KR101055003B1 - 발광 소자, 발광 소자 패키지, 조명 시스템, 및 발광 소자 제조방법 - Google Patents
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Abstract
실시예는 발광 소자, 발광 소자 패키지 및 발광 소자 제조방법에 관한 것이다.
실시예에 따른 발광 소자는 제1 반사 메탈층 및 제2 반사 메탈층을 적어도 한 쌍 이상 포함하는 반사 메탈 서포터; 상기 반사 메탈 서포터 상에 발광 구조층; 및 상기 발광 구조층 상에 전극층을 포함하고, 상기 반사 메탈 서포터는 Al, Ag, APC(Ag-Pd-Cu) 합금, Au-Ni 합금 중 적어도 어느 하나를 포함한다.
실시예에 따른 발광 소자는 제1 반사 메탈층 및 제2 반사 메탈층을 적어도 한 쌍 이상 포함하는 반사 메탈 서포터; 상기 반사 메탈 서포터 상에 발광 구조층; 및 상기 발광 구조층 상에 전극층을 포함하고, 상기 반사 메탈 서포터는 Al, Ag, APC(Ag-Pd-Cu) 합금, Au-Ni 합금 중 적어도 어느 하나를 포함한다.
Description
실시예는 발광 소자, 발광 소자 패키지, 조명 시스템 및 발광 소자 제조방법에 관한 것이다.
발광 다이오드(Light Emitting Diode: LED)는 전류를 빛으로 변환시키는 반도체 발광 소자이다.
이러한 LED에 의해 방출되는 빛의 파장은 LED를 제조하는데 사용되는 반도체 재료에 따른다. 이는 방출된 빛의 파장이 가전자대(valence band) 전자들과 전도대(conduction band) 전자들 사이의 에너지 차를 나타내는 반도체 재료의 밴드갭(band-gap)에 따르기 때문이다.
최근 발광 다이오드는 휘도가 점차 증가하게 되어 디스플레이용 광원, 자동차용 광원 및 조명용 광원으로 사용되고 있으며, 형광 물질을 이용하거나 다양한 색의 LED를 조합함으로써 효율이 우수한 백색 광을 발광하는 LED도 구현이 가능하다.
실시예는 새로운 구조를 갖는 발광 소자, 발광 소자 패키지, 조명 시스템, 및 발광 소자 제조방법을 제공한다.
실시예는 광 효율이 증가된 발광 소자, 발광 소자 패키지, 조명 시스템, 및 발광 소자 제조방법을 제공한다.
실시예는 열 방출 효율이 증가된 발광 소자, 발광 소자 패키지, 조명 시스템, 및 발광 소자 제조방법을 제공한다.
실시예에 따른 발광 소자는 제1 반사 메탈층 및 제2 반사 메탈층을 적어도 한 쌍 이상 포함하는 반사 메탈 서포터; 상기 반사 메탈 서포터 상에 발광 구조층; 및 상기 발광 구조층 상에 전극층을 포함하고, 상기 반사 메탈 서포터는 Al, Ag, APC(Ag-Pd-Cu) 합금, Au-Ni 합금 중 적어도 어느 하나를 포함한다.
실시예에 따른 발광 소자 제조방법은 성장 기판 상에 발광 구조층을 형성하는 단계; 상기 발광 구조층 상에 제1 반사 메탈층 및 제2 반사 메탈층을 적어도 한 쌍 이상 포함하는 반사 메탈 서포터를 형성하는 단계; 상기 발광 구조층으로부터 상기 성장 기판을 분리하는 단계; 및 상기 발광 구조층에 전극층을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 반사 메탈 서포터는 Al, Ag, APC(Ag-Pd-Cu) 합금, Au-Ni 합금 중 적어도 어느 하나를 포함한다.
실시예에 따른 발광 소자 패키지는 패키지 몸체; 상기 패키지 몸체 상에 제1 전극 및 제2 전극; 상기 패키지 몸체 상에 상기 제1 전극 및 제2 전극과 전기적으로 연결되는 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 기재된 발광 소자; 및 상기 패키지 몸체 상에 발광 소자를 포위하는 몰딩부재를 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 9항 중 어느 하나의 항에 기재된 적어도 하나의 발광 소자를 포함한다.
실시예는 새로운 구조를 갖는 발광 소자, 발광 소자 패키지, 조명 시스템, 및 발광 소자 제조방법을 제공할 수 있다.
실시예는 광 효율이 증가된 발광 소자, 발광 소자 패키지, 조명 시스템, 및 발광 소자 제조방법을 제공할 수 있다.
실시예는 열 방출 효율이 증가된 발광 소자, 발광 소자 패키지, 조명 시스템, 및 발광 소자 제조방법을 제공할 수 있다.
도 1은 제1 실시예에 따른 발광 소자를 설명하는 도면.
도 2는 제2 실시예에 따른 발광 소자를 설명하는 도면.
도 3은 제3 실시예에 따른 발광 소자를 설명하는 도면.
도 4는 제4 실시예에 따른 발광 소자를 설명하는 도면.
도 5 내지 도 7은 제1 실시예들에 따른 발광 소자 제조방법을 설명하는 도면.
도 8은 실시예에 따른 발광 소자 패키지를 설명하는 도면.
도 9는 실시예에 따른 발광 소자 또는 발광 소자 패키지를 사용한 백라이트 유닛을 도시하는 도면.
도 10은 실시예에 따른 발광 소자 또는 발광 소자 패키지를 사용한 조명 유닛을 도시하는 도면.
도 2는 제2 실시예에 따른 발광 소자를 설명하는 도면.
도 3은 제3 실시예에 따른 발광 소자를 설명하는 도면.
도 4는 제4 실시예에 따른 발광 소자를 설명하는 도면.
도 5 내지 도 7은 제1 실시예들에 따른 발광 소자 제조방법을 설명하는 도면.
도 8은 실시예에 따른 발광 소자 패키지를 설명하는 도면.
도 9는 실시예에 따른 발광 소자 또는 발광 소자 패키지를 사용한 백라이트 유닛을 도시하는 도면.
도 10은 실시예에 따른 발광 소자 또는 발광 소자 패키지를 사용한 조명 유닛을 도시하는 도면.
실시예의 설명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴들의 "상/위(on)"에 또는 "하/아래(under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "상/위(on)"와 "하/아래(under)"는 "직접(directly)" 또는 "다른 층을 개재하여 (indirectly)" 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 각 층의 상/위 또는 하/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 실시예들에 따른 발광 소자, 발광 소자 패키지, 조명 시스템, 및 발광 소자 제조방법에 대해 상세히 설명한다.
도 1은 제1 실시예에 따른 발광 소자를 설명하는 도면이다.
도 1을 참조하면, 제1 실시예에 따른 발광 소자는 반사 메탈 서포터(80)와, 상기 반사 메탈 서포터(80) 상에 발광 구조층(150)과, 상기 발광 구조층(150) 상에 전극(90)을 포함한다.
상기 반사 메탈 서포터(80)는 제1 반사 메탈층(80a)과 제2 반사 메탈층(80b)을 포함할 수 있다. 상기 제1 반사 메탈층(80a)과 제2 반사 메탈층(80b)을 한쌍의 단위층으로 정의할 때, 상기 반사 메탈 서포터(80)는 복수 쌍의 단위층으로 형성될 수 있다.
예를 들어, 상기 반사 메탈 서포터(80)는 상기 제1 반사 메탈층(80a)과 제2 반사 메탈층(80b)이 2쌍 이상 80쌍 이하로 형성될 수 있다. 바람직하게 상기 반사 메탈 서포터(80)는 상기 제1 반사 메탈층(80a)과 제2 반사 메탈층(80b)이 30쌍 이상 70쌍 이하로 형성될 수 있으며, 보다 바람직하게 상기 반사 메탈 서포터(80)는 상기 제1 반사 메탈층(80a)과 제2 반사 메탈층(80b)이 40쌍 이상 60쌍 이하로 형성될 수 있다.
상기 제1 반사 메탈층(80a)과 제2 반사 메탈층(80b)은 동종 금속으로 형성되거나 이종 금속으로 형성될 수도 있다. 예를 들어, 상기 제1 반사 메탈층(80a) 및 제2 반사 메탈층(80b)은 각각 0.1-10㎛의 두께로 형성될 수 있으며, 바람직하게 상기 제1 반사 메탈층(80a) 및 제2 반사 메탈층(80b) 중 어느 하나는 0.4-0.8㎛의 두께로 형성되고, 상기 제1 반사 메탈층(80a) 및 제2 반사 메탈층(80b) 중 다른 하나는 0.8-1.2㎛의 두께로 형성될 수 있다.
상기 반사 메탈 서포터(80)는 상기 복수 쌍의 제1 반사 메탈층(80a) 및 제2 반사 메탈층(80b)이 적층되어 50-200㎛의 두께로 형성될 수 있다.
상기 제1 반사 메탈층(80a)은 압축 응력을 가지고, 상기 제2 반사 메탈층(80b)은 인장 응력을 가질 수 있다. 반대로, 상기 제1 반사 메탈층(80a)이 인장 응력을 가지고, 상기 제2 반사 메탈층(80b)은 압축 응력을 가질 수도 있다.
상기 제1 반사 메탈층(80a)과 제2 반사 메탈층(80b)은 서로 반대의 응력을 가지고 있으므로, 상기 제1 반사 메탈층(80a)의 압축 응력과 상기 제2 반사 메탈층(80b)의 인장 응력은 서로 상쇄되어 상기 반사 메탈 서포터(80)의 응력이 감소될 수 있다. 따라서, 상기 반사 메탈 서포터(80)의 응력이 상기 발광 구조층(150)에 미치는 영향이 작으므로 상기 반사 메탈 서포터(80)를 두껍게 형성할 수 있다.
예를 들어, 상기 제1 반사 메탈층(80a)은 100-2000MPa의 압축 응력을 가지고, 상기 제2 반사 메탈층(80b)은 100-2000MPa의 인장 응력을 가질 수 있다. 그리고, 상기 제1 반사 메탈층(80a)과 제2 반사 메탈층(80b)이 복수 쌍이 적층되어 형성된 상기 전도성 지지기판(80)은 0-2000MPa의 압축 응력 또는 인장 응력을 가질 수도 있다.
상기 제1 반사 메탈층(80a)과 제2 반사 메탈층(80b)은 스퍼터링 공정 또는 E-beam evaporation 공정과 같은 건식 증착 공정이 가능한 금속을 적용하여 형성할 수 있고, 예를 들어, 상기 제1 반사 메탈층(80a) 및 제2 반사 메탈층(80b)은 반사도가 높은 Al, Ag, 또는 APC(Ag-Pd-Cu) 합금 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1 반사 메탈층(80a)과 제2 반사 메탈층(80b)은 상기 제2 도전형의 반도체층(50)과 접촉하기 때문에, 상기 제2 도전형의 반도체층(50)과 접촉 저항이 작은 Au-Ni 합금을 이용하여 형성할 수도 있다.
상기 발광 구조층(150)은 상기 제1 도전형의 반도체층(30), 활성층(40),및 제2 도전형의 반도체층(50)을 포함하는 적층 구조물로 형성되고, 상기 제1 도전형의 반도체층(30) 및 제2 도전형의 반도체층(50)에 전원이 인가됨에 따라 상기 활성층(40)에서 빛을 방출한다.
상기 발광 구조층(150)은 GaN 기반 반도체층으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 발광 구조층(150)은 GaN, InGaN, InAlGaN, AlGaN 등과 같은 물질로 형성될 수 있다.
여기서, 상기 제1 도전형의 반도체층(30)이 n-타입 반도체층이면 상기 제2 도전형의 반도체층(50)은 p-타입 반도체층이 될 수 있고, 또는 상기 제1 도전형의 반도체층(30)이 p-타입 반도체층이면 상기 제2 도전형의 반도체층(50)은 n-타입 반도체층이 될 수 있다.
상기 제1 도전형의 반도체층(30) 상에는 전극(90)이 형성된다. 상기 전극(90)은 와이어 본딩이 원활하게 수행될 수 있도록 Au, Al, 또는 Pt 중 적어도 어느 하나를 포함하는 금속으로 형성될 수 있다. 상기 전극(90)은 상기 반사 메탈 서포터(80)과 함께 상기 활성층(40)에 전원을 제공한다.
제1 실시예에 따른 발광 소자는 건식 증착 방법으로 상기 반사 메탈 서포터(80)를 형성하기 때문에, 환경 오염을 유발하는 습식 도금 공정을 배제할 수 있는 장점이 있다.
또한, 제1 실시예에 따른 발광 소자는 솔더 금속을 이용하여 전도성 지지기판을 접합하는 방식을 이용하지 않고, 건식 증착 방법을 이용하여 반사 메탈 서포터(80)를 형성하기 때문에, 솔더 금속의 크랙이나 낮은 열전달 특성에 의한 발광 소자의 신뢰성 저하를 방지할 수 있다.
또한, 제1 실시예에 따른 발광 소자는 상기 반사 메탈 서포터(80)를 상기 제1 반사 메탈층(80a) 및 제2 반사 메탈층(80b)으로 형성함으로써, 상기 반사 메탈 서포터(80)의 응력을 감소시킬 수 있고, 상기 반사 메탈 서포터(80)의 응력이 감소됨에 따라 발광 구조층에 결함이 발생되는 것을 감소시킬 수 있다.
또한, 제1 실시예에 따른 발광 소자는 상기 발광 구조층(150) 아래에 반사도가 높은 반사 메탈 서포터(80)가 상기 발광 구조층(150)에서 발생된 빛을 반사하는 반사층의 역할과 상기 발광 구조층(150)을 지지하는 전도성 지지기판의 역할도 함께 수행하도록 발광 소자의 구조를 단순화할 수 있는 장점이 있다.
또한, 제1 실시예에 따른 발광 소자는 상기 발광 구조층(150) 아래에 반사도가 높은 반사 메탈 서포터(80)를 두껍게 형성함으로써, 상기 발광 구조층(150)에서 방출된 후 패키지 몸체에서 반사되어 상기 발광 구조층(150) 아래로 진행하는 빛이 재반사되어 패키지 몸체의 외부로 방출될 수 있어 발광 효율이 증가되는 장점 있다.
도 2는 제2 실시예에 따른 발광 소자를 설명하는 도면이다.
제2 실시예에 따른 발광 소자를 설명함에 있어서 제1 실시예에 따른 발광 소자에 대한 설명과 중복되는 설명은 생략하도록 한다.
도 2를 참조하면, 제2 실시예에 따른 발광 소자는 상기 제1 실시예에 따른 발광 소자의 발광 구조층(150)과 반사 메탈 서포터(80) 사이에 오믹 접촉층(60)이 형성될 수 있다.
상기 오믹 접촉층(60)은 투명 전극층으로 형성될 수도 있고, 예를 들어, ITO, ZnO, RuOx, TiOx, IrOx 중 적어도 어느 하나로 형성되거나, Ni, Ag, 또는 Au 중 적어도 어느 하나로 형성될 수도 있다.
상기 오믹 접촉층(60)이 형성되는 경우, 상기 제1 반사 메탈층(80a)과 제2 반사 메탈층(80b)은 상기 제2 도전형의 반도체층(50)과 오믹 접촉 특성이 요구되는 것은 아니다. 상기 제1 반사 메탈층(80a)과 제2 반사 메탈층(80b)은 반사도가 높은 Al, Ag, 또는 APC(Ag-Pd-Cu) 합금 중 적어도 어느 하나로 형성될 수 있다.
제2 실시예에 따른 발광 소자는 상기 오믹 접촉층(60)이 형성되기 때문에, 상기 제2 도전형의 반도체층(50)과 오믹 접촉 특성이 우수한 장점이 있다.
도 3은 제3 실시예에 따른 발광 소자를 설명하는 도면이다.
제3 실시예에 따른 발광 소자를 설명함에 있어서 제1 실시예에 따른 발광 소자에 대한 설명과 중복되는 설명은 생략하도록 한다.
도 3을 참조하면, 제3 실시예에 따른 발광 소자는 상기 제1 실시예에 따른 발광 소자의 반사 메탈 서포터(80) 아래에 솔더 금속층(70)과 산화 방지층(100)이 형성될 수 있다.
상기 솔더 금속층(70)은 발광 소자가 패키지 몸체 또는 기판에 용이하게 부착될 수 있도록 한다. 예를 들어, 상기 솔더 금속층(70)은 Au-Sn 솔더, Ag-Sn 솔더, 또는 Pb-Sn 솔더 중 적어도 어느 하나가 사용될 수 있다.
상기 산화 방지층(100)은 상기 솔더 금속층(70) 또는 상기 반사 메탈 서포터(80)가 산화되는 것을 방지한다.
비록 도시되지는 않았지만, 상기 솔더 금속층(70) 및 산화 방지층(100)은 어느 하나만 사용되는 것도 가능하며, 제2 실시예에 따른 발광 소자에 상기 솔더 금속층(70) 및 산화 방지층(100) 중 적어도 어느 하나가 적용되는 것도 가능하다.
도 4는 제4 실시예에 따른 발광 소자를 설명하는 도면이다.
제4 실시예에 따른 발광 소자를 설명함에 있어서 제1 실시예에 따른 발광 소자에 대한 설명과 중복되는 설명은 생략하도록 한다.
도 4를 참조하면, 제4 실시예에 따른 발광 소자는 상기 제1 실시예에 따른 발광 소자의 발광 구조층(150) 아래에 전류 차단층(CBL: Current Block Layer)(110)이 형성될 수 있다.
상기 전류 차단층(110)은 절연 물질 또는 전기 전도도가 낮은 물질로 형성될 수 있으며, 상기 제2 도전형의 반도체층(50)과 쇼키 접촉 특성을 갖는 물질로 형성될 수 있다.
상기 전류 차단층(110)은 적어도 일부분이 상기 전극(90)과 수직 방향으로 오버랩되도록 배치될 수 있으며, 상기 전류 차단층(110)이 형성됨에 따라 상기 반사 메탈 서포터(80)와 상기 전극(90) 사이에 흐르는 전류는 상기 활성층(40)의 넓은 영역으로 퍼져 흐른다. 따라서, 발광 소자의 내부 양자 효율이 증가될 수 있다.
한편, 상기 전류 차단층(110) 아래에 형성되는 상기 제1 반사 메탈층(80a)과 제2 반사 메탈층(80b)은 상기 전류 차단층(110)의 위치에 대응하여 굴곡진 형태로 형성될 수도 있다.
비록 도시되지는 않았지만, 상기 전류 차단층(110)은 제2 실시예에 따른 발광 소자 또는 제3 실시예에 따른 발광 소자에 적용될 수 있으며, 상기 제2 도전형의 반도체층(50)과 접촉되도록 배치된다.
도 5 내지 도 7은 제1 실시예에 따른 발광 소자 제조방법을 설명하는 도면이다.
도 5를 참조하면, 성장 기판(10) 상에 버퍼층을 포함하는 언도프트(Un-doped) 질화물층(20)을 형성하고, 상기 언도프트 질화물층(20) 상에 제1 도전형의 반도체층(30), 활성층(40), 및 제2 도전형의 반도체층(50)을 포함하는 발광 구조층(150)을 형성한다.
상기 성장 기판(10)은 사파이어(Al2O3), Si, SiC, GaAs, GaN, ZnO, MgO, Ga2O3 중 어느 하나로 형성될 수 있고, 예를 들어, 상기 성장 기판(10)으로서 사파이어 기판을 사용할 수 있다.
상기 언도프트 질화물층(20)은 GaN계 반도체층으로 형성될 수 있고, 예를 들어, 트리메틸 갈륨(TMGa) 가스, 수소 가스, 및 암모니아 가스를 챔버에 주입하여 성장시킨 언도프트 GaN층을 사용할 수 있다.
상기 제1 도전형의 반도체층(30)은 트리메틸 갈륨(TMGa) 가스, n형 불순물(예를 들어, Si)을 포함하는 사일렌(SiN4) 가스, 수소 가스, 및 암모니아 가스를 상기 챔버에 주입하여 성장시킬 수 있다. 그리고, 상기 제1 도전형의 반도체층(30) 상에 활성층(40) 및 제2 도전형의 반도체층(50)을 형성한다.
상기 활성층(40)은 단일 양자 우물 구조 또는 다중 양자 우물 구조로 형성될 수 있고, 예를 들어, InGaN 우물층/GaN 장벽층의 적층 구조로 형성될 수도 있다.
상기 제2 도전형의 반도체층(50)은 트리메틸 갈륨(TMGa) 가스, p형 불순물(예를 들어, Mg)을 포함하는 비세틸 사이클로 펜타니에닐 마그네슘(EtCp2Mg){Mg(C2H5C5H4)2} 가스, 수소 가스, 및 암모니아 가스를 상기 챔버에 주입하여 성장시킬 수 있다.
도 6을 참조하면, 상기 제2 도전형의 반도체층(50) 상에 상기 반사 메탈 서포터(80)를 형성한다. 먼저, 상기 제2 도전형의 반도체층(50) 상에 제1 반사 메탈층(80a)을 형성하고, 상기 제1 반사 메탈층(80a) 상에 제2 반사 메탈층(80b)을 형성한다. 그리고, 상기 제2 반사 메탈층(80b) 상에 제1 반사 메탈층(80a)을 다시 형성하고, 상기 제1 반사 메탈층(80a) 상에 다시 제2 반사 메탈층(80b)을 형성하는 공정을 반복한다.
상기 제1 반사 메탈층(80a) 및 제2 반사 메탈층(80b)은 건식 증착 방법을 통해 형성할 수 있다. 상기 건식 증착 방법으로는 스퍼터링 방법이나 E-beam evaporation 공정이 사용될 수 있으며, 스퍼터링 방법을 이용하는 경우 고속 스퍼터링 방법을 적용할 수 있다. 상기 고속 스퍼터링 방법은 음극 스퍼터링 타겟의 뒷면에 자성 물질을 설치하여 전기장에 수직한 방향으로 자기장을 형성함으로써, 전자들의 움직임을 타겟 주위로 구속하고 회전 왕복 운동을 유도하여 이동 경로를 길게 함으로써 플라즈마 밀도를 높여서 스퍼터링 수율을 향상시키는 스퍼터링 방법이다.
상기 제1 반사 메탈층(80a) 및 제2 반사 메탈층(80b)은 동종 물질 또는 이종 물질로 형성될 수 있다.
상기 제1 반사 메탈층(80a) 및 제2 반사 메탈층(80b)이 동종 물질로 형성하는 경우 스퍼터링 공정 조건을 변화시킴으로서 상기 제1 반사 메탈층(80a) 및 제2 반사 메탈층(80b)이 각각 인장 응력과 압축 응력을 갖도록 할 수 있다.
예를 들어, 동종 금속을 스퍼터링할 때 인장 응력을 갖는 구조와 압축 응력을 갖는 구조를 형성하는 방법은 스퍼터링 또는 evaporation된 금속의 에너지를 크게 해주면 기판에 도달한 금속이 원하는 위치에까지 확산할 수 있는 충분한 에너지를 가질 수 있으므로 압축 응력을 갖는 반사 메탈층을 형성할 수 있다. 금속의 에너지를 크게 하여 압축 응력을 갖는 반사 메탈층을 형성하는 방법은 스퍼터링시 파워를 높이는 방법, 스퍼터링 가스의 압력을 낮추는 방법, 기판의 온도를 높이는 방법, 펄스 스퍼터링 방법을 적용하는 방법이 있을 수 있다. 예를 들어, 전원으로 펄스 소스와 직류 소스를 준비하고, 펄스 소스를 인가하는 경우 압축 응력을 갖는 반사 메탈층이 형성되고 직류 소스를 인가하는 경우 인장 응력을 갖는 반사 메탈층이 형성된다. 마찬가지로, 스퍼터링시 파워, 가스의 압력, 기판의 온도 등을 제어함으로써 인장 응력을 갖는 반사 메탈층과 압축 응력을 갖는 반사 메탈층을 선택적으로 형성할 수 있다.
또한, 상기 제1 반사 메탈층(80a) 및 제2 반사 메탈층(80b)을 이종 물질로 형성하는 경우, 각각 인장 응력 또는 압축 응력을 나타내기가 용이한 금속을 사용하여 형성할 수 있으며, 상술한 바와 같이 동종 금속에 인장 응력과 압축 응력을 나타내게 하는 방법을 적용하여 형성할 수도 있다.
도 7을 참조하면, 상기 성장 기판(10) 및 언도프트 질화물층(20)을 제거한다. 상기 성장 기판(10) 및 언도프트 질화물층(20)의 제거는 레이저 리프트 오프 방법 또는 화학적 리프트 오프 방법 등을 이용하여 수행될 수 있다.
그리고, 상기 성장 기판(10) 및 언도프트 질화물층(20)이 제거됨에 따라 노출된 상기 제1 도전형의 반도체층(30) 상에 전극(90)을 형성한다. 따라서, 도 1에 도시된 바와 같은 제1 실시예에 따른 발광 소자가 제조될 수 있다.
비록 도시되지는 않았지만, 도 5에서 상기 제2 도전형의 반도체층(50)을 형성한 후 상기 반사 메탈 서포터(80)를 형성하기 전에 오믹 접촉층(60)을 형성하는 단계를 더 포함하면, 제2 실시예에 따른 발광 소자가 제조될 수 있다.
비록 도시되지는 않았지만, 도 6에서 상기 반사 메탈 서포터(80)를 형성한 후 상기 솔더 금속층970) 및 산화 방지층(100)을 형성하는 단계를 더 포함하면 제3 실시예에 따른 발광 소자가 제조될 수 있다.
비록 도시되지는 않았지만, 도 5에서 상기 제2 도전형의 반도체층(50)을 형성한 후 상기 반사 메탈 서포터(80)를 형성하기 전에 전류 차단층(110)을 형성하는 단계를 더 포함하면 제4 실시예에 따른 발광 소자가 제조될 수 있다.
도 8은 실시예들에 따른 발광 소자가 설치된 발광 소자 패키지를 설명하는 도면이다.
도 8을 참조하면, 실시예에 따른 발광 소자 패키지는 패키지 몸체(200)와, 상기 패키지 몸체(200)에 설치된 제1 전극(210) 및 제2 전극(220)과, 상기 패키지 몸체(200)에 설치되어 상기 제1 전극(210) 및 제2 전극(220)과 전기적으로 연결되는 발광 소자(500)와, 상기 발광 소자(500)를 포위하는 몰딩부재(400)가 포함된다.
상기 몸체부(200)는 실리콘 재질, 합성수지 재질, 또는 금속 재질을 포함하여 형성될 수 있으며, 상기 발광 소자(500)의 주위에 경사면이 형성될 수 있다.
상기 제1 전극(210) 및 제2 전극(220)은 서로 전기적으로 분리되며, 상기 발광 소자(500)에 전원을 제공하는 역할을 한다. 또한, 상기 제1 전극(210) 및 제2 전극(220)은 상기 발광 소자(500)에서 발생된 빛을 반사시켜 광 효율을 증가시키는 역할을 할 수 있으며, 상기 발광 소자(500)에서 발생된 열을 외부로 배출시키는 역할을 할 수도 있다.
상기 발광 소자(500)는 도 1 내지 도 4를 통해 설명된 발광 소자가 적용될 수 있으며, 상기 발광 소자(500)는 상기 패키지 몸체(200) 상에 설치되거나 상기 제1 전극(210) 또는 제2 전극(220) 상에 설치될 수 있다.
상기 발광 소자(500)는 와이어(300)를 통해 상기 제2 전극(220)과 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 몰딩부재(400)는 상기 발광 소자(500)를 포위하여 상기 발광 소자(500)를 보호할 수 있다. 또한, 상기 몰딩부재(400)에는 형광체가 포함되어 상기 발광 소자(500)에서 방출된 광의 파장을 변화시킬 수 있다.
한편, 상기 발광 소자(500)에서 방출된 빛 중 일부(600)는 상기 몰딩부재(400)과 공기와의 경계에서 전반사되어 외부로 방출되지 못하고 전반사 될 수 있으며, 상기 패키지 몸체(200)에서 반사되어 상기 발광 소자(500)에 입사되는 빛은 상기 발광 소자(500)의 반사 메탈 서포터(80)에서 반사되어 외부로 방출될 수 있다.
실시예에 따른 발광 소자 패키지에서 상기 발광 소자(500)는 발광 구조층(150)의 아래에 반사도가 우수한 반사 메탈 서포터(80)가 형성되므로, 상기 반사 메탈 서포터(80) 대신 반사도가 낮은 물질로 형성된 전도성 지지기판을 형성하는 경우에 비해 광 방출 효율이 증가될 수 있다.
또한, 상기 발광 소자 패키지는 COB(Chip On Board) 타입을 포함하며, 상기 패키지 몸체(200)의 상면은 평평하고, 상기 패키지 몸체(200)에는 복수의 발광 소자(500)가 설치될 수도 있다.
또한, 실시예에 따른 발광 소자 패키지는 복수개가 기판 상에 어레이될 수 있으며, 상기 발광 소자 패키지에서 방출되는 광 경로 상에 광학 부재인 도광판, 프리즘 시트, 확산 시트, 형광 시트 등이 배치될 수 있다. 이러한 발광 소자 패키지, 기판, 광학 부재는 백라이트 유닛으로 기능할 수 있다. 또 다른 실시예는 상술한 실시예들에 기재된 발광소자(500) 또는 발광 소자 패키지를 포함하는 조명 유닛으로 구현될 수 있으며, 예를 들어, 조명 유닛은 표시 장치, 지시 장치, 램프, 가로등을 포함할 수 있다.
도 9는 실시예에 따른 발광 소자 또는 발광 소자 패키지를 사용한 백라이트 유닛을 도시하는 도면이다. 다만, 도 9의 백라이트 유닛(1100)은 조명 시스템의 한 예이며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
도 9를 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, 휘도상승 시트, 및 형광 시트 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 광학 시트(1150)는 상기 확산 시트, 집광 시트, 휘도상승 시트 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 휘도상승 시트는 상기 집광 시트로부터 출사된 광의 편광도를 증가시킬 수 있다. 상기 집광 시트는 예를 들어, 수평 또는/및 수직 프리즘 시트일 수 있다. 또한, 상기 휘도상승 시트는 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 10은 실시예에 따른 발광 소자 또는 발광 소자 패키지를 사용한 조명 유닛(1200)의 사시도이다. 다만, 도 10의 조명 유닛(1200)은 조명 시스템의 한 예이며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
도 10을 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(1231)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(1231)가 탑재될 수 있다. 상기 발광 소자 패키지(1231) 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 10에 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.
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.
10: 성장 기판, 20: 언도프트 질화물층, 30: 제1 도전형의 반도체층, 40: 활성층, 50: 제2 도전형의 반도체층, 60: 오믹 접촉층, 70: 솔더 금속층, 80: 반사 메탈 서포터, 90: 전극, 100: 산화 방지층, 110: 전류 차단층, 150: 발광 구조층, 200: 패키지 몸체, 210: 제1 전극, 220: 제2 전극, 300: 와이어, 400: 몰딩부재, 500: 발광 소자
Claims (20)
- 제1 반사 메탈층 및 제2 반사 메탈층을 적어도 두 쌍 이상 포함하는 반사 메탈 서포터;
상기 반사 메탈 서포터 상에 제1 도전형의 반도체층, 제2 도전형의 반도체층, 상기 제1 도전형의 반도체층과 상기 제2 도전형의 반도체층 사이에 배치되는 활성층을 포함하는 발광 구조층; 및
상기 발광 구조층 상에 전극을 포함하고,
상기 반사 메탈 서포터는 Al, Ag, APC(Ag-Pd-Cu) 합금, Au-Ni 합금 중 적어도 어느 하나를 포함하며,
상기 반사 메탈 서포터는 상기 발광 구조층의 두께보다 두꺼운 두께를 갖는 발광 소자. - 제1 반사 메탈층 및 제2 반사 메탈층을 적어도 두 쌍 이상 포함하는 반사 메탈 서포터;
상기 반사 메탈 서포터 상에 제1 도전형의 반도체층, 제2 도전형의 반도체층, 상기 제1 도전형의 반도체층과 상기 제2 도전형의 반도체층 사이에 배치되는 활성층을 포함하는 발광 구조층; 및
상기 발광 구조층 상에 전극; 및
상기 반사 메탈 서포터와 상기 발광 구조층 사이에 오믹 접촉층을 포함하고,
상기 반사 메탈 서포터는 Al, Ag, APC(Ag-Pd-Cu) 합금, Au-Ni 합금 중 적어도 어느 하나를 포함하는 발광 소자. - 제 1항에 있어서,
상기 반사 메탈 서포터와 발광 구조층 사이에 전류 차단영역을 더 포함하는 발광 소자. - 제1 반사 메탈층 및 제2 반사 메탈층을 적어도 두 쌍 이상 포함하는 반사 메탈 서포터;
상기 반사 메탈 서포터 상에 제1 도전형의 반도체층, 제2 도전형의 반도체층, 상기 제1 도전형의 반도체층과 상기 제2 도전형의 반도체층 사이에 배치되는 활성층을 포함하는 발광 구조층;
상기 발광 구조층 상에 전극; 및
상기 반사 메탈 서포터와 상기 발광 구조층 사이에 전류 차단영역을 포함하고,
상기 반사 메탈 서포터는 Al, Ag, APC(Ag-Pd-Cu) 합금, Au-Ni 합금 중 적어도 어느 하나를 포함하며,
상기 제1 반사 메탈층 및 제2 반사 메탈층 각각은 상기 전류 차단영역의 위치에 대응하는 부분이 주변부보다 낮은 발광 소자. - 제1 반사 메탈층 및 제2 반사 메탈층을 적어도 두 쌍 이상 포함하는 반사 메탈 서포터;
상기 반사 메탈 서포터 상에 제1 도전형의 반도체층, 제2 도전형의 반도체층, 상기 제1 도전형의 반도체층과 상기 제2 도전형의 반도체층 사이에 배치되는 활성층을 포함하는 발광 구조층;
상기 발광 구조층 상에 전극; 및
상기 반사 메탈 서포터 아래에 솔더 금속층을 포함하고,
상기 반사 메탈 서포터는 Al, Ag, APC(Ag-Pd-Cu) 합금, Au-Ni 합금 중 적어도 어느 하나를 포함하는 발광 소자. - 제 5항에 있어서,
상기 솔더 금속층 아래에 산화 방지층을 더 포함하는 발광 소자. - 제 1항에 있어서,
상기 반사 메탈 서포터는 40쌍 내지 60쌍의 제1 반사 메탈층 및 제2 반사 메탈층을 포함하는 발광 소자. - 제1 반사 메탈층 및 제2 반사 메탈층을 적어도 두 쌍 이상 포함하는 반사 메탈 서포터;
상기 반사 메탈 서포터 상에 제1 도전형의 반도체층, 제2 도전형의 반도체층, 상기 제1 도전형의 반도체층과 상기 제2 도전형의 반도체층 사이에 배치되는 활성층을 포함하는 발광 구조층;
상기 발광 구조층 상에 전극을 포함하고,
상기 반사 메탈 서포터는 Al, Ag, APC(Ag-Pd-Cu) 합금, Au-Ni 합금 중 적어도 어느 하나를 포함하며,
상기 제1 반사 메탈층 및 제2 반사 메탈층은 각각 0.1-10㎛의 두께로 형성되며, 상기 반사 메탈 서포터는 50-200㎛의 두께로 형성되는 발광 소자. - 제 1항, 제 2항, 제 4항, 제 5항 또는 제8항 중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 제1 반사 메탈층 및 제2 반사 메탈층은 동종 물질로 형성되는 발광 소자. - 제 1항, 제 2항, 제 4항, 제 5항 또는 제8항 중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 제1 반사 메탈층 및 제2 반사 메탈층은 이종 물질로 형성되는 발광 소자. - 압축 응력을 갖는 제1 반사 메탈층 및 인장 응력을 갖는 제2 반사 메탈층을 포함하는 반사 메탈 서포터;
상기 반사 메탈 서포터 상에 제1 도전형의 반도체층, 제2 도전형의 반도체층, 및 상기 제1 도전형의 반도체층과 상기 제2 도전형의 반도체층 사이에 배치되는 활성층을 포함하는 발광 구조층; 및
상기 발광 구조층 상에 전극을 포함하는 발광 소자. - 제 11항에 있어서,
상기 제1 반사 메탈층 및 제2 반사 메탈층은 복수회 반복되어 적층되는 발광 소자. - 제 11항에 있어서,
상기 반사 메탈 서포터는 Al, Ag, APC(Ag-Pd-Cu) 합금, Au-Ni 합금 중 적어도 어느 하나를 포함하는 발광 소자. - 제 11항에 있어서,
상기 반사 메탈 서포터와 발광 구조층 사이에 오믹 접촉층을 더 포함하는 발광 소자. - 제 11항에 있어서,
상기 반사 메탈 서포터와 발광 구조층 사이에 전류 차단 영역을 더 포함하는 발광 소자. - 제 15항에 있어서,
상기 제1 반사 메탈층 및 제2 반사 메탈층 각각은 상기 전류 차단영역의 위치에 대응하는 부분이 주변부 보다 낮은 발광 소자. - 제 11항에 있어서,
상기 반사 메탈 서포터 아래에 솔더 금속층을 더 포함하는 발광 소자. - 제 11항에 있어서,
상기 반사 메탈 서포터의 두께는 상기 발광 구조층의 두께보다 두꺼운 발광 소자. - 제 18항에 있어서,
상기 제1 반사 메탈층 및 제2 반사 메탈층은 각각 0.1-10㎛의 두께로 형성되며, 상기 반사 메탈 서포터는 50-200㎛의 두께로 형성되는 발광 소자. - 패키지 몸체;
상기 패키지 몸체 상에 제1 전극 및 제2 전극;
상기 패키지 몸체 상에 상기 제1 전극 및 제2 전극과 전기적으로 연결되는 청구항 제1항 내지 제8항과 청구항 제11항 내지 제19항 중 어느 하나의 항에 기재된 발광 소자; 및
상기 패키지 몸체 상에 발광 소자를 포위하는 몰딩부재를 포함하는 발광 소자 패키지.
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