０００７】
しかし、単純にλ／４の光学厚さを有する高屈折物質層と低屈折物質層とを交互に積層するだけでは、ストップバンドの幅を満たすほど広げることはできない。これを補完するために、中心波長より長い波長に対するＤＢＲ１と中心波長より短い波長に対するＤＢＲ２とを重畳することによってストップバンドの幅をさらに広げることができ、これを用いて可視領域のほぼ全領域に亘って高い反射率を表すＤＢＲを作ることができる。ＤＢＲ各層の厚さは、例えば、ＭａｃｌｅｏｄやＦｉｌｍｓｔａｒのようなシミュレーションツールを用いて微細に調整できる。
【０００８】
図１は、シミュレーションツールを用いて、ＤＢＲ１とＤＢＲ２とを重畳して相対的に広いストップバンドを有するＤＢＲを設計する過程を説明するためのシミュレーショングラフである。
【０００９】
ここで、４２５ｎｍないし７００ｎｍの波長帯域で９０％以上の反射率を表すＤＢＲを設計するために、先ず、中心波長（λ）５５５ｎｍを基準として５５５ｎｍないし７００ｎｍで反射率の高いＤＢＲ１と、５５５ｎｍ以下の短波長領域で反射率の高いＤＢＲ２を設計し、このように設計されたＤＢＲ１とＤＢＲ２とを重畳させる。このとき、シミュレーションツールを用いてＤＢＲ１とＤＢＲ２内の各物質層の厚さを調整することによって、４２５ｎｍないし７００ｎｍ波長帯域で反射率が９０％以上になるＤＢＲを設計できる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
サファイア基板上に活性層を含む窒化ガリウム系発光構造体を形成し、基板下面にＤＢＲを設けた場合、活性層から放出される光の一部は基板を透過して反射器に到達する。このとき、光は、０も入射角（反射器に垂直）だけでなく様々な入射角で入射する。特に、パターニングされたサファイア基板を用いる場合、垂直な入射角より射角に入射する光量が増加する。
【００１１】
図２は、基板下面に到達する光の入射角による相対光出力を表したグラフである。ここで、Ｅｘは基板下面中、Ｘ方向の入射角を表し、Ｅｚは基板下面中、Ｘ方向に垂直なＺ軸方向の入射角を表す。パターニングされたサファイア基板を有する発光ダイオードチップの実際寸法を用いて、基板下面に到達する光の入射角をＦＤＴＤ（Ｆｉｎｉｔｅ−ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｔｉｍｅ−ｄｏｍａｉｎ）数値分析を用いて、１０度間隔で光出力を表した。
【００１２】
図２を参照すると、光が基板下面に大体垂直に入射するとき、つまり、入射角が０度ないし１０度である場合の光出力は、略３．５％に過ぎない。これに反して、２０度以上、特に、２０度ないし５０度範囲の入射角で入射する光の出力は、約６０％以上で基板下面に到達する光出力の大部分を占める。ＰＳＳ基板を用いる場合、基板に形成されたパターンによって光が散乱し、これにより、基板下面に到達する光の入射角が大きくなる。よって、ＰＳＳ基板のように相当な量の光が基板下面に相対的に大きい入射角を有して到達するため、基板下面から光を反射させるためのＤＢＲは光の入射角を考慮して設計されなければならない。
【００１３】
一方、従来技術を用いて設計されたＤＢＲは、入射角が０度である光に対して広い波長範囲に亘ってほぼ１００％の高い反射率を表す。しかし、入射角が変わることによって、ＤＢＲのストップバンド（ｓｔｏｐｂａｎｄ）が短波長側に移動するとともに、ストップバンドのスペクトルの幅が狭くなる現象が発生する。さらに、ストップバンド内でも局部的に反射率が落ちるリップルが発生する。
【００１４】
図３ａ、３ｂおよび３ｃは、従来技術によって設計されたＤＢＲの入射角による反射率の変化を表しているシミュレーショングラフである。
【００１５】
図３ａ、３ｂおよび３ｃを参照すると、入射角が２０度、２５度および３０度と増加することによって、ストップバンドが短波長側に移動し、ストップバンドの幅が狭くなることが確認できる。例えば、入射角が２０度である場合、長波長側から約６５ｎｍが左側に移動し、短波長側から約２０ｎｍが左側に移動し、全体的にストップバンドの幅が約４５ｎｍ減少した。また、入射角が２５度である場合、長波長側から約９０ｎｍが左側に移動し、短波長側から約２５ｎｍが左側に移動し、全体的にストップバンドの幅が約６５ｎｍ減少した。また、入射角が３０度である場合、長波長側から約１２０ｎｍが左側に移動し、短波長側から約３０ｎｍが左側に移動し、全体的にストップバンドの幅が約９０ｎｍ減少した。このように、ストップバンドの幅は、入射角が増加することによってさらに減少するものと予想される。
【００１６】
一方、入射角が２０度から３０度に増加することによってストップバンド内で反射率が相対的に低いリップル（ｒｉｐｐｌｅｓ：Ｒ）が観察される。リップル（Ｒ）で、反射率は入射角が増加することによってさらに減少することを確認できる。また、リップル（Ｒ）も、入射角が増加することによって短波長側に移動することを把握できる。これにより、例えば、約４５０ｎｍ波長（λｅ）の光を放出する発光ダイオードチップにおいて、ストップバンドが４５０ｎｍを十分に包括しても２０度ないし５０度の入射角で入射する光は、リップル（Ｒ）によって反射率が急激に減少し得る。
【００１７】
よって、本発明が解決しようとする課題は、垂直に入射する光だけでなく、様々な入射角で入射する光に対して良好な反射率を有するＤＢＲを提供し、発光効率が改善された発光ダイオードチップを提供するものである。
【００１８】
さらに、本発明が解決しようとする課題は、ストップバンド内で入射角が増加することによって反射率の低いリップルが発生することを防止または緩和できるＤＢＲを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明によれば、活性層を含む発光構造体と、前記発光構造体から放出された光を反射するように前記発光構造体の一側に配置された分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）と、を含み、前記ＤＢＲは交互に積層された低屈折率を有する第１材料層および高屈折率を有する第２材料層を含み、可視領域の中心波長（λ：５５４ｎｍ）に対して、０．２５λ＋１０％より大きい光学厚さを有する第１群の第１材料層と、０．２５λ＋１０％より小さく０．２５λ−１０％より大きい光学厚さを有する第２群の第１材料層とが交互に配置された第１領域と、０．２５λ−１０％より小さい光学厚さを有し連続して配置された第３群の第１材料層を含む第２領域と、前記第１領域と第２領域との間に位置し、０．２５λ−１０％より小さい光学厚さを有する第１材料層、および０．２５λより大きい光学厚さを有する第１材料層を含む第３領域と、を含み、前記第１領域が前記第２領域より前記発光構造体により近くに位置する発光ダイオードチップが提供される。
【００２０】
本発明のまた別の実施例によれば、第１波長の光を放出する活性層を含む発光構造体と、前記発光構造体から放出された光を反射するように前記発光構造体の一側に配置された分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）と、を含み、前記ＤＢＲは交互に積層された低屈折率を有する第１材料層および高屈折率を有する第２材料層を含み、前記第１波長より７５ｎｍないし１２５ｎｍ範囲内の長さほど長い第２波長（λ）に対して、０．２５λ＋１０％より大きい光学厚さを有する第１群の第１材料層と、０．２５λ＋１０％より小さく０．２５λ−１０％より大きい光学厚さを有する第２群の第１材料層とが交互に配置された第１領域と、０．２５λ−１０％より小さい光学厚さを有し連続して配置された第３群の第１材料層を含む第２領域と、前記第１領域と第２領域との間に位置し、０．２５λ−１０％より小さい光学厚さを有する第１材料層、および０．２５λより大きい光学厚さを有する第１材料層を含む第３領域と、を含み、前記第１領域が前記第２領域より前記発光構造体により近くに位置する発光ダイオードチップが提供される。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、垂直に入射する光だけでなく、様々な入射角で入射する光に対して良好な反射率を有するＤＢＲを提供して、発光効率が改善された発光ダイオードチップを提供できる。特に、本発明の実施例によれば、ストップバンド内で入射角が増加することによって反射率の低いリップルが発生することを防止または緩和できるＤＢＲを提供でき、これにより、発光ダイオードチップの発光効率を改善できる。さらに、前記ＤＢＲを採択した発光ダイオードチップを用いることにより発光ダイオードパッケージおよびさらに照明装置の光効率を改善できる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】シミュレーションツールを用いて、ＤＢＲ１とＤＢＲ２とを重畳して相対的に広いストップバンドを有するＤＢＲを設計する過程を説明するためのシミュレーショングラフである。
【図２】基板下面に到達する光の入射角による相対光出力を表したグラフである。
【図３ａ】従来技術によって設計されたＤＢＲの入射角による反射率の変化を表しているシミュレーショングラフである。
【図３ｂ】従来技術によって設計されたＤＢＲの入射角による反射率の変化を表しているシミュレーショングラフである。
【図３ｃ】従来技術によって設計されたＤＢＲの入射角による反射率の変化を表しているシミュレーショングラフである。
【図４ａ】本発明の一実施例による発光ダイオードチップ（１００）を説明するための断面図である。
【図４ｂ】本発明のまた別の実施例による発光ダイオードチップ（２００）を説明するための断面図である。
【図５】本発明の一実施例によるＤＢＲ構造を説明するためにＴｉ０２／Ｓｉ０２ペアの位置別光学厚さを表すグラフである。
【図６ａ】本発明の一実施例によって設計されたＤＢＲの入射角による反射率の変化を表しているシミュレーショングラフである。
【図６ｂ】本発明の一実施例によって設計されたＤＢＲの入射角による反射率の変化を表しているシミュレーショングラフである。
【図６ｃ】本発明の一実施例によって設計されたＤＢＲの入射角による反射率の変化を表しているシミュレーショングラフである。
【図７ａ】光学厚さが相対的に大きい第１群の材料層と、相対的に小さい第２群の材料層とを互いに分離して配置した例を表している位置別光学厚さのグラフである。
【図７ｂ】光学厚さが相対的に大きい第１群の材料層と相対的に小さい第２群の材料層とを互いに混合して配置した例を表している位置別光学厚さのグラフである。
【図８】図７ａおよび図７ｂのＤＢＲの入射角による反射率を説明するためのグラフである。
【図９】本発明の一実施例によるＤＢＲを適用した発光ダイオードチップの光出力を説明するためのグラフである。
【図１０】本発明の一実施例による発光素子を適用した照明装置を説明するための分解斜視図である。
【図１１】本発明のまた別の実施例による発光素子を適用したディスプレイ装置を説明するための断面図である。
【図１２】本発明のまた別の実施例による発光素子を適用したディスプレイ装置を説明するための断面図である。
【図１３】本発明のまた別の実施例による発光素子をヘッドランプに適用した例を説明するための断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、添付した図面を参照して本発明の実施例を詳しく説明することにする。次に紹介する実施例は、当業者に本発明の思想を十分に伝達できるようにするために例として提供するものである。よって、本発明は、以下で説明する実施例に限定されなく、他の形態で具体化し得る。そして、図面において、構成要素の幅、長さ、厚さ等は、便宜のために誇張して表現し得る。明細書全体に亘って、同一の参照番号は同一の構成要素を表す。
【００２４】
本発明の一実施例による発光ダイオードチップは、活性層を含む発光構造体；および前記発光構造体から放出された光を反射するように前記発光構造体の一側に配置された分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）を含む。ここで、前記ＤＢＲは、交互に積層された低屈折率を有する第１材料層および高屈折率を有する第２材料層を含み、可視領域の中心波長（λ：５５４ｎｍ）に対して、０．２５λ＋１０％より大きい光学厚さを有する第１群の第１材料層と、０．２５λ＋１０％より小さく０．２５λ−１０％より大きい光学厚さを有する第２群の第１材料層とが交互に配置された第１領域；０．２５λ−１０％より小さい光学厚さを有し連続して配置された第３群の第１材料層を含む第２領域；および前記第１領域と第２領域との間に位置し、０．２５λ−１０％より小さい光学厚さを有する第１材料層および０．２５λより大きい光学厚さを有する第１材料層を含む第３領域を含む。また、前記第１領域が前記第２領域より前記発光構造体により近くに位置する。
【００２５】
第１領域内の第１材料層を０．２５λ＋１０％より大きい光学厚さを有する第１群と、０．２５λ付近の光学厚さを有する第２群に分離し、これらを交互に配置することによって中心波長（λ）付近および中心波長より長波長のスペクトル領域でのＤＢＲの反射特性を強化させることができる。これにより、ＤＢＲに入射する光の入射角が変わっても、ストップバンド内にリップル（ｒｉｐｐｌｅ）が発生することを防止できる。
【００２６】
また、第１領域と第２領域との間に第３領域を配置することによってスペクトル領域から中心領域付近でリップルが発生することを防止できる。
【００２７】
一方、第１領域を第２領域より発光構造体の近くに配置することが、広いスペクトル領域にかけて入射される光の反射効率を増加させることができる。これは、短波長の光が長波長の光よりＤＢＲ内でさらに深くに浸透するためであると理解できる。
【００２８】
さらに、前記第１群の第１材料層は、０．３λ＋１０％より小さい光学厚さを有する第１材料層を含み、前記第３群の第１材料層は、０．２λ−１０％より大きい光学厚さを有し得る。前記第１群の第１材料層は大体、０．３λ付近の光学厚さを有し、前記第３群の第１材料層は大体０．２λ付近の光学厚さを有する。よって、前記第１群の第１材料層は中心波長より長波長領域で反射率を高め、前記第３群の第１材料層は中心波長より短波長領域での反射率を高める。
【００２９】
本発明の実施例によれば、前記第１領域内の第１材料層の光学厚さの偏差が、前記第２領域内の第１材料層の光学厚さの偏差より大きい。第１領域内の第１材料層の光学厚さの偏差は、第１群の第１材料層と第２群の第１材料層との光学厚さをはっきり分離することによって増加する。
【００３０】
一方、前記第１領域内の第２材料層は、０．２５λ＋１０％より大きい光学厚さを有する第１群の第２材料層および０．２５λ−１０％より大きく０．２５λ＋１０％より小さい光学厚さを有する第２群の第２材料層を含み、前記第２領域内の第２材料層は、０．２５λ−１０％より小さい光学厚さを有し連続して配置された第３群の第２材料層を含み、前記第３領域内の第２材料層は０．２５λ−１０％より小さい第２材料層、および０．２５λより大きく０．２５λ＋１０％より小さい光学厚さを有する第２材料層を含む。
【００３１】
前記第１領域内で第２材料層、また、第１材料層と類似して２つの群に分けられる。第２材料層もまた、大体第１群の第２材料層と第２群の第２材料層とが交互に配置されてもよい。
【００３２】
さらに、前記第１群の第２材料層は、０．２５λ＋２０％より小さい光学厚さを有してもよい。また、前記第１群の第２材料層の光学厚さの平均値は、前記第１群の第１材料層の光学厚さの平均値より小さい。
【００３３】
一般的に、高屈折率を有する材料層は、低屈折率を有する材料層に比べて吸収率が高い特性を有する。よって、高屈折率を有する第２材料層の光学厚さを低屈折率を有する第１材料層の光学厚さより小さく制御することが、光吸収による損失を減らすことができる。特に、光学厚さが相対的に分厚い第１領域の第２材料層の厚さを相対的に小さくすることによって効果的に光吸収による損失を減らすことができる。
【００３４】
一方、前記第１領域内の第２材料層の光学厚さの偏差が前記第２領域内の第２材料層の光学厚さの偏差より大きい。第１領域内の第２材料層は、第１材料層と同様に光学厚さが互いに異なる２つの群に分けられる。これに対し、第２領域内の第２材料層は大体類似する光学厚さを有するため、厚さ偏差が相対的に小さい。
【００３５】
複数の実施例において、前記第３領域内の第２材料層は、０．２５λ＋１０％より大きい光学厚さを有する第２材料層をさらに含んでもよい。さらに、前記ＤＢＲは前記第３領域内に位置し、０．２５λ−１０％より大きく０．２５λより小さい光学厚さを有する第１材料層をさらに含んでもよい。
【００３６】
第１領域および第２領域に比べて、第３領域内に相対的に小さい層が含まれる。しかし、第３領域内に含まれる層は、第１領域や第２領域に比べて相対的に様々な光学厚さを有してもよい。
【００３７】
複数の実施例において、前記発光ダイオードチップは、前記発光構造体と前記ＤＢＲとの間に配置された基板をさらに含んでもよい。前記基板は、パターニングされたサファイア基板（ＰＳＳ）でもよい。ＤＢＲに入射される光は、大体２０度ないし５０度範囲の入射角で入射し、よって、本実施例によるＤＢＲによって高い反射率を維持できる。
【００３８】
一方、前記発光ダイオードチップは、前記基板と前記ＤＢＲとの間に前記ＤＢＲ内の第１材料層と同一の材料で形成され、前記第１材料層より相対的にさらに分厚い界面層をさらに含んでもよい。前記界面層は、前記基板底面の粗い表面が基板底面に形成されるＤＢＲに影響を及ぼすことを減少させる。
【００３９】
さらに、前記発光ダイオードチップは、前記界面層に対向して前記ＤＢＲの最終層上に位置するが、前記ＤＢＲ内の第１材料層と同一の材料で形成され、前記第１材料層より相対的にさらに分厚い表面層をさらに含んでもよい。前記表面層は、前記発光ダイオードチップをパッケージングするとき、発光ダイオードチップの実装面の粗い表面によってＤＢＲが損傷することを防止する。
【００４０】
複数の実施例において、前記発光ダイオードチップは、前記発光構造体を間にして前記ＤＢＲに対向して配置された基板をさらに含んでもよい。例えば、前記発光ダイオードチップはフリップ型でもよく、活性層で生成された光はＤＢＲから反射され基板を通じて外部に放出してもよい。
【００４１】
本発明の実施例において、前記活性層は青色光を生成し得る。特に、前記活性層は４２５ｎｍないし４７５ｎｍ範囲内の波長を有する光を放出することができ、特に、中心波長（５５４ｎｍ）に比べて約１００ｎｍ短い波長の青色光を放出できる。
【００４２】
本明細書において、"高屈折"および"低屈折"は、第１材料層と第２材料層とを対比して屈折率の差異を相対的に表したもので、低屈折率の第１材料層は高屈折率の第２材料層に比べて低い屈折率を有する。一実施例において、前記第１材料層はＳｉＯ２層であり、前記第２材料層はＴｉＯ２層でもよい。例えば、ＳｉＯ２層は約１．４７の屈折率を有し、ＴｉＯ２層は約２．４１の屈折率を有してもよい。しかし、前記第１材料層および第２材料層がＳｉＯ２層およびＴｉＯ２層に限定されるものではない。第１材料層および第２材料層が互いに異なる屈折率を有し、光透過性であれば、絶縁層だけでなく半導体層が第１材料層および第２材料層で用いられてもよい。但し、ＳｉＯ２層およびＴｉＯ２層のような誘電層は、光透過率が高く、蒸着が容易で、屈折率の差異が相対的に大きいため、より適している。
【００４３】
本発明のまた別の実施例による発光ダイオードチップは、第１波長の光を放出する活性層を含む発光構造体；および前記発光構造体から放出された光を反射するように前記発光構造体の一側に配置された分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）を含む。ここで、前記ＤＢＲは、交互に積層された低屈折率を有する第１材料層および高屈折率を有する第２材料層を含み、前記第１波長より７５ｎｍないし１２５ｎｍ範囲内の長さほど長い第２波長（λ）に対して、０．２５λ＋１０％より大きい光学厚さを有する第１群の第１材料層と、０．２５λ＋１０％より小さく０．２５λ−１０％より大きい光学厚さを有する第２群の第１材料層とが交互に配置された第１領域；０．２５λ−１０％より小さい光学厚さを有し連続して配置された第３群の第１材料層を含む第２領域；および前記第１領域と第２領域との間に位置し、０．２５λ−１０％より小さい光学厚さを有する第１材料層、および０．２５λより大きい光学厚さを有する第１材料層を含む第３領域を含み、前記第１領域が前記第２領域より前記発光構造体により近くに位置する。
【００４４】
本実施例による発光ダイオードチップは、ＤＢＲ設計の基準となる波長（λ）を活性層から放出される光の第１波長より７５ｎｍないし１２５ｎｍ範囲内の長さほど長い第２波長に設定したものである。前記第２波長は、例えば、前記第１波長より１００ｎｍ長い波長でもよい。活性層から放出される光の波長は活性層の材料によって変わり得る。よって、活性層から放出される光を効果的に反射させることと併せて、様々な入射角で入射する光に対して高い反射率を維持するために第１波長より１００ｎｍ長い第２波長（λ）を基準としてＤＢＲを製作できる。
【００４５】
以下、本発明の実施例を、図面を参照して詳しく説明する。
【００４６】
図４ａは、本発明の一実施例による発光ダイオードチップ（１００）を説明するための断面図である。
【００４７】
図４ａを参照すると、発光ダイオードチップ（１００）は、基板（２１）、発光構造体（３０）、およびＤＢＲ（４３）を含む。また、発光ダイオードチップ（１００）は、バッファー層（２３）、透明電極（３１）、第１電極パッド（３３）、第２電極パッド（３５）、電流遮断層（３９）、界面層（４１）および表面層（４５）を含んでもよい。
【００４８】
基板（２１）は、透明基板であれば特に限定されなく、例えば、サファイアまたはＳｉＣ基板でもよい。基板（２１）は、窒化ガリウム系列の化合物半導体層を成長させるのに適した成長基板でもよい。例えば、基板（２１）は、パターニングされたサファイア基板（ＰＳＳ）のように上部面に所定のパターンを有してもよい。パターニングされたサファイア基板は、基板（２１）底面に入射する光が大体２０度ないし５０度範囲内の入射角を有するため、本願発明のＤＢＲがより適し、その効果を発揮できる。
【００４９】
発光構造体（３０）は、基板（２１）上部に配置される。発光構造体（３０）は、第１導電型半導体層（２５）、第２導電型半導体層（２９）および前記第１および第２導電型半導体層（２５，２９）の間に介在する活性層（２７）を含む。ここで、第１導電型と第２導電型は、互いに反対の導電型で、第１導電型がｎ型であり、第２導電型がｐ型でもよく、またはその反対でもよい。
【００５０】
前記第１導電型半導体層（２５）、活性層（２７）および第２導電型半導体層（２９）は、窒化ガリウム系列の化合物半導体物質、つまり、（Ａｌ，Ｉｎ，Ｇａ）Ｎで形成されてもよい。前記活性層（２７）は、求められる波長の光、例えば、紫外線または青色光を放出するように組成元素および組成比が決められる。前記第１導電型半導体層（２５）および／または第２導電型半導体層（２９）は、図示したように、単一層に形成されてもよいが、多層構造に形成されてもよい。また、活性層（２７）は単一量子井戸または多重量子井戸構造に形成されてもよい。また、前記基板（２１）と第１導電型半導体層（２５）との間にバッファー層（２３）を介してもよい。
【００５１】
前記半導体層（２５，２７，２９）は、ＭＯＣＶＤまたはＭＢＥ技術を用いて形成することができ、フォトリソグラフィおよびエッチング工程を用いて前記第１導電型半導体層（２５）の一部領域が露出するようにパターニングすることができる。
【００５２】
一方、透明電極層（３１）は、第２導電型半導体層（２９）上に、例えば、ＩＴＯ、ＺｎＯまたはＮｉ／Ａｕで形成されてもよい。透明電極層（３１）は、第２導電型半導体層（２９）に比べて比抵抗が低いため、電流を分散させる。第１導電型半導体層（２５）上に第１電極パッド（３３）、例えば、ｎ−電極パッド（３３）が形成され、透明電極層（３１）上に第２電極パッド（３５）、例えば、ｐ−電極パッド（３５）が形成される。ｐ−電極パッド（３５）は図示したように、透明電極層（３１）によって第２導電型半導体層（２９）に電気的に接続することができる。
【００５３】
電流遮断層（３９）は、電極パッド（３５）と第２導電型半導体層（２９）との間に位置する。前記電流遮断層（３９）は、透明電極（３１）の下に位置してもよいが、これに制限されるものではなく、透明電極（３１）上に位置してもよい。電流遮断層（３９）が、透明電極（３１）と電極パッド（３５）との間に位置する場合、電極パッド（３５）は、延長部（図示していない）によって透明電極（３１）に電気的に接続できる。
【００５４】
前記電流遮断層（３９）は、活性層（２７）で生成され、電極パッド（３５）側に進行する光を反射させる。このような電流遮断層（３９）は、活性層（２７）で生成された光に対して高い反射率を有するように形成することができ、例えば、ＴｉＯ２とＳｉＯ２のような屈折率が互いに異なる誘電層を交互に積層した分布ブラッグ反射器で形成されてもよい。これにより、前記電極パッド（３５）によって光が吸収され、損失することを防止することによって、発光効率を改善できる。
【００５５】
ＤＢＲ（４３）は基板（２１）の下部に位置する。つまり、発光構造体（３０）とＤＢＲ（４３）との間に基板（２１）が配置される。前記ＤＢＲ（４３）は、第１屈折率（低屈折率）を有する第１材料層、例えば、ＳｉＯ２（ｎ：約１．４７）と第２屈折率（高屈折率）とを有する第２材料層、例えば、ＴｉＯ２（ｎ：約２．４１）を交互に積層することによって形成される。ＤＢＲ（４３）の具体的な積層構造については、図５を参照して後で詳しく説明する。
【００５６】
一方、基板（２１）とＤＢＲ（４３）との間に界面層（４１）を介してもよい。界面層（４１）は、第１材料層と同一材料の層、例えば、ＳｉＯ２層で形成されてもよい。界面層（４１）は、基板（２１）底面に形成されるＤＢＲ（４３）が、基板（２１）底面の表面状態によって影響を受けることを防止するためのもので、第１材料層より相対的に分厚く形成される。例えば、界面層（４１）は、３００ｎｍないし５００ｎｍの厚さの範囲で形成されてもよく、より具体的に、４００ｎｍで形成されてもよい。
【００５７】
さらに、ＤＢＲ（４３）の最終層で表面層（４５）がＤＢＲ（４３）を覆うことができる。表面層（４５）は、発光ダイオードチップ（１００）をパッケージングするとき、発光ダイオードチップ（１００）が実装される実装面の表面状態によってＤＢＲ（４３）が影響を受けることを緩和するためのもので、界面層（４１）と同様に相対的に分厚く形成される。例えば、表面層（４５）は、３００ｎｍないし５００ｎｍの厚さの範囲で形成することができ、さらに具体的に、４００ｎｍで形成することができる。
【００５８】
本実施例において、ＤＢＲ（４３）は、基板（２１）を間に置いて発光構造体（３０）に対向して配置される。活性層（２７）で生成された光は、ＤＢＲ（４３）で反射し発光ダイオードチップ（１００）の上方に放出される。
【００５９】
図４ｂは、本発明のまた別の実施例による発光ダイオードチップ（２００）を説明するための概略的な断面図である。
【００６０】
図４ｂを参照すると、本実施例において、ＤＢＲ（５３）はＤＢＲ（４７）と大体類似するが、発光構造体（３０）に対して基板（２１）に対向して配置される点で差異がある。ＤＢＲ（５３）は図示した通り、透明電極層（３１）を覆うことができ、第１導電型半導体層（２５）の露出面を覆うことができる。ＤＢＲ（５３）は、活性層（２７）で生成された光を基板（２１）側に反射させる。ＤＢＲ（５３）の具体的な構造については、図５を参照して後で詳しく説明する。
【００６１】
前記発光ダイオードチップ（２００）は、例えば、フリップチップ型発光ダイオードチップでもよい。よって、透明電極層（３１）、ｎ−電極パッド（３３）およびｐ−電極パッド（３５）の具体的な形状および位置は、フリップチップ型発光ダイオードチップに合わせて変形してもよい。
【００６２】
図４ａおよび図４ｂを参照して説明した通り、ＤＢＲ（４３，５３）は、基板（２１）下面または発光構造体（３０）上部に形成されてもよい。図示はしていないが、ＤＢＲは、基板（２１）と発光構造体（３０）との間に位置してもよい。この場合、ＤＢＲは、例えば、半導体層を用いて形成することもできる。
【００６３】
図５は、本発明の一実施例によるＤＢＲ構造を説明するために、第１材料層／第２材料層（ＳｉＯ２／ＴｉＯ２）ペアの位置別光学厚さを表すグラフである。ここで、光学厚さは、可視領域の中心波長（λ：５５４ｎｍ）に対する厚さである。
【００６４】
第１材料層と第２材料層の形成順序は、特に重要ではなく、具体的な状況によって変更できる。例えば、図４ａの実施例のように、第１材料層（例、ＳｉＯ２）と同一材料の界面層（４１）が形成される場合、ＤＢＲ（４３）の一つ目の層は第２材料層でもよい。これとは異なり、界面層（４１）が省略された場合、ＤＢＲ（４３）の一つ目の層は第１材料層でもよい。また、図４ｂの実施例のように界面層（４１）を必要としない場合、ＤＢＲ（５３）の一つ目の層は第１材料層または第２材料層のいずれでもよい。一般的に、ＳｉＯ２層の接着力がＴｉＯ２層より優れるため、基板（２１）または発光構造体（３０）に接着される層をＳｉＯ２層にすることができる。
【００６５】
一方、ＤＢＲ（４３または５３）の表面に形成される表面層（４５）は、ＤＢＲ（４３，５３）を保護する機能を遂行するために相対的に分厚く形成され、第１材料層と同一材料で形成されてもよい。よって、表面層（４５）を除いたＤＢＲ（４３）の最終層は、一般的に、第２材料層になり、この層は、ペアを形成できないこともある。
【００６６】
図５は、界面層（４１）および表面層（４５）の間に介在するＤＢＲ（４３）で、一つ目の層および最終層が第２材料層（ＴｉＯ２層）であることを表している。よって、第２材料層（ＴｉＯ２層）／第１材料層（ＳｉＯ２層）の順序でペアをなし、最後の第２材料層はペアを形成しない。
【００６７】
一方、図５を参照すると、ＤＢＲの構造は、第１領域、第２領域および第３領域ではっきり区分されることを確認できる。ここで、第１領域が、第２領域より発光構造体（３０）により近くに配置され、第３領域は、第１領域と第２領域との間に配置される。
【００６８】
（第１領域）
第１領域は、中心波長（λ）付近および中心波長より長波長のスペクトル領域での反射率を高めるために設けられる。よって、第１領域の第１材料層および第２材料層の光学厚さは、大体０．２５λ付近または０．２５λより大きい。
【００６９】
具体的に、第１領域において、第１材料層（ＳｉＯ２層）は、０．２５λ＋１０％より大きい光学厚さを有する第１群の第１材料層と、０．２５λ＋１０％より小さく０．２５λ−１０％より大きい光学厚さを有する第２群の第１材料層とに分けられる。これら第１群の第１材料層および第２群の第１材料層は交互に配置される。図５に図示した通り、相対的に分厚い第１群の第１材料層と相対的に薄い第２群の第１材料層とが交互に配置される。第１群の第１材料層が先に形成され得るが、これに制限されるものではなく、第２群の第１材料層が先に形成されてもよい。
【００７０】
さらに、前記第１群の第１材料層は、大体０．３λ＋１０％より小さい光学厚さを有する。本実施例において、第１群の第１材料層は５つの層を含み、一つ目の層を除いた４つの層が０．３λ＋１０％より小さい光学厚さを有することが分かる。
【００７１】
一方、前記第１領域内の第２材料層（例、ＴｉＯ２層）は、０．２５λ＋１０％より大きい光学厚さを有する第１群の第２材料層および０．２５λ−１０％より大きく０．２５λ＋１０％より小さい光学厚さを有する第２群の第２材料層を含む。
【００７２】
第１群の第２材料層および第２群の第２材料層もまた、光学厚さがはっきり分けられる。さらに、これら第１群の第２材料層および第２群の第２材料層がすべて交互に配置されるわけではなく、大部分交互に配置されることが分かる。
【００７３】
一方、第１群の第２材料層は、大体、第１群の第１材料層より小さい光学厚さを有する。また、前記第１群の第２材料層の光学厚さの平均値は、前記第１群の第１材料層の光学厚さの平均値より小さい。相対的に高屈折率を有する第２材料層が相対的に低屈折率を有する第１材料層より光吸収率が大きいため、第１群の第２材料層を相対的に薄く形成することによって光損失を減らすことができる。
【００７４】
前記第１群の第２材料層は、０．２５λ＋２０％（つまり、０．３λ）より小さい光学厚さを有し得る。これに対し、第１群の第１材料層は大体０．２５λ＋２０％より大きい光学厚さを有する。
【００７５】
一方、第２群の第２材料層もまた、光損失を防止するために第２群の第１材料層より小さい光学厚さを有し得るが、第１群の第２材料層に比べて光学厚さが相対的に小さいため、厚さを減少しても光損失を減らすのにさほど効果がない。よって、第２群の第２材料層と第２群の第１材料層は大体類似する光学厚さを有し得る。
【００７６】
（第２領域）
第２領域は、中心波長（λ）より短波長のスペクトル領域での反射率を高めるために設けられる。よって、第２領域の第１材料層および第２材料層の光学厚さは、大体０．２５λより小さい。
【００７７】
具体的に、第２領域は、０．２５λ−１０％より小さい光学厚さを有し連続して配置された第３群の第１材料層を含む。さらに、前記第３群の第１材料層は、０．２λ−１０％より大きい光学厚さを有する。
【００７８】
図５から明確に分かるように、第２領域内の第１材料層の光学厚さ偏差は、第１領域内の第１材料層の光学厚さ偏差より小さい。第１領域内の第１群の第１材料層および第２群の第１材料層は互いにはっきり異なる光学厚さを有するため、大体類似する光学厚さを有する第２領域内の第１材料層に比べて光学厚さ偏差が相対的に大きくなる。
【００７９】
一方、前記第２領域内の第２材料層は０．２５λ−１０％より小さい光学厚さを有し連続して配置された第３群の第２材料層を含む。第２領域内で一つ目の第２材料層（つまり、１３番目のペアの第２材料層）のみ０．２５λ−１０％より大きい光学厚さを有し、その他の第２材料層は全て０．２５λ−１０％より小さい光学厚さを有する。
【００８０】
（第３領域）
第３領域は、第１領域と第２領域との間に配置され、互いに異なる反射帯域を有するＤＢＲを互いに重畳するときに発生するリップルを除去するために配置される。
【００８１】
第３領域は、大体小さい数のペアからなる。図５から分かる通り、本実施例において、第１領域が最も多い数のペアで構成され、第３領域が最も小さい数のペアで構成される。
【００８２】
具体的に、第３領域は、０．２５λ−１０％より小さい光学厚さを有する第１材料層および０．２５λより大きい光学厚さを有する第１材料層を含む。さらに、第３領域は、０．２５λ−１０％より大きく０．２５λより小さい光学厚さを有する第１材料層を含んでもよい。
【００８３】
また、前記第３領域内の第２材料層は、０．２５λ−１０％より小さい第２材料層および０．２５λより大きく０．２５λ＋１０％より小さい光学厚さを有する第２材料層を含んでもよい。さらに、第３領域内の第２材料層は、０．２５λ＋１０％より大きい光学厚さを有する第２材料層をさらに含んでもよい。
【００８４】
相対的に少ない数のペアで構成された第３領域において、第１材料層および第２材料層は、第１領域および第２領域内の材料層に比べて相対的に様々な光学厚さを有するように構成される。
【００８５】
本実施例によれば、発光構造体（３０）に相対的に近くに配置され長波長領域の光を反射させる第１領域の第１および第２材料層を、相対的に分厚い光学厚さを有する第１群と、相対的に小さい光学厚さを有する第２群とに分けることによって入射角が増加することによってストップバンド内に発生するリップルを除去できる。
【００８６】
本実施例において、第１領域が９つのペアで構成され、第２領域が７．５つのペアで構成され、第３領域が３つのペアで構成されるが、ペア数は変更し得る。但し、第１領域内のペア数が他の領域よりさらに多い方が、長波長領域の反射率を補強するのに有利である。
【００８７】
ＤＢＲを構成する各層の光学厚さはＭａｃｌｅｏｄやＦｉｌｍｓｔａｒのようなシミュレーションツールを用いて調整できる。また、ＤＢＲの各材料層は、イオンアシスト蒸着装備を用いて基板（２１）の底面または発光構造体（３０）上部に形成されてもよい。
【００８８】
図６ａ、６ｂおよび６ｃは、本発明の一実施例によって設計されたＤＢＲの入射角による反射率変化を表しているシミュレーショングラフである。
【００８９】
ここで、ＤＢＲの具体的な各材料層の光学厚さは、図５のグラフに表した通りである。また、ＳｉＯ２界面層（４１）４００ｎｍ、ＳｉＯ２表面層（４５）４００ｎｍを追加して入射角による反射特性変化をシミュレーションし、これを０度入射角グラフと一緒に表した。
【００９０】
図６ａ、６ｂおよび６ｃを参照すると、本実施例によるＤＢＲは、入射角０度の光に対して約４１０ｎｍないし７００ｎｍのスペクトル領域で９０％以上の反射率を表す。よって、発光ダイオードチップが蛍光体と併せて用いられる場合、蛍光体で生成された光が発光ダイオードチップで入射するときのそれらの光もまた、ＤＢＲを用いて反射させることができる。
【００９１】
一方、入射角が２０度、２５度および３０度で増加するにつれてストップバンドが短波長側に移動し、その幅が減少することを確認できる。しかし、依然として約５５０ｎｍの波長でもほぼ１００％の反射率を維持し、さらに、ストップバンド内でリップルが発生しないことを確認できる。
【００９２】
よって、本実施例によるＤＢＲは、例えば、４２０ｎｍないし５００ｎｍの間の青色光を放出する発光ダイオードチップで光を効果的に反射させるために用いることができる。
【００９３】
一方、本実施例において、ＤＢＲの第１領域内で、光学厚さが相対的に分厚い第１群の第１材料層と光学厚さが相対的に薄い第２群の第１材料層とが交互に配置され、光学厚さが相対的に分厚い第１群の第２材料層と、光学厚さが相対的に薄い第２群の第２材料層もまた大体交互に配置される。このように、光学厚さが互いに異なる第１材料層および第２材料層を交互に配置することによって、第１群と第２群とを互いに分離した場合に比べてさらに優れた反射特性を表すＤＢＲを作製できる。これに対して、図７および図８を参照して付加説明する。
【００９４】
図７ａは、光学厚さが相対的に大きい第１群の材料層と相対的に小さい第２群の材料層とを互いに分離して配置した例を表している位置別光学厚さのグラフである。図７ｂは、光学厚さが相対的に大きい第１群の材料層と相対的に小さい第２群の材料層とを互いに混合して配置した例を表している位置別光学厚さのグラフである。
【００９５】
０．３λの光学厚さを有する第１群の第１材料層および第２材料層と、０．２５λの光学厚さを有する第２群の第１材料層および第２材料層は、様々な方法で配置できる。例えば、第１群と第２群とが互いに分離するように配置されてもよく（図７ａ）、第１群と第２群とが交互に配置されてもよい（図７ｂ）。ここでは、８．５ペアでＤＢＲを構成した。
【００９６】
図８は、図７ａおよび図７ｂのＤＢＲの入射角による反射率を説明するためのグラフである。
【００９７】
図８を参照すると、図７ａによるＤＢＲの０度入射角に対する反射率（ａ−０度）ははっきりとした境を有しないストップバンドを表している。これに対し、図７ｂによるＤＢＲの０度入射角に対する反射率（ｂ−０度）ははっきりとした境を有するストップバンドを表している。このようなストップバンドの形状は、入射角３０度に対しても互いにａ−３０度とｂ−３０度で表したように、図７ｂによるＤＢＲが相対的にさらにはっきりとした境を表す。
【００９８】
よって、光学厚さが互いに異なる材料層を配置する場合、分厚い材料層と薄い材料層とを互いに交互に配置することが反射特性を強化できることが分かる。
【００９９】
一方、従来技術および本実施例によって設計されたＤＢＲの構造を用い、ＦＤＴＤ数値分析を用いてチップレベルおよびパッケージレベルでの光抽出効率を分析した。ＤＢＲは、基板下面に位置するものと設定し、他の構成要素は実際用いられる発光ダイオードチップの実際数値を用いた。
【０１００】
これによれば、チップレベルで全体光抽出効率が従来のＤＢＲを用いた場合（６３．１０％）に比べ、本実施例によるＤＢＲを用いた場合（６３．３５％）で約０．２５％増加することを確認できた。併せて、チップレベルで基板下部に透過して放出される光は従来技術で０．３５％である一方で、本実施例で０．１５％減少した。また、パッケージレベルで全体光抽出効率は、従来のＤＢＲを用いた場合（６５％）に比べて本実施例によるＤＢＲを用いた場合（６５．５３％）で約０．５３％増加することを確認できた。このような光抽出効率の増加は、全ての条件を同一にし、ＤＢＲのみを変更して発生したもので相当意味のある結果である。
【０１０１】
一方、従来技術によるＤＢＲ（比較例）および本実施例によるＤＢＲ（実施例）を実際の発光ダイオードチップに適用して、チップレベルでの光出力を比較して図９に表した。
【０１０２】
図９を参照すると、２０ｍＡで比較例は、平均８０．８３ｍＷの光出力を表し、実施例は、８１．９１ｍＷの光出力を表した。よって、ＤＢＲの設計を変更することによって発光ダイオードチップの光抽出効率を改善でき、それによって、発光ダイオードチップの光出力を増加させられることを確認できた。
【０１０３】
本実施例において、可視領域の中心波長である約５５４ｎｍを基準としてＤＢＲの各材料層の光学厚さを設定した。発光ダイオードチップから放出される光の波長が青色光である場合、入射角が増加することによってストップバンドが短波長側に移動することを考慮すると、中心波長を可視領域の中心波長に設定することは意味がある。さらに、発光ダイオードチップが蛍光体と併せて用いられる場合、蛍光体から放出される光に対する反射を考慮すると、中心波長を基準としてＤＢＲを設計する必要がある。
【０１０４】
しかし、本発明は、発光ダイオードチップが青色光を放出するものに制限されるものではなく、また、蛍光体が併せて用いられるものに限定されるものでもない。よって、本発明は、紫外線を放出する発光ダイオードチップにも適用でき、この場合、可視領域の中心波長の代わりに、発光ダイオードチップから放出される光の波長（第１波長）を考慮して新たな基準波長（第２波長）を選択できる。
【０１０５】
第２波長は、第１波長に比べて７５ｎｍないし１２５ｎｍ範囲内の波長ほど長い長波長でもよい。入射角が増加することによってストップバンドが短波長側に移動しても、第２波長を上の通り設定することによって発光ダイオードチップから放出される光に対して高い反射率を維持することができる。第２波長が第１波長に比べて７５ｎｍ未満の長波長である場合、第１波長と第２波長とが近すぎるために入射角が増加することによって第１波長の光に対する反射率が減少し得る。また、第２波長が第１波長に比べて１２５ｎｍ以上長い長波長の場合、０度入射角で第１波長に対する反射率の高いＤＢＲを作製することが難しい。具体的に、前記第２波長は第１波長に比べて約１００ｎｍ長い波長でもよい。
【０１０６】
中心波長（５５４ｎｍ）の代わりに前記第２波長を基準に設定する以外に、第１材料層および第２材料層の光学厚さは、前述の実施例で説明した通りに設定することができる。
【０１０７】
一方、第１材料層および第２材料層としてＳｉＯ２とＴｉＯ２を例に挙げたが、本発明はこれらの材料層に限定されるものではなく、他の絶縁層または半導体層が用いられてもよい。
【０１０８】
図１０は、本発明の一実施例による発光素子（発光ダイオードチップ）を適用した照明装置を説明するための分解斜視図である。
【０１０９】
図１０を参照すると、本実施例による照明装置は、拡散カバー（１０１０）、発光素子モジュール（１０２０）およびボディ部（１０３０）を含む。ボディ部（１０３０）は、発光素子モジュール（１０２０）を収容でき、拡散カバー（１０１０）は発光素子モジュール（１０２０）の上部をカバーできるようにボディ部（１０３０）上に配置してもよい。
【０１１０】
ボディ部（１０３０）は、発光素子モジュール（１０２０）を収容および支持し、発光素子モジュール（１０２０）に電気的電源を供給できる形態であれば、制限されない。例えば、図示した通り、ボディ部（１０３０）はボディケース（１０３１）、電源供給装置（１０３３）、電源ケース（１０３５）および電源接続部（１０３７）を含んでもよい。
【０１１１】
電源供給装置（１０３３）は、電源ケース（１０３５）内に収容され、発光素子モジュール（１０２０）と電気的に連結され、少なくとも一つのＩＣチップを含んでもよい。前記ＩＣチップは発光素子モジュール（１０２０）で供給される電源の特性を調節、変換または制御できる。電源ケース（１０３５）は電源供給装置（１０３３）を収容して支持することができ、電源供給装置（１０３３）がその内部に固定された電源ケース（１０３５）は、ボディケース（１０３１）の内部に位置できる。電源接続部（１１５）は、電源ケース（１０３５）の下段に配置され、電源ケース（１０３５）と結束できる。これにより、電源接続部（１０３７）は、電源ケース（１０３５）内部の電源供給装置（１０３３）と電気的に連結され、外部電源が電源供給装置（１０３３）に供給できる通路の役割をする。
【０１１２】
発光素子モジュール（１０２０）は、基板（１０２３）および基板（１０２３）上に配置された発光素子（１０２１）を含む。発光素子モジュール（１０２０）は、ボディケース（１０３１）上部に設けられ、電源供給装置（１０３３）に電気的に連結できる。
【０１１３】
基板（１０２３）は、発光素子（１０２１）を支持できる基板であれば制限されなく、例えば、配線を含む印刷回路基板でもよい。基板（１０２３）は、ボディケース（１０３１）に安定的に固定されるようにボディケース（１０３１）上部の固定部に対応する形態を有し得る。発光素子（１０２１）は、上述の本発明の実施例による発光素子のうち、少なくとも一つを含んでもよい。
【０１１４】
拡散カバー（１０１０）は、発光素子（１０２１）上に配置されるが、ボディケース（１０３１）に固定され、発光素子（１０２１）をカバーできる。拡散カバー（１０１０）は、透過性材質を有し得、拡散カバー（１０１０）の形態および光透過性を調節して照明装置の指向特性を調節できる。よって、拡散カバー（１０１０）は、照明装置の利用目的および適用態様によって様々な形態に変形できる。
【０１１５】
図１１は、本発明のまた別の実施例による発光素子を適用したディスプレイ装置を説明するための断面図である。
【０１１６】
本実施例のディスプレイ装置は、表示パネル（２１１０）、表示パネル（２１１０）に光を提供するバックライトユニットおよび前記表示パネル（２１１０）の下部端部を支持するパネルガイドを含む。
【０１１７】
表示パネル（２１１０）は特に制限されなく、例えば、液晶層を含む液晶表示パネルでもよい。表示パネル（２１１０）の端部には、前記ゲートラインに駆動信号を供給するゲート駆動ＰＣＢがさらに位置できる。ここで、ゲート駆動ＰＣＢは別途のＰＣＢに構成されなく、薄膜トランジスタ基板上に形成されてもよい。
【０１１８】
バックライトユニットは、少なくとも一つの基板および複数の発光素子（２１６０）を含む光源モジュールを含む。さらに、バックライトユニットは、ボトムカバー（２１８０）、反射シート（２１７０）、拡散プレート（２１３１）および光学シート（２１３０）をさらに含んでもよい。
【０１１９】
ボトムカバー（２１８０）は上部で開口し、基板、発光素子（２１６０）、反射シート（２１７０）、拡散プレート（２１３１）および光学シート（２１３０）を収納できる。また、ボトムカバー（２１８０）はパネルガイドと結合できる。基板は反射シート（２１７０）の下部に位置し、反射シート（２１７０）に囲まれた形態で配置されてもよい。但し、これに限定されなく、反射物質が表面にコーティングされている場合には、反射シート（２１７０）上に位置してもよい。また、基板は複数形成され、複数の基板が並んで配置された形態で配置されてもよいが、これに限定されなく、単一の基板で形成されてもよい。
【０１２０】
発光素子（２１６０）は、上述の本発明の実施例による発光素子のうち少なくとも一つを含んでも良い。発光素子（２１６０）は、基板上に一定のパターンで規則的に配列できる。また、それぞれの発光素子（２１６０）上にはレンズ（２２１０）が配置され、複数の発光素子（２１６０）から放出される光の均一性を向上させることができる。拡散プレート（２１３１）および光学シート（２１３０）は、発光素子（２１６０）上に位置する。発光素子（２１６０）から放出された光は拡散プレート（２１３１）および光学シート（２１３０）を経て面光源形態で表示パネル（２１１０）に供給されてもよい。
【０１２１】
このように、本発明の実施例による発光素子は、本実施例のような直下型ディスプレイ装置に適用できる。
【０１２２】
図１２は、本発明のまた別の実施例による発光素子（発光ダイオードチップ）を適用したディスプレイ装置を説明するための断面図である。
【０１２３】
本実施例によるバックライトユニットが備えられたディスプレイ装置は、映像がディスプレイされる表示パネル（３２１０）、表示パネル（３２１０）の背面に配置され、光を照射するバックライトユニットを含む。さらに、前記ディスプレイ装置は、表示パネル（３２１０）を支持し、バックライトユニットが収納されるフレーム（２４０）および前記表示パネル（３２１０）を包むカバー（３２４０，３２８０）を含む。
【０１２４】
表示パネル（３２１０）は特に制限されなく、例えば、液晶層を含む液晶表示パネルでもよい。表示パネル（３２１０）の端部には前記ゲートラインに駆動信号を供給するゲート駆動ＰＣＢをさらに位置できる。ここで、ゲート駆動ＰＣＢは別途のＰＣＢに構成されなく、薄膜トランジスタ基板上に形成されてもよい。表示パネル（３２１０）はその上下部に位置するカバー（３２４０，３２８０）によって固定され、下部に位置するカバー（３２８０）はバックライトユニットと結束できる。
【０１２５】
表示パネル（３２１０）に光を提供するバックライトユニットは、上面の一部が開口された下部カバー（３２７０）、下部カバー（３２７０）の内部一側に配置された光源モジュールおよび前記光源モジュールと並んで位置され、点光を面光に変換する導光板（３２５０）を含む。また、本実施例のバックライトユニットは導光板（３２５０）上に位置し、光を拡散および集光させる光学シート（３２３０）、導光板（３２５０）の下部に配置され、導光板（３２５０）の下部方向に進行する光を表示パネル（３２１０）方向に反射させる反射シート（３２６０）をさらに含んでもよい。
【０１２６】
光源モジュールは、基板（３２２０）および前記基板（３２２０）の一面に一定間隔で離隔して配置された複数の発光素子（３１１０）を含む。基板（３２２０）は発光素子（３１１０）を支持し、発光素子（３１１０）に電気的に連結されたものであれば制限されなく、例えば、印刷回路基板でもよい。発光素子（３１１０）は上述の本発明の実施例による発光素子を少なくとも一つ含み得る。光源モジュールから放出された光は導光板（３２５０）に入射し、光学シート（３２３０）によって表示パネル（３２１０）に供給される。導光板（３２５０）および光学シート（３２３０）によって発光素子（３１１０）から放出された点光源が面光源に変形されてもよい。
【０１２７】
このように、本発明の実施例による発光素子は、本実施例のようなエッジ型ディスプレイ装置に適用できる。
【０１２８】
図１３は、本発明のまた別の実施例による発光素子（発光ダイオードチップ）をヘッドランプに適用した例を説明するための断面図である。
【０１２９】
図１３を参照すると、前記ヘッドランプは、ランプボディ（４０７０）、基板（４０２０）、発光素子（４０１０）およびカバーレンズ（４０５０）を含む。さらに、前記ヘッドランプは、放熱部（４０３０）、支持ラック（４０６０）および連結部材（４０４０）をさらに含んでもよい。
【０１３０】
基板（４０２０）は、支持ラック（４０６０）によって固定され、ランプボディ（４０７０）上に離隔配置される。基板（４０２０）は、発光素子（４０１０）を支持できる基板であれば制限されなく、例えば、印刷回路基板のような導電パターンを有する基板でもよい。発光素子（４０１０）は基板（４０２０）上に位置し、基板（４０２０）によって支持および固定できる。また、基板（４０２０）の導電パターンによって発光素子（４０１０）は外部の電源と電気的に連結されてもよい。また、発光素子（４０１０）は、上述の本発明の実施例による発光素子を少なくとも一つ含み得る。
【０１３１】
カバーレンズ（４０５０）は、発光素子（４０１０）から放出される光が移動する経路上に位置する。例えば、図示した通り、カバーレンズ（４０５０）は、連結部材（４０４０）によって発光素子（４０１０）から離隔して配置されてもよく、発光素子（４０１０）から放出された光を提供しようとする方向に配置されてもよい。カバーレンズ（４０５０）によってヘッドランプから外部に放出される光の指向角および／またはカラーが調節できる。一方、連結部材（４０４０）は、カバーレンズ（４０５０）を基板（４０２０）と固定させるとともに、発光素子（４０１０）を囲むように配置し、発光経路（４０４５）を提供する光ガイドの役割をすることもできる。このとき、連結部材（４０４０）は光反射性物質で形成されるか、光反射性物質でコーティングされてもよい。一方、放熱部（４０３０）は放熱ピン（４０３１）および／または放熱ファン（４０３３）を含んでもよく、発光素子（４０１０）の駆動時に発生する熱を外部に放出させる。
【０１３２】
このように、本発明の実施例による発光素子は本実施例のようなヘッドランプ、特に、車両用ヘッドランプに適用できる。
【０１３３】
以上、本発明の様々な実施例について説明したが、上述の様々な実施例および特徴に本発明が限定されるものではなく、本発明の特許請求の範囲による技術的事項から外れない範囲内で様々な変形と変更が可能である。
【符号の説明】
【０１３４】
２１：基板、２３：バッファー層、２５：第１導電型半導体層、２７：活性層、２９：第２導電型半導体層、３０：発光構造体、３１：透明電極、３３：第１電極パッド、３５：第２電極パッド、３９：電流遮断層、４１：界面層、４３：ＤＢＲ、４５：表面層、４７：ＤＢＲ、５３：ＤＢＲ、１００：発光ダイオードチップ、２００：発光ダイオードチップ、２４０：フレーム、１０１０：拡散カバー、１０２０：発光素子モジュール、１０２１：発光素子、１０２３：基板、１０３０：ボディ部、１０３１：ボディケース、１０３３：電源供給装置、１０３５：電源ケース、１０３７：電源接続部、２１１０：表示パネル、３１１０：発光素子、３２１０：表示パネル、３２２０：基板、３２３０：光学シート、３２４０：カバー、３２５０：導光板、３２６０：反射シート、３２７０：カバー、３２８０：カバー、４０１０：発光素子、４０２０：基板、４０３０：放熱部、４０３１：放熱ピン、４０３３：放熱ファン、４０４０：連結部材、４０５０：カバーレンズ、４０６０：支持ラック、４０７０：ランプボディ
【図１】
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【図２】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図３ｃ】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図５】
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【図６ａ】
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【図６ｂ】
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【図６ｃ】
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【図７ａ】
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【図７ｂ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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