KR101070495B1 - 표면부 형상 변조 ｌｅｄ와 리셉터클을 이용한 ｌｅｄ 자기 정렬 패키지 - Google Patents

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Abstract

표면부 형상 변조 LED와 리셉터클을 이용한 LED 자기 정렬 패키지를 개시한다. LED 자기 정렬 패키지는 리셉터클(receptacle) 상에 질화갈륨계 발광다이오드 유닛을 장착하는 LED 자기 정렬 패키지에 있어서, 상기 질화갈륨계 발광다이오드 유닛은 표면부의 형상이 변조된 구조를 가지며, 상기 리셉터클은 상기 질화갈륨계 발광다이오드 유닛을 정렬하기 위한 수용 공간을 제공하되, 상기 수용 공간의 베이스를 상기 질화갈륨계 발광다이오드 유닛의 표면부와 동일한 형상으로 변조된 구조를 가진다.
발광다이오드 소자(LED), 질화갈륨계(GaN), 리셉터클(receptacle), 자기 정렬(self-aligning), 패키지(package)

Description

표면부 형상 변조 ＬＥＤ와 리셉터클을 이용한 ＬＥＤ 자기 정렬 패키지{SELF-ALIGNING LED PACKAGING USING SURFACE-MODULATED RECEPTACLE AND LED}
본 발명의 실시예들은 리셉터클(receptacle)을 이용한 발광 다이오드 소자의 자기 정렬 패키징 기술에 관한 것이다.
최근 발광다이오드 소자(LED)는 비약적인 반도체 기술의 발전에 힘입어, 저휘도의 범용제품에서 탈피하여, 고휘도, 고품질의 제품 생산이 가능하다. 또한, 고특성의 청색(blue), 백색(white) 다이오드의 구현이 현실화됨에 따라서, 발광다이오드 소자는 디스플레이, 차세대 조명원 등으로 그 응용가치가 확대되고 있다. 특히, Ⅲ-Ⅴ족의 질화물을 이용한 화합물 반도체 발광다이오드는 천이 방식이 레이저 발진 확진 확률이 높은 직접 천이형이고 청색 레이저 발진이 가능한 특성 때문에 주목되고 있다.
일반적으로, 질화갈륨계 발광다이오드 소자는 GaAs, AlGaAs, GaN, InGaN 및 AlGaInP 등의 화합물 반도체 재료의 변경을 통해 발광원을 구성함으로써 다양한 색의 빛을 구현할 수 있는 반도체 소자를 말한다. 이러한 질화갈륨계 발광다이오드 소자는 통상적으로 사파이어(Al2O3) 기판 또는 탄화규소(SiC) 기판상에 성장되어 형성된다.
일반적인 질화갈륨계 다이오드 소자의 구조는 다음과 같이 성장될 수 있다. 상세하게는, 사파이어 기판 위에 질화갈륨 버퍼층, n형 질화갈륨 박막, 질화인듐갈륨(InGaN) 또는 질화갈륨(GaN) 활성층, p형 질화갈륨 박막을 순차적으로 결정 성장시킨다. 이어, p형 질화갈륨 박막 위에 응착층(adhesion layer), 임시 기판(temporary substrate)를 형성한 후 LLO(laser lift off) 기술을 이용하여 사파이어 기판을 제거한다. 상기한 과정으로 성장된 유닛을 수용 기판(receptor substrate) 위에 붙인 후 응착층과 임시 기판을 제거함으로써 질화갈륨계 발광다이오드 소자를 완성할 수 있다.
상기와 같이 형성된 질화갈륨계 발광다이오드 소자의 패키징 방법은 도 1에 도시한 바와 같이 평평한 베이스와 평평한 주변 영역을 갖는 전기적 열적 도전성 리셉터클(2)을 형성한 후, 상기 주변 영역 상에 전기적 절연체를 형성한다. 그리고, 상기 전기적 절연체 상에 전기 도전성 재료를 형성하고 리셉터클(2) 내의 베이스에 질화갈륨계 발광다이오드 소자 즉, LED 유닛(4)을 장착한다. 이때, 상기 전기 도전성 재료와 LED 유닛(4) 사이에 전기 도선(1)에 의한 전기 연결을 형성한다.
그러나, 기존의 LED 패키징 방법은 리셉터클(2)을 형성한 베이스의 표면부가 평평하여 리셉터클(2)의 베이스 위에 LED 유닛(4)을 정렬하기가 쉽지 않은 문제가 있다. 이로 인하여, LED 패키징 과정에서 정렬 오차가 발생하고 이를 해결하기 위한 추가 공정이 요구됨에 따라 LED 패키징 공정을 간소화 하는데 한계가 있다. 또한, LED 유닛(4)의 정렬이 쉽지 않아 이에 따라 LED 패키지에 도포되는 인광물질(3)의 두께를 가늠하기가 쉽지 않은 단점이 있다.
본 발명의 일실시예는 리셉터클 상에 LED 유닛을 정렬할 때 정렬 오차를 개선하고 LED 패키징 공정을 간소화 하기 위한 LED 자기 정렬 패키지를 제공한다.
본 발명의 일실시예에 따른 LED 자기 정렬 패키지는 리셉터클(receptacle) 상에 질화갈륨계 발광다이오드 유닛을 장착하는 LED 자기 정렬 패키지에 있어서, 상기 질화갈륨계 발광다이오드 유닛은 표면부의 형상이 변조된 구조를 가지며, 상기 리셉터클은 상기 질화갈륨계 발광다이오드 유닛을 정렬하기 위한 수용 공간을 제공하되, 상기 수용 공간의 베이스를 상기 질화갈륨계 발광다이오드 유닛의 표면부와 동일한 형상으로 변조된 구조를 가진다.
본 발명의 일실시예에서 상기 질화갈륨계 발광다이오드 유닛은 상부의 형상이 변조된 구조를 가지는 질화갈륨 기판 상에 형성된 후 상기 질화갈륨 기판과의 분리를 통해 상기 표면부의 형상이 변조된 구조로 형성될 수 있다.
본 발명의 일실시예에서 상기 질화갈륨계 발광다이오드 유닛과 리셉터클은 상기 표면부와 베이스의 형상이 원통형, 타원형, 사다리꼴 모양 중 적어도 하나의 형상으로 m×n개의 셀로 이루어진 구조를 가지며, 2um 내지 20 um의 높이로 변조된 구조를 가질 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 발광다이오드 유닛의 표면부를 형상 변조하 고 형상이 변조된 발광다이오드 유닛을 정렬할 리셉터클의 베이스 표면부를 동일 형상으로 변조시킴으로써 리셉터클 위에 발광다이오드 유닛을 정렬할 때의 어려움을 해소할 수 있다. 즉, 리셉터클과 질화갈륨계 발광다이오드의 표면부를 수~수십 마이크로 스케일로 형상 변조하여 리셉터클 위에 발광다이오드 유닛을 정렬할 때 정렬 오차를 최소화할 수 있으며 궁극적으로 발광다이오드 패키징 공정을 간소화 할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 발광다이오드 패키징 시 발광다이오드 유닛의 정렬 오차를 개선함으로써 발광다이오드 유닛 위에 도포될 인광 물질의 두께를 보다 정확하게 가늠할 수 있으며, 또한 기판을 제거함으로써 발열효과를 향상시킬 수 있다.
이하에서, 본 발명에 따른 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
본 발명의 일실시예는 질화갈륨계 발광다이오드 유닛의 패키징 기술에 관한 것이다.
도 2는 질화갈륨 기판을 이용한 질화갈륨계 발광다이오드 유닛의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 2를 참조하면, 질화갈륨 기판(90) 상에 n형 질화갈륨 박막(30), 질화인듐갈륨(InGaN) 또는 질화갈륨(GaN) 활성층(40), p형 질화갈륨 박막(50)을 차례로 성장시켜 질화갈륨계 발광다이오드 유닛(100)을 형성한다.
본 발명의 일실시예에서는 질화갈륨계 발광다이오드 유닛(100)을 성장시키고자 하는 쪽의 표면부(이하, '기판 상부'라 칭함)가 수~수십 마이크로 스케일로 형상 변조된 질화갈륨 기판(90)을 이용한다. 질화갈륨 기판(90)은 특성상 사파이어 기판 또는 탄화규소 기판에 비해 형상 변조가 용이하며 기판 상부의 형상을 포토리소그래피(photolithography) 방법 등으로 다양하게 변조시킬 수 있다.
질화갈륨계 발광다이오드 유닛(100)을 수용 기판(receptor substrate) 위에 형성하기에 앞서 질화갈륨 기판(90)과 발광다이오드 유닛(100)을 분리시킨다. 질화갈륨 기판(90)과 발광다이오드 유닛(100)은 SLS(seed layer separation) 기술을 이용하여 분리시킬 수 있다. 질화갈륨 기판(90)의 기판 상부를 형상 변조하는 기술과 SLS 기술은 국내특허출원 제10-2009-0031761호에 의해 뒷받침된다.
본 발명의 일실시예는 기판 상부의 형상이 다양하게 변조된 질화갈륨 기판(90)을 이용하여 질화갈륨계 발광다이오드 유닛(100)를 성장시키고 SLS 기술을 이용하여 질화갈륨 기판(90)으로부터 질화갈륨계 발광다이오드 유닛(100)을 분리시키므로 추후의 식각 공정이 필요하지 않다.
본 발명의 일실시예에서 기판 상부의 형상이 변조된 질화갈륨 기판(90)을 이용함으로써 기판 상부의 형상에 의해 질화갈륨계 발광다이오드 유닛의 표면부(이하, '유닛 표면부'라 칭함)를 형상 변조시킬 수 있다.
도 3은 질화갈륨 기판에 의해 유닛 표면부(110)의 형상이 변조된 질화갈륨계 발광다이오드 유닛(100)을 나타낸다. 질화갈륨계 발광다이오드 유닛(100)에서 형상이 변조된 구조의 유닛 표면부(110)는 m×n개의 셀로 이루어진 수~수십 마이크로 스케일의 원통형, 타원형, 또는 사다리꼴 모양으로 이루어질 수 있으며, 2um 내지 20 um의 높이로 형성될 수 있다. 이러한 질화갈륨계 발광다이오드 유닛(100)의 표면 구조는 포토리소그래피 방식으로 질화갈륨 기판의 상부를 형상 변조하여 쉽게 형성할 수 있다.
따라서, 본 발명의 일실시예는 상부의 형상이 변조된 질화갈륨 기판을 사용하여 질화갈륨계 발광다이오드 유닛을 형성하고 질화갈륨 기판의 형상이 변조된 상부로 인해 아래면(즉, 유닛 표면부)의 형상이 변조된 질화갈륨계 발광다이오드 소자를 형성할 수 있다. 즉, 기판 상부의 형상이 수~수십 마이크로 스케일로 준거시적으로 변조된 질화갈륨 기판을 이용하여 질화갈륨계 발광다이오드 유닛의 표면부를 형상 변조시킬 수 있다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 LED 자기 정렬 패키지를 도시한 것이다.
도 4를 참조하면, 리셉터클(400)은 질화갈륨계 발광다이오드 유닛(100)을 정렬하기 위한 수용 공간을 제공하며 상기 수용 공간은 베이스(410)와 주변 영역으로 이루어진다.
본 발명의 일실시예에서 리셉터클(400)은 표면부의 형상이 질화갈륨계 발광다이오드 유닛(100)의 유닛 표면부(110)와 동일한 형상으로 변조된 베이스(410)를 갖는다. 리셉터클(400)은 베이스(410)의 표면부가 유닛 표면부(110)의 변조된 형상과 결합되도록 형상 변조되며 베이스(410)의 형상 변조된 표면부의 높이(h) 또한 유닛 표면부(110)의 형상 높이와 동일하게 형성된다.
본 발명의 일실시예에 따른 질화갈륨계 발광다이오드 소자의 자기 정렬 패키지는 도 4에 도시한 바와 같이 표면부의 형상이 변조된 리셉터클(400)의 베이스(410) 상에 유닛 표면부(110)의 형상이 변조된 질화갈륨계 발광다이오드 유닛(100)을 장착함으로써 형성될 수 있다.
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
도 1은 리셉터클과 그 위에 정렬된 질화갈륨계 발광다이오드 소자의 일반적인 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 질화갈륨 기판을 이용한 질화갈륨계 발광다이오드 유닛을 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에서 표면부의 형상이 변조된 발광 다이오드 유닛의 구조를 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 LED 자기 정렬 패키지를 도시한 것으로, 표면부의 형상이 변조된 리셉터클과 그 위에 정렬된 표면부의 형상이 변조된 발광다이오드 유닛을 도시한 것이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100: 질화갈륨계 발광다이오드 유닛
110: 유닛 표면부
400: 리셉터클
410: 베이스

Claims (4)

  1. 리셉터클(receptacle) 상에 질화갈륨계 발광다이오드 유닛을 장착하는 LED 자기 정렬 패키지에 있어서,
    상기 질화갈륨계 발광다이오드 유닛은 상부의 형상이 변조된 구조를 가지는 질화갈륨 기판 상에 형성된 후 상기 질화갈륨 기판과의 분리를 통해 드러난 상기 질화갈륨계 발광다이오드 유닛의 질화물층인 표면부가 형상이 변조된 구조를 가지며,
    상기 리셉터클은 상기 질화갈륨계 발광다이오드 유닛을 정렬하기 위한 수용 공간을 제공하되, 상기 수용 공간의 베이스를 상기 질화갈륨계 발광다이오드 유닛의 표면부와 동일한 형상으로 변조된 구조를 가지는, LED 자기 정렬 패키지.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 질화갈륨계 발광다이오드 유닛과 리셉터클은,
    상기 표면부와 베이스의 형상이 원통형, 타원형, 사다리꼴 모양 중 적어도 하나의 형상으로 m×n개의 셀로 이루어진 구조를 가지는, LED 자기 정렬 패키지.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 질화갈륨계 발광다이오드 유닛과 리셉터클은,
    상기 표면부와 베이스의 형상이 2um 내지 20 um의 높이로 변조된 구조를 가지는, LED 자기 정렬 패키지.
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