KR100525540B1 - 발광 다이오드의 반사 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 발광 다이오드 반사 구조는 사파이어 기판의 상측에 형성되는 발광 다이오드; 상기 발광 다이오드로부터 조광되는 빛을 반사시키는 반사층, 접착층, 금이 포함되어 상기 반사층을 보호하고 접착성 및 광휘도를 높이는 보호층을 상기 사파이어 기판의 하측면으로부터 순차적으로 적층시키는 다층구조의 반사막; 반사막의 하측에 형성되는 플레이트; 및 상기 반사막과 상기 플레이트가 접착되도록 하기 위한 접착 페이스트가 포함되는 것을 특징으로 하고, 상기 반사막은 웨이퍼 상에서 분리되는 상기 발광 다이오드 간의 경계역을 기준으로 경계홈을 형성하여 다수개로 이격되어 적층되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서의 반사막은 견고하게 고정될 수 있어 장시간 사용하더라도 박리되거나, 열화되지 않고, 안정되게 동작될 수 있다. 또한, 웨이퍼의 분리경계역을 기준으로 반사막이 분리공간을 두어 이격되어 형성됨으로써, 발광 다이오드가 스크라이브/브레이크되는 경우 정렬라인의 문제가 발생되지 않고, 같은 공정중에 메탈 스컴 또한 발생되지 않으므로, 발광 다이오드의 제조 공정이 단순화되고, 발광 다이오드의 신뢰성이 한층 더 향상되는 효과가 있다.

Description

발광 다이오드의 반사 구조{Reflecting structure of light emitting diode}

본 발명은 발광 다이오드의 반사 구조 및 그 반사 구조에 제조 방법에 관한 것으로서, 상세히는, 발광 다이오드에서 생성되는 빛이 다이오드 자체 또는 부속되는 구조로 흡수되지 않고, 보다 많은 빛이 외부로 방출될 수 있도록 하기 위한, 발광 다이오드의 반사 구조 및 반사 구조의 형성 방법에 관한 것이다.

근래들어 발광 다이오드가 청색, 적색, 녹색 삼색의 구현이 모두 가능함으로써, 발광 다이오드의 사용처는 디스플레이 장치등에 까지 확장되고 있는 실정이다. 이러한 배경 하에서 수요자는 광도 향상을 위하여 보다 높은 휘도의 발광 다이오드를 구현하기 위하여 그 노력을 경주하고 있다.

한편, 보다 높은 휘도를 구현하기 위하여 발광 다이오드 자체의 광량의 증가또한 연구되고 있지만, 이미 생성된 빛이 보다 완벽하게 외부로 방출될 수 있는 광의 반사 구조에 대해서도 또한 그 연구가 행하여지고 있다.

도 1 및 도 2는 종래 다이오드의 제조 공정을 설명하는 도면이다

도 1을 참조하면, 사파이어 기판(1)의 상면에 다수의 반도체가 적층되는 반도체 층(2)의 웨이퍼가 형성되고, 상기 웨이퍼가 일정한 거리 간격으로 포토 에칭공정, 전극형성, 래핑/폴리싱(lapping/polishing)등이 수행된 뒤에, 소자 별로 절단되어 사용된다.

도 3은 종래 발광 다이오드의 반사 구조를 설명하기 위한 도면이다.

도 3을 참조하면, 사파이어 기판(1)과, 반도체층(2)이 형성되고, 상기 반도체층(2)의 상면에는 두개의 전극(3)(4)이 형성되고, 상기 전극(3)(4)과 연결되어 전류가 인입되는 와이어(5)(6)가 포함된다.

특히, 상기 사파이어 기판(1)의 하측에는 발광 다이오드가 놓이는 플레이트(7)가 놓이고, 상기 사파이어 기판(1)과 플레이트(7)와의 접촉면에는 Ag 페이스트(8)가 형성된다. 상기 Ag 페이스트(8)는 순수 Ag(은)이 70%, 플라스틱 수지류가 30%로 조성되어, 발광 다이오드가 플레이트에 본딩될 때, 플레이트(7)와 사파이어 기판(1)의 사이에 개재되어 접착력이 발생되도록 하고, Ag 페이스트(8)의 은에 의해서 발광 다이오드에서 생성된 빛이 반사되어 외부로 방출되도록 한다.

한편, 상기 플레이트(7)는 골드 플레이트가 사용되어 전극용으로 사용되어, 상기 발광 다이오드가 다이 본딩될 수도 한다.

그러나, 상기된 Ag 페이스트(8)는 플라스틱 류가 포함되어 있기 때문에, 그 자체가 빛을 흡수하는 성질이 있어, 빛을 반사하기 위한 용도로서는 적합하지 않다. 그리고, 사파이어 기판(1)의 배면에 있는 이물질과 반응을 일으켜 박리가 되는 일도 잦다.

이와는 다른 반사막의 형성 기술로서, 플립칩 기판이 소개된 바가 있다. 그러나, 플립칩 기판이 적용되기 위해서는 최적 반사막 및 전극 형성 조건과 플립칩 공정을 위한 장비가 별도로 필요하고, 일반적으로 솔더를 적용한 표면 실장형 기술이 추가됨으로서, 발광 다이오드 칩 제작의 수율면과 가격면에서 문제점이 있다. 나아가, 표면 실장 기술에 사용되는 솔더볼을 제조하는 기술은 솔더볼의 크기가 작기 때문에 일반적인 가공방법으로는 제작하기가 난이한 등 문제가 있어, 정전방지와 같은 특별한 기능외에는 플립 칩을 적용하지 않고 있는 추세이다.

본 발명은 상기된 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 발광 다이오드의 배면에 이격 공간을 두어 분리되고 다층구조를 가지는 반사막을 별도로 형성하여, 발광 다이오드의 휘도를 향상시키는 것을 목적으로 한다. 본 발명의 또 다른 목적은, 종래 플레이트에 고정되는 방식이 그대로 적용되면서도 반사막을 적용할 수 있도록 하는 발광 다이오드의 반사 구조를 제안한다.

삭제

본 발명에 따른 발광 다이오드의 반사 구조는 사파이어 기판의 상측에 형성되는 발광 다이오드; 상기 발광 다이오드로부터 조광되는 빛을 반사시키는 반사층, 접착층, 금이 포함되어 상기 반사층을 보호하고 접착성 및 광휘도를 높이는 보호층을 상기 사파이어 기판의 하측면으로부터 순차적으로 적층시키는 다층구조의 반사막; 반사막의 하측에 형성되는 플레이트; 및 상기 반사막과 상기 플레이트가 접착되도록 하기 위한 접착 페이스트가 포함되는 것을 특징으로 한다.또한, 본 발명에 의한 발광 다이오드의 반사 구조의 상기 반사막은 웨이퍼 상에서 분리되는 상기 발광 다이오드 간의 경계역을 기준으로 경계홈을 형성하여 다수개로 이격되어 적층되는 것을 특징으로 한다.또한, 본 발명에 의한 발광 다이오드의 반사 구조의 상기 반사막은 상기 사파이어 기판의 배면이 플라즈마 표면처리되고, 포토 레지스터가 도포되어 백사이드 정렬을 통하여 리프트-오프 패턴이 형성된 후 증착되고, 증착 후 상기 포토 레지스터가 제거됨으로써 다수개로 이격되어 적층되는 것을 특징으로 한다.

삭제

상기된 구조에 의해서 발광 다이오드로 부터 방출되는 빛의 광도를 한층 더 높힐 수 있고, 나아가 반사막의 열화없이 신뢰성있게 동작될 수 있다.

도 4 내지 도 10은 본 발명에 따른 반사 구조의 제조 공정을 설명하는 도면이다.

도 4에는 사파이어 기판(11)과, 반도체층(12)이 증착된 것이 도시되고, 증착된 반도체층(12)의 상측에는 포토에칭공정, 전극형성, 래핑/폴리싱(lapping/polishing )공정이 수행된 것이 도 5에 도시되어 있다.

래핑/폴리싱 공정이 사파이어 기판(11)의 배면에 수행된 뒤에는 반사막이 견고하게 형성되도록 하기 위하여 사파이어 기판(11) 배면에 대해서 플라즈마 표면 처리를 수행한다.

상세하게는, 상기 플라즈마 표면 처리는 아르곤, 산소 및 수소를 사용하여, 사파이어 기판(11)의 배면을 세척하는데, 아르곤 플라즈마는 사파이어 기판(11) 배면의 오염물을 세척하고, 수소 플라즈마는 산소를, 산소 플라즈마는 이산화탄소등의 오염물을 제거한다. 이는 래핑/폴리싱 공정 및/또는 반도체의 제조 공정에서 부착된 여러 오염물을 제거하여, 박막의 내식성, 절연성, 표면강도, 접착성 및 광투과성을 향상시키기 위한 것이다.

도 6을 참조하면, 사파이어 기판(11)의 배면이 플라즈마 처리에 의해서 표면처리된 다음에는, 사파이어 기판(11)의 배면을 포토 레지스터를 코팅하고 백 사이드(Back-side)정렬에 의해서 Lift-off(리프트-오프) 패턴(13)을 형성한다.

특히, 상기 포토 레지스터는 웨이퍼가 절단되어 각각의 발광 다이오드로 분리되는 경계부에 형성된다. 상세히는 각각의 발광 다이오드 칩의 패턴과 일치되도록 형성되는 것이다.

도 7을 참조하면, 리프트-오프 패턴(13)이 형성된 사파이어 기판(11)의 배면에 반사막(14)을 형성한다.

예를 들면, 상기 반사막(14)은 다층일 수 있고, 다층 구조에는 적어도 은이 포함되는 메탈이 이용된다. 도 8은 상기 반사막의 단면 구조를 설명하는 도면이다.

도 8을 참조하면, 상기 반사막(14)은 래핑/폴리싱되고, 플라즈마 표면 처리된 사파이어 기판(11)의 하측에 적어도 Cr(크롬), Ni(니켈), Ti(티탄)중 하나는 포함되어 반사막의 접착성이 향상되기 위한 상부 접착층(141)과, 상부 접착층(141)의 하측에 형성되고 은이 포함되는 반사층(142)과, 상기 반사층(142)의 하측에 형성되고, Cr(크롬), Ni(니켈), Ti(티탄)중 적어도 하나는 포함되어 반사층(142)의 접착성을 향상시키기 위한 하부 접착층(143)과, 하부 접착층(143)의 하측에 형성되어 반사막을 보호하기 위하여 적어도 금이 포함되는 보호층(144)이 포함된다.

상세하게, 상기 반사층(142)에는 반사 효율을 향상시키고 제조가를 낮추기 위하여 Al(알루미늄)을 대체하거나, Ag(은)과 알루미늄(Al)이 동시에 사용될 수도 있다. 그리고, 접촉층(141)(143)은 반사층(142)의 접착성을 좋게하여 박리 현상을 막고, 반사광의 휘도를 증가시키기 위한 것이다. 또한, 상기 하부 접촉층(143) 및 보호층(144)은 반사층(142)에 Ag 페이스트가 직접 닿아 발생되는 일렉트로 마이그레이션(electro-migration) 현상을 억제하는 역할을 수행하고, 반사층(142)의 열화를 방지한다. 한편, 경우에 따라서, 상기 상부 접착층(141)은 필요에 따라 제거될 수도 있다.

한편, 상기 반사막(14)은 전자선 증착기(E-beam Evaporator)에 의해서 증착될 수 있다.

이와 같이 다층 금속 박막을 형성함으로써, 반사막(14)의 열화 및 박리를 방지할 수 있게된다.

반사막(14)이 증착된 다음에는, 포터 레지스터를 제거하여 패턴화된 반사막(14)만이 남도록 한다. 도 9는 이를 도시하고 있다.

그리고, 포토 레지스터가 제거됨으로써, 웨이퍼의 전체 가공이 끝난 다음에는, 각각의 발광 다이오드를 분리하기 위하여 스크라이브/브레이크 라인(21)을 따라서 웨이퍼를 정렬하여 각각의 발광 다이오드로 분리하게 된다.

특히, 상기 스크라이브/브레이크 공정에서 스크라이브되는 곳은, 포토레지스터가 도포되어 있었던 부분으로 스크라이브 시에는 반사막(14)이 아닌 사파이어가 스크라이브되고, 이로써 반사막(14)으로부터 은과 같은 메탈 스컴이 발생되지 않는다.

상세하게는, 상기 스크라이브/브레이크 라인(21)은 반사층(14)이 형성되지 않은 구역이기 때문에, 웨이퍼의 배면에서 육안으로 보일 수 있고, 이로 인해서 스크라이브/브레이크 공정이 이루어져야 하는 정확한 위치를 알 수 있어, 정렬 라인 문제를 해결할 수 있다. 이 뿐만 아니라, 스크라이브/브레이크 공정의 진행 중에, 반사막(14)이 스크라이브되는 것이 아니므로, 메탈 스컴(metal scum)또한 발생되지 않는다. 그러므로, 발광 다이오드의 다른 위치로 메탈 스컴이 옮겨가지 않기 때문에, 보다 신뢰성있는 반사 구조를 구현할 수도 있다.

이하에서는 본 발명에 따른 발광 다이오드의 제조 방법에 대해서 순서데로 상세히 설명한다.

도 11은 본 발명에 따른 발광 다이오드의 제조 방법을 설명하는 흐름도이다.

도 11을 참조하면, 사파이어 기판 및 반도체가 적층되는 웨이퍼를 형성하고(St 11), 에칭을 하여 P, N극의 전극을 형성한다(St 12).

전극이 형성된 뒤에는, 사파이어 기판(11) 뒷면을 래핑/폴리싱 공정으로 통해서 깨끗히 처리하고(St 13), 아르곤, 수소, 산소 플라즈마를 사용하여 사파이어 기판(11) 배면의 이물질들을 다시 한번 깨끗히 처리하여 반사막(14)의 박리 또는 반사막(14)의 열화를 방지한다.

그후, 사파이어 기판(11) 배면에 포토 레지스터를 도포하고(St 15), 백 사이드 정렬하여 리트프 오프 패턴(13)을 형성하고(St 16), 적어도 은이 포함되는 다수의 금속을 증착하여 반사막(14)을 형성한다(St 17). 반사막(14)이 형성된 뒤에는 포토 레지스터를 제거하여 반사막(14)만을 남김으로써, 스크라이브/브레이크 공정을 행할 수 있도록 한다(St 18). 그 후에는 스크라이브/브레이크 공정에 의해서 각각의 발광 다이오드가 개별적으로 사용될 수 있도록 한다.

도 12는 본 발명에 따른 발광 다이오드가 설치되는 구조를 설명하는 도면이다.

도 12를 참조하면, 반사막(14), 사파이어 기판(11), 반도체층(12), 전극(15)(16), 와이어(17)(18), 플레이트(20)가 형성되고, 상기 플레이트(20)와 반사막(14)의 사이에는 접착 페이스트(19)가 접착제로 형성되어 발광 다이오드와 플레이트(20)가 상호간에 접착될 수 있다. 상기 접착 페이스트(19)는 예를 들면 은을 주 성분으로 한다.

상기된 반사 구조를 취함으로써, 발광 다이오드에서 생성된 빛은 대부분 반사막(14)에 의해서 반사되기 때문에, 발광 다이오드에 의한 휘도는 한층 더 향상된다.

표 1은 본 발명에 따른 Ag 페이스트 및 반사막이 모두 적용되는 반사 구조가 적용되는 것과, 종래 Ag 페이스트만이 적용되는 반사 구조와의 비교 결과를 보이고 있다.

시료의 종류	종래(Ag 페이스트), 광도(mcd)	본 발명(Ag 페이스트+반사막), 광도(mcd)
1	62.85	70.03
2	69.03	76.08
3	70.96	73.52
평균	67.61	73.21
4	62.31	68.39
5	60.00	65.13
6	59.32	63.29
평균	60.54	65.60

표 1을 통해서 알 수 있는 바와 같이, 종래 Ag 페이스트만이 사용되는 경우보다, 본 발명과 같이 Ag 페이스트와 반사막이 동시에 사용되는 경우에, 광도가 한층 더 좋아지는 결과를 볼 수가 있다.

예를 들어, 평균을 대비하면, 종래에 67.61인 발광 다이오드의 광도가 73.21로 개선되고, 종래 60.54인 발광 다이오드의 광도가 65.60으로 개선됨으로써 대략 10% 정도의 광도 향상이 얻어졌다.

이러한 실험의 결과로부터 볼 때, 본 발명의 발광 다이오드의 반사 구조에 의해서 동일한 발광 다이오드에서 광의 효율을 한층 더 높힐 수 있는 것을 알 수 있다. 그리고, 본 발명의 사상은 발광 다이오드의 반사 구조 및 반사 구조의 제조 방법 양면에 모두 존재하고, 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서 또 다른 실시예를 용이하게 만들어낼 수 있다.

본 발명에 따른 발광 다이오드의 반사 구조 및 반사 구조의 제조 방법에 의해서 발광 다이오드의 광효율을 한층 더 높힐 수 있는 효과가 있다.

그리고, 본 발명에서의 반사막은 견고하게 고정될 수 있어 장시간 사용하더라도 박리되거나, 열화되지 않고, 안정되게 동작될 수 있다.

또한, 개별적인 반사막의 사이에 반사막이 형성되지 않은 공간이 형성됨으로써, 발광 다이오드의 제조 공정 중, 스크라이브/브레이크 중에 정렬라인의 문제가 발생되지 않고, 같은 공정중에 메탈 스컴 또한 발생되지 않으므로, 발광 다이오드의 제조 공정이 단순화되고, 나아가 완성된 발광 다이오드의 신뢰성이 한층 더 향상되는 효과가 있다.

도 1 내지 도 2는 종래 다이오드의 제조 공정을 설명하는 도면.

도 3은 종래 발광 다이오드의 반사 구조를 설명하는 도면.

도 4 내지 도 10은 본 발명에 따른 반사 구조의 제조 공정을 설명하는 도면.

도 11은 본 발명에 따른 발광 다이오드의 제조 방법을 설명하는 흐름도.

도 12는 본 발명에 따른 발광 다이오드의 반사 구조를 설명하는 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1, 11 : 사파이어 기판 2, 12 : 반도체 층

3, 4, 15, 16 : 전극 5, 6, 17, 18 : 와이어

7, 20 : 플레이트 8 : Ag 페이스트

13 : 리프트-오프 패턴 14 : 반사막

141 : 상부 접착층 142 : 반사층

143 : 하부 접착층 144 : 보호층

21 : 스크라이브/브레이크 라인 19 : 접착 페이스트

Claims (11)

1. 사파이어 기판의 상측에 형성되는 발광 다이오드;

   상기 발광 다이오드로부터 조광되는 빛을 반사시키는 반사층, 접착층, 금이 포함되어 상기 반사층을 보호하고 접착성 및 광휘도를 높이는 보호층을 상기 사파이어 기판의 하측면으로부터 순차적으로 적층시키는 다층구조의 반사막;

   반사막의 하측에 형성되는 플레이트; 및

   상기 반사막과 상기 플레이트가 접착되도록 하기 위한 접착 페이스트가 포함되는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드의 반사 구조.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 사파이어 기판 및 상기 반사층 사이에 상부 접착층을 더 적층하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드의 반사 구조.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 접착층은

   크롬, 티탄 또는 니켈 중 적어도 어느 하나 이상의 재질을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드의 반사 구조.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 반사층은

   은 또는 알루미늄 중 적어도 어느 하나 이상의 재질을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드의 반사 구조.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 접착 페이스트는 은 또는 플라스틱 수지가 혼합되는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드의 반사 구조.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 반사막은

   웨이퍼 상에서 분리되는 상기 발광 다이오드 간의 경계역을 기준으로 경계홈을 형성하여 다수개로 이격되어 적층되는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드의 반사 구조.
7. 제 6 항에 있어서, 상기 반사막은

   상기 사파이어 기판의 배면이 플라즈마 표면처리되고, 포토 레지스터가 도포되어 백사이드 정렬을 통하여 리프트-오프 패턴이 형성된 후 증착되고, 증착 후 상기 포토 레지스터가 제거됨으로써 다수개로 이격되어 적층되는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드의 반사 구조.
8. 제 7 항에 있어서, 상기 사파이어 기판은

   아르곤, 산소, 수소 플라즈마 처리가 각각 이루어져 표면처리되는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드의 반사 구조.
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