KR101047655B1 - 발광 소자, 발광 소자 제조방법, 발광 소자 패키지 및 조명 시스템 - Google Patents

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Abstract

실시예에 따른 발광 소자는 전도성 지지부재; 상기 전도성 지지부재 상에 제1 반사층; 상기 제1 반사층의 측면에 적어도 일부분이 배치되는 제2 반사층; 상기 제1 반사층 및 제2 반사층 상에 발광 구조물; 및 상기 발광 구조물 상에 전극패드를 포함하며, 상기 제2 반사층은 상기 발광 구조물과 접촉하여 쇼트키 접촉을 형성한다.

Description

발광 소자, 발광 소자 제조방법, 발광 소자 패키지 및 조명 시스템{LIGHT EMITTING DEVICE, METHOD FOR FABRICATING THE LIGHT EMITTING DEVICE, LIGHT EMITTING DEVICE PACKAGE, AND LIGHTING SYSTEM}
실시예는 발광 소자, 발광 소자 제조방법, 발광 소자 패키지, 및 조명 시스템에 관한 것이다.
발광 다이오드(Light Emitting Diode: LED)는 전류를 빛으로 변환시키는 반도체 발광 소자이다. 최근 발광 다이오드는 휘도가 점차 증가하게 되어 디스플레이용 광원, 자동차용 광원 및 조명용 광원으로 사용이 증가하고 있으며, 형광 물질을 이용하거나 다양한 색의 발광 다이오드를 조합함으로써 효율이 우수한 백색 광을 발광하는 발광 다이오드도 구현이 가능하다.
발광 다이오드의 휘도 및 성능을 더욱 향상시키기 위해 광 추출 구조를 개선하는 방법, 활성층의 구조를 개선하는 방법, 전류 퍼짐을 향상하는 방법, 전극의 구조를 개선하는 방법, 발광 다이오드 패키지의 구조를 개선하는 방법 등 다양한 방법들이 시도되고 있다.
실시예는 새로운 구조를 갖는 발광 소자 및 그 제조방법, 발광 소자 패키지, 및 조명 시스템을 제공한다.
실시예는 발광 효율이 향상된 발광 소자 및 그 제조방법, 발광 소자 패키지, 및 조명 시스템을 제공한다.
실시예에 따른 발광 소자는 전도성 지지부재; 상기 전도성 지지부재 상에 제1 반사층; 상기 제1 반사층의 측면에 적어도 일부분이 배치되는 제2 반사층; 상기 제1 반사층 및 제2 반사층 상에 발광 구조물; 및 상기 발광 구조물 상에 전극패드를 포함하며, 상기 제2 반사층은 상기 발광 구조물과 접촉하여 쇼트키 접촉을 형성한다.
실시예에 따른 발광 소자 제조방법은 발광 구조물을 형성하는 단계; 상기 발광 구조물 상에 부분적으로 제1 반사층을 형성하는 단계; 상기 발광 구조물 상에 상기 제1 반사층의 측면에 적어도 일부분이 배치되도록 제2 반사층을 형성하는 단계; 및 상기 제2 반사층 및 상기 제1 반사층 중 적어도 하나 상에 전도성 지지부재를 형성하는 단계;를 포함하며, 상기 제2 반사층은 상기 발광 구조물과 쇼트키 접촉을 형성한다.
실시예에 따른 발광 소자 패키지는 몸체; 상기 몸체에 설치된 제1 전극 및 제2 전극; 및 상기 몸체에 설치되어, 상기 제1 전극 및 제2 전극에 전기적으로 연결되는 청구항 제 1항 내지 제 10항 중 어느 하나의 항에 기재된 발광 소자를 포함한다.
실시예에 따른 조명 시스템은 발광 소자를 광원으로 사용하는 조명 시스템에 있어서, 상기 조명 시스템은 기판과, 상기 기판 상에 설치된 청구항 제 1항 내지 제 10항 중 어느 하나의 항에 기재된 적어도 하나의 발광 소자를 포함한다.
실시예는 새로운 구조를 갖는 발광 소자 및 그 제조방법, 발광 소자 패키지, 및 조명 시스템을 제공할 수 있다.
실시예는 발광 효율이 향상된 발광 소자 및 그 제조방법, 발광 소자 패키지, 및 조명 시스템을 제공할 수 있다.
도 1은 제1 실시예에 따른 발광 소자의 단면도
도 2 내지 도 7은 제1 실시예에 따른 발광 소자 제조방법을 설명하는 도면
도 8은 제2 실시예에 따른 발광 소자의 단면도
도 9 및 도 15는 제2 실시예에 따른 발광 소자의 제조방법을 설명하는 도면
도 16은 실시예들에 따른 발광 소자를 포함하는 발광 소자 패키지의 단면도
도 17은 실시예들에 따른 발광 소자 또는 발광 소자 패키지를 포함하는 백라이트 유닛을 도시하는 도면
도 18은 실시예들에 따른 발광 소자 또는 발광 소자 패키지를 포함하는 조명 유닛을 도시하는 도면
실시예들의 설명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴들의 "위(on)"에 또는 "아래(under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "위(on)"와 "아래(under)"는 "직접(directly)" 또는 "다른 층을 개재하여 (indirectly)" 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 각 층의 위 또는 아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다.
도면에서 각층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예에 따른 발광 소자, 발광 소자 제조방법, 발광 소자 패키지, 조명 시스템에 대해 설명한다.
도 1은 제1 실시예에 따른 발광 소자(100A)의 단면도이다.
도 1을 참조하면, 제1 실시예에 따른 발광 소자(100A)는 전도성 지지부재(170)와, 상기 전도성 지지부재(170) 상에 제2 반사층(120)과, 상기 제2 반사층(120) 상에 제1 반사층(110)과, 상기 제1 반사층(110) 및 제2 반사층(120) 상에 발광 구조물(145)과, 상기 발광 구조물(145) 상에 전극패드(160)를 포함할 수 있다.
상기 제2 반사층(120)은 상기 발광 구조물(145)과 적어도 일부가 접촉하여 쇼트키 접촉을 형성한다.
이때, 상기 제2 반사층(120) 및 상기 발광 구조물(145) 사이에 상기 쇼트키 접촉이 형성되는 영역은 상기 전극패드(160)와 적어도 일부가 수직 방향으로 중첩될 수 있다.
이에 따라, 제1 실시예에 따른 발광 소자(100A)는 상기 전극패드(160)와 상기 전도성 지지부재(170) 사이의 최단 거리로 전류가 편중되어 흐르는 것이 방지되어 상기 발광 구조물(145)의 전 영역에 전류가 스프레딩(spreading) 될 수 있다.
또한, 상기 제2 반사층(120)은 반사 효과가 큰 은(Ag)을 포함하는 금속 또는 합금으로 형성되므로, 상기 발광 구조물(145)으로부터 입사되는 빛을 효과적으로 반사하여 발광 효율 향상에도 기여할 수 있다.
즉, 상기 제1 반사층(110)은 상기 전도성 지지부재(170) 상에 부분적으로 형성되고, 상기 제1 반사층(110)은 상기 발광 구조물(145)과 접촉한다. 상기 제2 반사층(120)은 상기 전도성 지지부재(170) 상에 적어도 부분적으로 형성되고, 상기 제2 반사층(120)은 상기 발광 구조물(145)과 접촉한다. 상기 제2 반사층(120)의 적어도 일부분은 상기 제1 반사층(110)에 둘러싸여 배치되며, 상기 제2 반사층(120)의 적어도 일부분은 상기 제1 반사층(110)과 동일 수평면 상에 배치된다.
제1 실시예에서 상기 제2 반사층(120)은 일부분이 상기 제1 반사층(110) 아래에 배치된다. 즉, 상기 제2 반사층(120)의 일부분은 상기 제1 반사층(110)과 상기 전도성 지지부재(170) 사이에 배치될 수 있다.
또한, 상기 제2 반사층(120)의 일부분은 상기 제1 반사층(110) 측면에 배치된다. 즉, 상기 제2 반사층(120)은 상기 발광 구조물(145)이 배치된 방향으로 돌출된 형태를 가질 수도 있다.
제1 실시예에서는 상기 제2 반사층(120)의 한 부분이 상기 발광 구조물(145)과 접촉하는 것이 예시되어 있으나, 상기 제2 반사층(120)은 복수의 부분이 상기 발광 구조물(145)과 접촉할 수도 있다.
이하에서는, 제1 실시예에 따른 발광 소자(100A)에 대해 각 구성 요소를 중심으로 상세히 설명한다.
상기 전도성 지지부재(170)는 상기 발광 소자(100A)를 지지하며, 상기 전극패드(160)와 함께 상기 발광 구조물(145)에 전원을 제공한다.
상기 전도성 지지부재(170)는 티탄(Ti), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 알루미늄(Al), 백금(Pt), 금(Au), 텅스텐(W), 구리(Cu), 몰리브덴(Mo) 또는 캐리어 웨이퍼(예: Si, Ge, GaAs, ZnO, SiC, SiGe, GaN 등) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 제2 반사층(120)은 상기 전도성 지지부재(170) 상에 형성될 수 있다.
상기 제2 반사층(120)은 상기 발광 구조물(145)로부터 입사되는 빛을 효율적으로 반사하는 고반사율을 가지며, 상기 발광 구조물(145)과 접촉하여 쇼트키 접촉을 형성하는 재질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 반사층(120)은 열처리를 실시한 은(Ag)을 포함하는 금속 또는 합금으로 형성될 수 있다.
일반적으로 상기 은(Ag)을 포함하는 금속 또는 합금은 p형 반도체층과 오믹 접촉(ohmic contact)을 형성한다. 그런데, 상기 은(Ag)을 포함하는 금속 또는 합금은 400℃ 내지 450℃의 온도로 열처리를 실시하는 경우, p형 반도체층과 쇼트키 접촉을 형성하도록 물성이 변화한다. 따라서, 상기 제2 반사층(120)은 열처리를 실시한 은(Ag)을 포함하는 금속 또는 합금으로 형성될 수 있다.
상기 제2 반사층(120)은 상기 제1 반사층(110) 사이를 통해 상기 발광 구조물(145)과 적어도 일부가 접촉하도록 형성될 수 있다. 따라서, 상기 제2 반사층(120)을 증착 또는 도금 방식에 의해 형성하는 경우, 상기 제2 반사층(120)의 하면은 상기 제1 반사층(110) 사이에 해당하는 영역이 굴곡지도록 형성될 수 있으나, 이에 대해 한정하지는 않는다.
또한, 상기 제2 반사층(120)이 상기 발광 구조물(145)과 접촉하여 쇼트키 접촉을 형성하는 영역은 상기 전극패드(160)와 수직 방향으로 적어도 일부가 중첩되도록 형성될 수 있다. 따라서, 상기 전극패드(160)와 상기 전도성 지지부재(170) 사이의 최단 거리로 전류가 편중되어 흐르는 것이 방지되어 상기 발광 구조물(145)의 전 영역에 전류가 스프레딩(spreading) 될 수 있다.
한편, 상기 제2 반사층(120)과 상기 전도성 지지부재(170) 사이에는 두 층 사이의 계면 접착력을 향상시키기 위한 접착층(미도시)이 더 형성될 수도 있다.
상기 제1 반사층(110)은 상기 제2 반사층(120)의 상면의 둘레 영역에 형성될 수 있다.
상기 제1 반사층(110)은 상기 발광 구조물(145)로부터 방출되는 빛을 효과적으로 반사할 수 있는 재질, 예를 들어, 은(Ag), 알루미늄(Al), 팔라듐(Pd), 백금(Pt) 중 적어도 하나를 포함하는 금속 또는 합금으로 형성될 수 있다.
상기 제1 반사층(110)은 상기 발광 구조물(145)과 오믹 접촉(ohmic)을 형성하는 것이 바람직하다. 한편, 상기 제1 반사층(110)이 상기 발광 구조물(145)과 오믹 접촉을 형성하지 않는 경우, 상기 제1 반사층(110)과 상기 발광 구조물(145) 사이에는 별도의 오믹접촉층(미도시)이 더 형성될 수 있다.
상기 발광 구조물(145)은 상기 제1 반사층(110) 및 상기 제2 반사층(120) 상에 형성될 수 있다.
이때, 상기 발광 구조물(145)은 상기 제2 반사층(120)과 적어도 일부 영역이 접촉하여 쇼트키 접촉을 형성할 수 있다. 특히, 상기 쇼트키 접촉이 형성된 영역이 상기 전극패드(160)와 수직 방향으로 중첩되는 경우, 전류 스프레딩 효과에 의해 상기 발광 구조물(145)의 발광 효율을 향상시킬 수 있다.
상기 발광 구조물(145)은 예를 들어, 제1 도전형 반도체층(130)과, 상기 제1 도전형 반도체층(130) 아래에 활성층(140)과, 상기 활성층(140) 아래에 제2 도전형 반도체층(150)을 포함할 수 있다.
상기 제1 도전형 반도체층(130)은 제1 도전형의 불순물을 포함하는 반도체층만을 포함하거나, 상기 제1 도전형의 불순물이 포함된 반도체층 상에 언도프트 반도체층 등을 더 포함할 수도 있으나 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 제1 도전형 반도체층(130)은 예를 들어, n형 반도체층을 포함할 수 있는데, 상기 n형 반도체층은 InxAlyGa1-x-yN (0≤x≤1, 0 ≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 재료, 예를 들어 InAlGaN, GaN, AlGaN, AlInN, InGaN, AlN, InN 등에서 선택될 수 있으며, Si, Ge, Sn 등의 n형 도펀트가 도핑될 수 있다.
상기 언도프트 반도체층은 도전형 도펀트가 도핑되지 않아, 상기 제1 도전형 반도체층(130) 또는 상기 제2 도전형 반도체층(150)에 비해 현저히 낮은 전기 전도성을 갖는 층으로, 상기 제1 도전형 반도체층의 결정성 향상을 위해 성장되는 층이다.
상기 제1 도전형 반도체층(130) 아래에는 상기 활성층(140)이 형성될 수 있다. 상기 활성층(140)은 상기 제1 도전형 반도체층(130)을 통해서 주입되는 전자(또는 정공)와 상기 제2 도전형 반도체층(150)을 통해서 주입되는 정공(또는 전자)이 서로 만나서, 상기 활성층(140)의 형성 물질에 따른 에너지 밴드(Energy Band)의 밴드갭(Band Gap) 차이에 의해서 빛을 방출하는 층이다.
상기 활성층(140)은 단일 양자 우물 구조, 다중 양자 우물 구조(MQW : Multi Quantum Well), 양자점 구조 또는 양자선 구조 중 어느 하나로 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 활성층(140)은 InxAlyGa1-x-yN (0≤x≤1, 0 ≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 재료로 형성될 수 있다. 상기 활성층(140)이 상기 다중 양자 우물 구조로 형성된 경우, 상기 활성층(140)은 복수의 우물층과 복수의 장벽층이 적층되어 형성될 수 있으며, 예를 들어, InGaN 우물층/GaN 장벽층의 주기로 형성될 수 있다.
상기 활성층(140)의 위 및/또는 아래에는 n형 또는 p형 도펀트가 도핑된 클래드층(미도시)이 형성될 수도 있으며, 상기 클래드층(미도시)은 AlGaN층 또는 InAlGaN층으로 구현될 수 있다.
상기 활성층(140) 아래에는 상기 제2 도전형 반도체층(150)이 형성될 수 있다. 상기 제2 도전형 반도체층(150)은 예를 들어, p형 반도체층으로 구현될 수 있는데, 상기 p형 반도체층은 InxAlyGa1-x-yN (0≤x≤1, 0 ≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 재료, 예를 들어 InAlGaN, GaN, AlGaN, InGaN, AlInN, AlN, InN 등에서 선택될 수 있으며, Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등의 p형 도펀트가 도핑될 수 있다.
한편, 앞에서 설명한 것과는 달리, 상기 제1 도전형 반도체층(130)이 p형 반도체층을 포함하고 상기 제2 도전형 반도체층(150)이 n형 반도체층을 포함할 수도 있다. 또한, 상기 제1 도전형 반도체층(130) 상에는 n형 또는 p형 반도체층을 포함하는 제3 도전형 반도체층(미도시)이 형성될 수도 있으며 이에 따라, 상기 발광 소자(100)는 np, pn, npn, pnp 접합 구조 중 적어도 어느 하나를 가질 수 있다. 또한, 상기 제1 도전형 반도체층 및 상기 제2 도전형 반도체층(150) 내의 도전형 도펀트의 도핑 농도는 균일 또는 불균일하게 형성될 수 있다. 즉, 상기 발광 구조물(145)의 구조는 다양하게 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
또한, 상기 발광 구조물(145)의 상면에는 광 추출 효율의 향상을 위해 러프니스(roughness)(131)가 형성될 수도 있다.
상기 전극패드(160)는 상기 발광 구조물(145) 상에 형성될 수 있다. 상기 전극패드(160)는 상기 전도성 지지부재(170)와 함께 상기 발광 구조물(145)에 전원을 제공할 수 있다.
상기 전극패드(160)는 예를 들어, 알루미늄(Al), 티타늄(Ti), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 구리(Cu), 금(Au) 중 적어도 하나를 포함하여 형성될 수 있으며, 상이한 재질로 형성된 다수의 층을 포함하는 다층 구조로 형성될 수 있다.
이하, 제1 실시예에 따른 발광 소자(100A) 제조방법에 대해 상세히 설명한다. 다만, 앞에서 설명한 내용과 중복되는 내용에 대해서는 생략하거나 간략히 설명한다.
도 2 내지 도 7은 제1 실시예에 따른 발광 소자(100A) 제조방법을 설명하는 도면이다.
도 2를 참조하면, 성장기판(101) 상에 상기 발광 구조물(145)을 형성할 수 있다.
상기 성장기판(101)은 예를 들어, 사파이어(Al2O3), SiC, GaAs, GaN, ZnO, Si, GaP, InP, Ge 중 적어도 하나로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 발광 구조물(145)은 상기 성장기판(101) 상에 상기 제1 도전형 반도체층(130), 활성층(140) 및 제2 도전형 반도체층(150)을 순차적으로 성장함으로써 형성될 수 있다.
상기 발광 구조물(145)은 예를 들어, 유기금속 화학 증착법(MOCVD; Metal Organic Chemical Vapor Deposition), 화학 증착법(CVD; Chemical Vapor Deposition), 플라즈마 화학 증착법(PECVD; Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition), 분자선 성장법(MBE; Molecular Beam Epitaxy), 수소화물 기상 성장법(HVPE; Hydride Vapor Phase Epitaxy) 등의 방법을 이용하여 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
도 3을 참조하면, 상기 발광 구조물(145) 상면의 둘레 영역에 상기 제1 반사층(110)을 형성할 수 있다. 즉, 상기 제1 반사층(110)은 상기 발광 구조물(145)의 상면의 적어도 일부분이 노출되도록 형성될 수 있다.
상기 제1 반사층(110)은 증착, 도금 등의 방법에 의해 형성될 수 있으나, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 제1 반사층(110)은 예를 들어, 은(Ag), 알루미늄(Al), 팔라듐(Pd), 백금(Pt) 중 적어도 하나를 포함하는 금속 또는 합금으로 형성될 수 있다.
도 4를 참조하면, 상기 발광 구조물(145) 및 상기 제1 반사층(110) 상에 상기 제2 반사층(120)이 형성될 수 있다.
상기 제2 반사층(120)은 적어도 일부분이 상기 제1 반사층(110)의 측면에 배치되어 상기 제1 반사층(110)에 의해 둘러싸여 형성된다. 상기 제2 반사층(120)은 상기 제1 반사층(110) 사이로 상기 발광 구조물(145)과 접촉하여 쇼트키 접촉을 형성할 수 있다. 상기 쇼트키 접촉을 형성한 영역은 후에 형성될 전극패드와 적어도 일부분이 수직 방향으로 중첩될 수 있으며, 이에 따라 상기 발광 구조물(145) 내에 전류를 스프레딩하는 역할을 할 수 있다.
또한, 상기 제2 반사층(120)은 상기 발광 구조물(145)에서 방출되는 빛을 효과적으로 반사하는 재질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 반사층(120)은 열처리를 실시한 은(Ag)을 포함하는 금속 또는 합금으로 형성될 수 있으나, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 제2 반사층(120)은 증착, 도금 등의 방법에 의해 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
예를 들어, 상기 제2 반사층(120)은 상기 은(Ag)을 포함하는 금속 또는 합금을 400℃ 내지 450℃의 온도로 열처리하여 형성될 수도 있다.
이때, 상기 제2 반사층(120)의 영역 중 상기 제1 반사층(110) 사이로 형성된 영역은 굴곡지도록 형성될 수 있다. 또한, 상기 제2 반사층(120)은 상기 제1 반사층(110) 상의 전 영역에 형성되지 않고, 상기 제1 반사층(110)의 일부 영역 위에만 형성될 수도 있으며 이에 대해 한정하지는 않는다.
도 5를 참조하면, 상기 제2 반사층(120) 상에 상기 전도성 지지부재(170)를 형성할 수 있다.
상기 전도성 지지부재(170)는 도금, 증착 등의 방식에 의해 형성되거나, 별도의 시트(sheet)로 준비되어 본딩될 수 있다. 별도의 시트로 준비되어 본딩되는 경우, 상기 전도성 지지부재(170)와 상기 제2 반사층(120) 사이에는 두 층 사이의 계면 접착력을 강화시키는 접착층(미도시)이 더 형성될 수도 있다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 상기 성장기판(101)을 제거한다.
상기 성장기판(101)은 레이저 리프트 오프(LLO : Laser Lift Off) 공정 및 에칭 공정 중 적어도 하나를 사용하여 제거될 수 있으나, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 성장기판(101)이 제거됨에 따라 상기 발광 구조물(145)의 제1 도전형 반도체층(130)의 하면이 노출되게 된다.
도 7을 참조하면, 노출된 상기 발광 구조물(145)에 복수개의 발광 소자를 개별 소자 단위로 구분하는 아이솔레이션(isolation) 에칭을 실시하고, 상기 발광 구조물(145)의 하면에 광 추출 효율 향상을 위한 러프니스(131)를 형성할 수 있다. 이에 따라, 제1 실시예에 따른 발광 소자(100A)가 제공될 수 있다.
이하, 제2 실시예에 따른 발광 소자(100B) 및 그 제조방법에 대해 상세히 설명한다. 다만, 제2 실시예에 대한 설명에 있어서, 제1 실시예와 중복되는 내용은 생략하거나 간략히 설명하며, 두 실시예 사이의 차이점을 중심으로 설명한다.
도 8은 제2 실시예에 따른 발광 소자(100B)의 단면도이다. 제2 실시예에 따른 발광 소자(100B)는 제1 실시예에 따른 발광 소자(100A)에 비해 제2 반사층의 형태를 제외하고는 동일하다.
도 8을 참조하면, 제2 실시예에 따른 발광 소자(100B)는 전도성 지지부재(170)와, 상기 전도성 지지부재(170) 상에 제1 반사층(110)과, 상기 제1 반사층(110)의 적어도 내측에 제2 반사층(120a)과, 상기 제1 반사층(110) 및 제2 반사층(120a) 상에 발광 구조물(145)과, 상기 발광 구조물(145) 상에 전극패드(160)를 포함할 수 있다.
상기 제1 반사층(110)은 상기 전도성 지지부재(170) 상에 부분적으로 형성될 수 있으며, 상기 제2 반사층(120a)은 상기 제1 반사층(110) 사이에 상기 제1 반사층(110)에 둘러싸여 배치될 수 있다. 제2 실시예에서는 상기 제2 반사층(120a)이 상기 전도성 지지부재(170)의 중앙부에만 형성된 것이 예시되어 있으나, 상기 제2 반사층(120a)은 상기 전도성 지지부재(170) 상의 복수의 부분에 형성되는 것도 가능하다. 제1 실시예에서는 상기 제2 반사층(120)이 상기 제1 반사층(110) 아래에도 형성된 것이 예시되어 있으나, 제2 실시예에서는 상기 제2 반사층(120a)이 상기 제1 반사층(110) 아래에는 형성되지 않고 상기 제1 반사층(110)의 측면에 배치된다.
상기 제2 반사층(120a)은 상기 발광 구조물(145)과 접촉하여 쇼트키 접촉을 형성할 수 있다. 상기 쇼트키 접촉을 형성한 영역은 상기 전극패드(160)와 적어도 일부가 수직 방향으로 중첩되어 상기 발광 구조물(145) 내의 전류 스프레딩을 향상시킬 수 있다. 또한, 상기 제2 반사층(120a)은 높은 반사율을 갖는 재질로 형성되어, 상기 발광 소자(100B)의 발광 효율 향상에 기여할 수 있다.
이때, 상기 제2 반사층(120a)은 상기 제1 반사층(110)의 두께가 상이하도록 형성될 수 있다. 즉, 도시된 바와 같이, 상기 제2 반사층(120a)은 상기 제1 반사층(110)보다 두께가 두껍도록 형성되거나, 반대로 상기 제1 반사층(110)보다 두께가 얇도록 형성될 수도 있다. 따라서, 상기 제1 반사층(110)과 상기 제2 반사층(120a)은 서로 단차를 이루도록 형성될 수 있다.
이러한 두께의 차이는 상기 제2 반사층(120a)을 형성하는 제조 공정에서 발생하게 된다. 즉, 상기 제1 반사층(110)과 상기 제2 반사층(120a)은 별도의 증착 또는 도금 공정에 의해 형성되므로, 두께가 상이하게 형성되는 것이다. 물론, 상기 제1 반사층(110)과 상기 제2 반사층(120a)의 두께를 동일하게 형성하는 것도 가능하다.
이하, 제2 실시예에 따른 발광 소자(100B)의 제조방법에 대해 설명한다.
도 9 및 도 15는 제2 실시예에 따른 발광 소자(100B)의 제조방법을 설명하는 도면이다.
도 9를 참조하면, 성장기판(101) 상에 상기 발광 구조물(145)을 형성할 수 있다.
도 10을 참조하면, 상기 발광 구조물(145)의 상면의 둘레 영역에 상기 제1 반사층(110)을 형성할 수 있다.
도 11을 참조하면, 상기 제1 반사층(110) 상에 마스크층(115)을 형성할 수 있다.
상기 마스크층(115)은 후속 공정에서 상기 제2 반사층(120a)을 형태에 대응하도록 형성될 수 있다. 상기 마스크층(115)은 예를 들어, 포토 레지스트(photo resist)로 형성될 수 있으며, 포토리소그래피(photolithography) 공정에 의해 형성될 수 있으나, 이에 대해 한정하지는 않는다.
도 12를 참조하면, 상기 마스크층(115)을 마스크로 하여 증착 또는 도금 공정을 실시하여 상기 제2 반사층(120a)을 형성할 수 있다.
상기 제2 반사층(120a)은 상기 마스크층(115)을 마스크로 하여 형성되므로, 상기 제1 반사층(110)과 상이한 두께를 갖도록 형성될 수 있다.
도 13을 참조하면, 상기 제1 반사층(110) 및 상기 제2 반사층(120a) 상에 상기 전도성 지지부재(170)가 형성될 수 있다.
도 13 및 도 14를 참조하면, 상기 성장기판(101)을 제거할 수 있다.
도 15를 참조하면, 상기 발광 구조물(145)에 아이솔레이션 에칭을 실시하고, 상기 발광 구조물(145)의 하면에 러프니스를 형성하여 제2 실시예에 따른 발광 소자(100B)를 제공할 수 있다.
도 16은 실시예들에 따른 발광 소자(100)를 포함하는 발광 소자 패키지(200)의 단면도이다.
도 16을 참조하면, 실시예에 따른 발광 소자 패키지(200)는 몸체(20)와, 상기 몸체(20)에 설치된 제1 전극(31) 및 제2 전극(32)과, 상기 몸체(20)에 설치되어 상기 제1 전극(31) 및 제2 전극(32)으로부터 전원을 공급받는 제1 실시예 또는 제2 실시예들에 따른 발광 소자(100)와, 상기 발광 소자(100)를 포위하는 몰딩부재(40)를 포함한다.
상기 몸체(20)는 실리콘 재질, 합성수지 재질, 또는 금속 재질을 포함하여 형성될 수 있으며, 상기 발광 소자(100)의 주위에 경사면이 형성될 수 있다.
상기 제1 전극(31) 및 제2 전극(32)은 서로 전기적으로 분리되며, 상기 발광 소자(100)에 전원을 제공한다.
또한, 상기 제1,2 전극(31,32)은 상기 발광 소자(100)에서 발생된 빛을 반사시켜 광 효율을 증가시킬 수 있으며, 상기 발광 소자(100)에서 발생된 열을 외부로 배출시키는 역할을 할 수도 있다.
상기 발광 소자(100)는 상기 제1 전극(31), 제2 전극(32) 및 상기 몸체(20) 중 어느 하나 위에 설치될 수 있으며, 와이어 방식, 다이 본딩 방식, 플립 칩 방식 등에 의해 상기 제1,2 전극(31,32)에 전기적으로 연결될 수 있으나, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 몰딩부재(40)는 상기 발광 소자(100)를 포위하여 상기 발광 소자(100)를 보호할 수 있다. 또한, 상기 몰딩부재(40)에는 형광체가 포함되어 상기 발광 소자(100)에서 방출된 광의 파장을 변화시킬 수 있다.
상술한 것처럼, 실시예들에 따른 발광 소자(100) 및 이를 포함하는 발광 소자 패키지(200)는 반사 효과와 전류 퍼짐 효과를 동시에 갖는 상기 제2 반사층을 포함함으로써, 발광 효율이 향상될 수 있다.
또한, 상기 발광 소자 패키지(200)는 COB(Chip On Board) 타입을 포함하며, 상기 몸체(20)의 상면은 평평하고, 상기 몸체(20)에는 복수의 발광 소자(100)가 설치될 수도 있다.
실시예에 따른 발광 소자 패키지(200)는 복수개가 기판 상에 어레이되며, 상기 발광 소자 패키지(200)에서 방출되는 광 경로 상에 광학 부재인 도광판, 프리즘 시트, 확산 시트, 형광 시트 등이 배치될 수 있다. 이러한 발광 소자 패키지(200), 기판, 광학 부재는 백라이트 유닛으로 기능할 수 있다. 또 다른 실시 예는 상술한 실시 예들에 기재된 반도체 발광소자(100) 또는 발광 소자 패키지(200)를 포함하는 조명 유닛으로 구현될 수 있으며, 예를 들어, 조명 유닛은 표시 장치, 지시 장치, 램프, 가로등을 포함할 수 있다.
도 17은 실시예에 따른 발광 소자를 사용한 백라이트 유닛을 도시하는 도면이다. 다만, 도 17의 백라이트 유닛(1100)은 조명 시스템의 한 예이며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
도 17을 참조하면, 상기 백라이트 유닛(1100)은 바텀 커버(1140)와, 상기 바텀 커버(1140) 내에 배치된 광가이드 부재(1120)과, 상기 광가이드 부재(1120)의 적어도 일 측면 또는 하면에 배치된 발광 모듈(1110)을 포함할 수 있다. 또한, 상기 광가이드 부재(1120) 아래에는 반사시트(1130)가 배치될 수 있다.
상기 바텀 커버(1140)는 상기 광가이드 부재(1120), 상기 발광 모듈(1110) 및 상기 반사시트(1130)가 수납될 수 있도록 상면이 개구된 박스(box) 형성으로 형성될 수 있으며, 금속 재질 또는 수지 재질로 형성될 수 있으나 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 발광 모듈(1110)은 기판과, 상기 기판에 탑재된 복수개의 실시예에 따른 발광 소자 또는 발광 소자 패키지를 포함할 수 있다. 상기 복수개의 실시예에 따른 발광 소자 또는 발광 소자 패키지는 상기 광가이드 부재(1120)에 빛을 제공할 수 있다.
도시된 것처럼, 상기 발광 모듈(1110)은 상기 바텀 커버(1140)의 내측면 중 적어도 어느 하나에 배치될 수 있으며, 이에 따라 상기 광가이드 부재(1120)의 적어도 일 측면을 향해 빛을 제공할 수 있다.
다만, 상기 발광 모듈(1110)는 상기 바텀 커버(1140)의 밑면에 배치되어, 상기 광가이드 부재(1120)을 밑면을 향해 빛을 제공할 수도 있으며, 이는 상기 백라이트 유닛(1100)의 설계에 따라 다양하게 변형 가능하므로 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 광가이드 부재(1120)는 상기 바텀 커버(1140) 내에 배치될 수 있다. 상기 광가이드 부재(1120)은 상기 발광 모듈(1110)로부터 제공받은 빛을 면광원화 하여, 표시 패널(미도시)로 가이드할 수 있다.
상기 광가이드 부재(1120)는 예를 들어, 도광판(LGP, Light Guide Panel) 일 수 있다. 상기 도광판은 예를 들어 PMMA(polymethyl metaacrylate)와 같은 아크릴 수지 계열, PET(polyethylene terephthlate), PC(poly carbonate), COC 및 PEN(polyethylene naphthalate) 수지 중 하나로 형성될 수 있다.
상기 광가이드 부재(1120)의 상측에는 광학 시트(1150)가 배치될 수도 있다.
상기 광학 시트(1150)는 예를 들어 확산 시트, 집광 시트, 휘도상승시트, 및 형광 시트 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 광학 시트(1150)는 상기 확산 시트, 집광 시트, 휘도상승시트 및 형광 시트가 적층되어 형성될 수 있다. 이 경우, 상기 확산 시트(1150)는 상기 발광 모듈(1110)에서 출사된 광을 고르게 확산시켜주고, 상기 확산된 광은 상기 집광 시트에 의해 표시 패널(미도시)로 집광될 수 있다. 이때 상기 집광 시트로부터 출사되는 광은 랜덤하게 편광된 광인데, 상기 휘도상승시트는 상기 집광 시트로부터 출사된 광의 편광도를 증가시킬 수 있다. 상기 집광 시트는 예를 들어, 수평 또는/및 수직 프리즘 시트일 수 있다. 또한, 상기 휘도상승시트는 예를 들어, 조도 강화 필름(Dual Brightness Enhancement film) 일 수 있다. 또한, 상기 형광 시트는 형광체가 포함된 투광성 플레이트 또는 필름이 될 수도 있다.
상기 광가이드 부재(1120) 아래에는 상기 반사시트(1130)가 배치될 수 있다. 상기 반사시트(1130)는 상기 광가이드 부재(1120)의 하면을 통해 방출되는 빛을 상기 광가이드 부재(1120)의 출사면을 향해 반사할 수 있다.
상기 반사시트(1130)는 반사율이 좋은 수지 재질, 예를 들어, PET, PC, PVC 레진 등으로 형성될 수 있으나, 이에 대해 한정하지는 않는다.
도 18은 실시예에 따른 발광 소자 패키지(200)를 사용한 조명 유닛(1200)의 사시도이다. 다만, 도 18의 조명 유닛(1200)은 조명 시스템의 한 예이며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
도 18을 참조하면, 상기 조명 유닛(1200)는 케이스 몸체(1210)와, 상기 케이스 몸체(1210)에 설치된 발광모듈부(1230)과, 상기 케이스 몸체(1210)에 설치되며 외부 전원으로부터 전원을 제공받는 연결 단자(1220)를 포함할 수 있다.
상기 케이스 몸체(1210)는 방열 특성이 양호한 재질로 형성되는 것이 바람직하며, 예를 들어 금속 재질 또는 수지 재질로 형성될 수 있다.
상기 발광모듈부(1230)은 기판(1232)과, 상기 기판(1232)에 탑재되는 적어도 하나의 실시예에 따른 발광 소자 패키지(200)를 포함할 수 있다.
상기 기판(1232)은 절연체에 회로 패턴이 인쇄된 것일 수 있으며, 예를 들어, 일반 인쇄회로기판(PCB: Printed Circuit Board), 메탈 코아(Metal Core) PCB, 연성(Flexible) PCB, 세라믹 PCB 등을 포함할 수 있다.
또한, 상기 기판(1232)은 빛을 효율적으로 반사하는 재질로 형성되거나, 표면이 빛이 효율적으로 반사되는 컬러, 예를 들어 백색, 은색 등으로 형성될 수 있다.
상기 기판(1232) 상에는 상기 적어도 하나의 실시예에 따른 발광 소자 패키지(200)가 탑재될 수 있다. 상기 발광 소자 패키지(200) 각각은 적어도 하나의 발광 다이오드(LED: Light Emitting Diode)를 포함할 수 있다. 상기 발광 다이오드는 적색, 녹색, 청색 또는 백색의 유색 빛을 각각 발광하는 유색 발광 다이오드 및 자외선(UV, UltraViolet)을 발광하는 UV 발광 다이오드를 포함할 수 있다.
상기 발광모듈부(1230)는 색감 및 휘도를 얻기 위해 다양한 발광 소자의 조합을 가지도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 고 연색성(CRI)을 확보하기 위해 백색 발광 다이오드, 적색 발광 다이오드 및 녹색 발광 다이오드를 조합하여 배치할 수 있다. 또한, 상기 발광모듈부(1230)에서 방출되는 광의 진행 경로 상에는 형광 시트가 더 배치될 수 있으며, 상기 형광 시트는 상기 발광모듈부(1230)에서 방출되는 광의 파장을 변화시킨다. 예를 들어, 상기 발광모듈부(1230)에서 방출되는 광이 청색 파장대를 갖는 경우 상기 형광 시트에는 황색 형광체가 포함될 수 있으며, 상기 발광모듈부(1230)에서 방출된 광은 상기 형광 시트를 지나 최종적으로 백색광으로 보여지게 된다.
상기 연결 단자(1220)는 상기 발광모듈부(1230)와 전기적으로 연결되어 전원을 공급할 수 있다. 도 18에 도시된 것에 따르면, 상기 연결 단자(1220)는 소켓 방식으로 외부 전원에 돌려 끼워져 결합되지만, 이에 대해 한정하지는 않는다. 예를 들어, 상기 연결 단자(1220)는 핀(pin) 형태로 형성되어 외부 전원에 삽입되거나, 배선에 의해 외부 전원에 연결될 수도 있는 것이다.
이상에서 실시예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
또한, 이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
20: 몸체, 31: 제1 전극, 32: 제2 전극, 40: 몰딩부재, 100: 발광 소자, 101: 성장 기판, 110: 제1 반사층, 115: 마스크층, 120,120a: 제2 반사층, 130: 제1 도전형 반도체층, 140: 활성층, 145: 발광 구조물, 150: 제2 도전형 반도체층, 160: 전극패드, 170: 전도성 지지부재

Claims (18)

  1. 전도성 지지부재;
    상기 전도성 지지부재 상에 제1 반사층;
    상기 제1 반사층의 측면에 적어도 일부분이 배치되는 제2 반사층;
    상기 제1 반사층 및 제2 반사층 상에 발광 구조물; 및
    상기 발광 구조물 상에 전극패드를 포함하며,
    상기 제2 반사층은 상기 발광 구조물과 접촉하여 쇼트키 접촉을 형성하고,
    상기 제2 반사층은 일부분이 상기 제1 반사층과 상기 전도성 지지부재 사이에 배치되며,
    상기 제2 반사층은 열처리를 통해 상기 발광 구조물과 쇼트기 접촉을 형성하며, 상기 제1 반사층은 상기 발광 구조물과 접촉하여 오믹 접촉을 이루는 발광 소자.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제2 반사층은 열 처리를 실시한 은(Ag)을 포함하는 금속 또는 합금 재질인 발광 소자.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 반사층과 상기 제2 반사층의 두께는 상이한 발광 소자.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 반사층 및 상기 제2 반사층의 하면은 단차를 이루는 발광 소자.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 제2 반사층은 상기 발광 구조물과 접촉하는 영역이 상기 발광 구조물이 배치된 방향으로 돌출된 발광 소자.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 제2 반사층이 상기 발광 구조물과 쇼트키 접촉을 이루는 영역은 상기 전극패드와 적어도 일부가 수직 방향으로 중첩되는 발광 소자.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 반사층은 은(Ag), 알루미늄(Al), 팔라듐(Pd) 또는 백금(Pt) 중 적어도 하나를 포함하는 금속 또는 합금으로 형성된 발광 소자.
  11. 발광 구조물을 형성하는 단계;
    상기 발광 구조물 상에 부분적으로 제1 반사층을 형성하는 단계;
    상기 발광 구조물 상에 상기 제1 반사층의 측면에 적어도 일부분이 배치되도록 제2 반사층을 형성하는 단계; 및
    상기 제2 반사층 및 상기 제1 반사층 중 적어도 하나 상에 전도성 지지부재를 형성하는 단계;를 포함하며,
    상기 제2 반사층은 열처리를 통해 상기 발광 구조물과 쇼트기 접촉을 형성하며, 상기 제1 반사층은 상기 발광 구조물과 접촉하여 오믹 접촉을 이루는 발광 소자 제조방법.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 제2 반사층을 형성하기 전에,
    상기 제1 반사층 상에 마스크층을 형성하는 단계; 및
    상기 마스크층을 마스크로 하여 상기 제2 반사층을 형성하는 단계를 포함하는 발광 소자 제조방법.
  13. 제 11항에 있어서,
    상기 제2 반사층은 PECVD, 전자빔 증착, 스퍼터링 중 적어도 하나의 방법에 의해 형성된 발광 소자 제조방법.
  14. 제 11항에 있어서,
    상기 제2 반사층은 400℃ 내지 450℃의 온도에서 열처리를 실시한 은(Ag)을 포함하는 금속 또는 합금 재질인 발광 소자 제조방법.
  15. 제 11항에 있어서,
    상기 제2 반사층을 형성하는 단계에 있어서,
    상기 제2 반사층은 상기 발광 구조물 및 상기 제1 반사층 상에 형성되는 발광 소자 제조방법.
  16. 몸체;
    상기 몸체에 설치된 제1 전극 및 제2 전극; 및
    상기 몸체에 설치되어, 상기 제1 전극 및 제2 전극에 전기적으로 연결되는 청구항 제 1항 및 3항 내지 7항 중 어느 하나의 항에 기재된 발광 소자를 포함하는 발광 소자 패키지.
  17. 발광 소자를 광원으로 사용하는 조명 시스템에 있어서,
    상기 조명 시스템은 기판과, 상기 기판 상에 설치된 청구항 제 1항 및 3항 내지 7항 중 어느 하나의 항에 기재된 발광 소자를 포함하는 조명 시스템.
  18. 제 17항에 있어서,
    상기 발광 소자에서 방출되는 광의 진행 경로 상에는 확산 시트, 집광 시트, 휘도상승시트 및 형광 시트 중 적어도 어느 하나가 배치되는 조명 시스템.
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