KR101790047B1 - 발광소자 - Google Patents

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Abstract

실시 예에 따른 발광소자는, 정전기 내전압(ESD) 특성을 갖도록, 실시 예는, 기판, 상기 기판 상에 배치되며, 제1 반도체층, 제2 반도체층 및 상기 제1, 2 반도체층 사이에 활성층을 포함하며, 제1 발광구조물 및 상기 제1 발광구조물과 이격된 상기 제2 발광구조물을 포함하는 발광구조물, 상기 기판과 상기 제1 발광구조물의 상기 제1 반도체층 사이에 배치된 제1 전극, 상기 제1 발광구조물의 일측면에 배치된 패시베이션, 상기 패시베이션의 측면 및 상기 제2 반도체층 상에 배치된 제2 전극, 상기 기판과 상기 제2 발광구조물의 상기 제1 반도체층 사이에 배치되며, 상기 제2 전극과 전기적으로 연결된 제3 전극, 상기 제1, 2 발광구조물과 상기 기판 사이 및 상기 제2 발광구조물의 상기 제1 반도체층에서 상기 제2 반도체층의 내측에 배치된 절연층 및 상기 절연층에 형성된 홀에 배치되어, 상기 제2 발광구조물의 상기 제2 반도체층 및 상기 기판에 접촉되는 제4 전극을 포함하는 발광소자를 제공할 수 있다.

Description

발광소자{Light Emitting device}
실시 예는, 발광소자에 관한 것이다.
발광소자의 대표적인 예로, LED(Light Emitting Diode; 발광 다이오드)는 화합물 반도체의 특성을 이용해 전기 신호를 적외선, 가시광선 또는 빛의 형태로 변환시키는 소자로, 가정용 가전제품, 리모콘, 전광판, 표시기, 각종 자동화 기기 등에 사용되고, 점차 LED의 사용 영역이 넓어지고 있는 추세이다.
보통, 소형화된 LED는 PCB(Printed Circuit Board) 기판에 직접 장착하기 위해서 표면실장소자(Surface Mount Device)형으로 만들어지고 있고, 이에 따라 표시소자로 사용되고 있는 LED 램프도 표면실장소자 형으로 개발되고 있다. 이러한 표면실장소자는 기존의 단순한 점등 램프를 대체할 수 있으며, 이것은 다양한 칼라를 내는 점등표시기용, 문자표시기 및 영상표시기 등으로 사용된다.
이와 같이 LED의 사용 영역이 넓어지면서, 생활에 사용되는 전등, 구조 신호용 전등 등에 요구되는 휘도가 높이지는 바, LED의 발광휘도를 증가시키는 것이 중요하다.
또한, 발광소자를 조명장치 등에 적용하기 위해서는 일정 수준 이상의 정전기 내전압(Electrostatic Discharge, ESD)에 대한 내성이 요구되는바, 충분한 ESD 내성이 없는 경우는, 예를 들어 발광소자가 인체에 접촉하거나 기판 등에 삽입될 때 발생하는 ESD에 의해 발광소자의 신뢰성이 저하되고, 발광 소자에 전원을 제공하는 전원장치, 및 기타 다양한 전자장치에 손상을 가할 수 있다.
실시 예는, 정전기 내전압(ESD) 특성을 갖는 발광소자를 제공할 수 있다.
실시 예에 따른 발광소자는, 기판; 상기 기판 상에 배치되며, 제1 발광구조물 및 상기 제1 발광구조물과 이격된 상기 제2 발광구조물을 포함하고, 상기 제1 발광구조물 및 상기 제2 발광구조물은 제1 반도체층, 제2 반도체층 및 상기 제1, 2 반도체층 사이에 활성층을 각각 포함하는 발광구조물; 상기 기판과 상기 제1 발광구조물의 상기 제1 반도체층 사이에 배치된 제1 전극; 상기 제1 발광구조물의 일측면에 배치된 패시베이션; 상기 패시베이션의 측면 및 상기 제1 발광구조물의 상기 제2 반도체층 상에 배치된 제2 전극; 상기 기판과 상기 제2 발광구조물의 상기 제1 반도체층 사이에 배치되며, 상기 제2 전극과 전기적으로 연결된 제3 전극; 상기 제1, 2 발광구조물과 상기 기판 사이 및 상기 제2 발광구조물의 상기 제1 반도체층에서 상기 제2 발광구조물의 상기 제2 반도체층의 내측에 배치된 절연층; 및 상기 절연층에 형성된 홀에 배치되어, 상기 제2 발광구조물의 상기 제2 반도체층 및 상기 기판에 접촉되는 제4 전극;을 포함할 수 있다.
실시 예에 따른 발광소자는, 새로운 구조를 갖는 발광소자 및 상기 발광소자를 포함하는 발광소자 패키지 및 조명 시스템을 제공할 수 있다.
실시 예에 따른 발광소자는, 발광영역의 제1 발광구조물에 포함된 n형 반도체층을 이루는 N-face 에 접촉된 전극과 제너영역의 제2 발광구조물에 포함된 p형 반도체층에 접촉된 전극이 연결됨으로써, 열적 안정형을 향상시킬 수 있으므로 정전기 내전압 특성을 향상시킬 수 있으며, 신뢰성 향상에 이점이 있다.
도 1은 제1 실시 예에 따른 발광소자의 단면을 나타내는 단면도이다.
도 2 내지 도 7은 실시 예에 따른 발광소자의 제조방법을 나타내는 공정순서도이다.
도 8은 실시 예에 따른 발광소자를 포함하는 발광소자 패키지의 절단면을 나타낸 단면도이다.
도 9는 실시 예에 따른 발광소자를 포함하는 조명 장치를 나타낸 사시도이다.
도 10은 도 9의 조명장치의 A-A' 단면을 나타낸 단면도이다.
도 11은 제1 실시 예에 따른 발광소자를 포함하는 액정표시장치의 분해 사시도이다.
도 12는 제2 실시 예에 따른 발광소자를 포함하는 액정표시장치의 분해 사시도이다.
실시 예에 대한 설명에 앞서, 실시 예에서 언급하는 각 층(막), 영역, 패턴, 또는 구조물들의 기판, 각 층(막) 영역, 패드, 또는 패턴들의 "위(on)", "아래(under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "위(on)"와, "아래(under)"는 직접(directly)", 또는 "다른 층을 개재하여(indirectly)" 형성되는 모든것을 포함한다. 또한, 각 층의 위, 또는 아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다.
도면에서, 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의, 및 명확성을 위하여 과장되거나, 생략되거나, 또는 개략적으로 도시되었다. 따라서, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다.
또한, 실시 예에서 발광소자의 구조를 설명하는 과정에서 언급하는 각도와 방향은 도면에 기재된 것을 기준으로 한다. 명세서에서 발광소자를 이루는 구조에 대한 설명에서, 각도에 대한 기준점과 위치관계를 명확히 언급하지 않은 경우, 관련 도면을 참조하도록 한다.
도 1은 제1 실시 예에 따른 발광소자의 단면을 나타내는 단면도이다.
도 1을 참조하면, 발광소자(100)는 기판(110) 및 기판(110) 상에 발광구조물(160)을 포함할 수 있다.
기판(110)은 열전도성이 우수한 물질을 이용하여 형성할 수 있으며, 또한 전도성 물질로 형성할 수 있는데, 금속 물질 또는 전도성 물질을 이용하여 형성할 수 있다. 기판(110)은 단일층으로 형성될 수 있고, 이중 구조 또는 그 이상의 다중 구조로 형성될 수 있다.
실시 예에서, 기판(110)은 전도성 갖는 것으로 설명하지만, 전도성을 가지지 않을 수 있으며, 이에 한정을 두지 않는다.
기판(110)은 금(Au), 니켈(Ni), 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 탄탈(Ta), 은(Ag), 백금(Pt), 크롬(Cr) 및 구리-텅스텐(Cu-W) 중 적어도 하나로 형성될 수 있으며, 서로 다른 둘 이상의 물질을 적층하여 형성할 수 있다. 또한, 기판(110)은 캐리어 웨이퍼(예를들면, Si, Ge, GaAs, ZnO, SiC, SiGe, GaN, Ga2O3 등)를 사용할 수 있다.
이와 같은 기판(110)은 발광소자(100)에서 발생하는 열의 방출을 용이하게 하여 발광소자(100)의 열적 안정성을 향상시킬 수 있다.
기판(110) 상에는 접착층(111)이 적층될 수 있으며, 이에 접착층(111)은 전류 인가중에 제1 전극(140)의 원자가 전기장에 의해 이동하는 일렉트로마이그레이션(electromigration) 현상을 최소화하기 위해 형성한다. 또한, 접착층(111)은 하부 물질과의 접착력이 우수한 금속 물질을 이용하여 형성하고, 접착층(111) 상부에 확산 방지층(112)을 더 형성할 수 있다.
접착층(111)으로 이용되는 접착력이 우수한 금속 물질로는 인듐(In), 주석(Sn), 은(Ag), 니오브(Nb), 니켈(Ni), 알루미늄(Au), 구리(Cu) 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 확산 방지층(112)은 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 텅스텐(W), 니켈(Ni), 루테늄(Ru), 몰리브덴(Mo), 이리듐(Ir), 로듐(Rh), 탄탈(Ta), 하프늄(Hf), 지르코늄(Zr), 니오브(Nb), 바나듐(V) 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 단층 또는 다층 구조로 형성할 수 있다.
실시 예에서, 접착층(111) 및 확산 방지층(112)은 서로 분리되어 형성된 것으로 설명하였으나, 하나의 층으로 형성될 수 있으며, 적층 순서에 대하여 한정을 두지 않는다.
확산 방지층(112) 상에는 제1 반도체층(162), 제2 반도체층(164) 및 제1, 2 반도체층(162, 164) 사이에 활성층(166)을 포함하며, 발광영역(A)의 제1 발광구조물(160a) 및 제너영역(B)의 제2 발광구조물(160b)을 포함하는 발광구조물(160)이 형성될 수 있다.
이때, 제1, 2 발광구조물(160a, 160b)은 서로 이격 배치될 수 있으며, 이에 한정을 두지 않는다.
여기서, 발광구조물(160)은 제1 반도체층(162), 제2 반도체층(164) 및 제1, 2 반도체층(162, 164) 사이에 활성층(166)이 개재된 구성으로 이루어지는 것으로 설명한다.
제1 반도체층(162)은 p형 반도체층으로 구현될 수 있으며, 상기 p형 반도체층은 GaN층, AlGaN층, InGAN층 등과 같은 GaN계 화합물 반도체 중 어느 하나로 이루어질 수 있고, n형 도펀트가 도핑될 수 있다.
즉, 제1 반도체층(162)은 InxAlyGa(1-x-y)N (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 재료, 예를 들어 GaN, AlN, AlGaN, InGaN, InN, InAlGaN, AlInN 등에서 선택될 수 있으며, Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등의 p형 도펀트가 도핑될 수 있다.
제1 반도체층(162)의 상부에는 활성층(166)이 형성될 수 있다. 활성층(166)은 제1 반도체층(162)으로부터 주입된 정공과 후술하는 제2 반도체층(164)으로부터 주입되는 전자가 재결합되는 영역으로, 전자와 정공이 재결합함에 따라 낮은 에너지 준위로 천이하며, 그에 상응하는 파장을 가지는 빛을 생성할 수 있다.
활성층(166)은 예를 들어, InxAlyGa1-x-yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 가지는 반도체 재료를 포함하여 형성할 수 있으며, 단일 양자 우물 구조 또는 다중 양자 우물 구조(MQW : Multi Quantum Well)로 형성될 수 있다.
또한, 활성층(166)은 양자선(Quantum wire) 구조 또는 양자점(Quantum dot)구조를 포함할 수도 있다.
활성층(166)의 상부에는 제2 반도체층(164)이 형성될 수 있다. 제2 반도체층(164)은 n형 반도체층으로 구현될 수 있다. 상기 n형 반도체층은 GaN층, AlGaN층, InGAN층 등과 같은 GaN계 화합물 반도체 중 어느 하나로 이루어질 수 있고, n형 도펀트가 도핑될 수 있다.
제2 반도체층(164)은 예를들어, InxAlyGa(1-x-y)N (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 재료, 예를 들어 InAlGaN, GaN, AlGaN, InGaN, AlN, InN 등에서 선택될 수 있으며, Si, Ge, Sn 등의 n형 도펀트가 도핑될 수 있다.
한편, 상술한 제1 반도체층(162), 활성층(166) 및 제2 반도체층(164)은 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), 스퍼터링(Sputtering) 등의 방법을 이용하여 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
여기서, 기판(110)과 제1 발광구조물(160a)의 제1 반도체층(162) 사이에는 반사막(130) 및 제1 전극(140)이 형성될 수 있다.
반사막(130)은 제1 발광구조물(160a)의 활성층(166)에서 발생된 광 중 일부가 기판(110) 방향으로 향하는 경우, 발광소자(100)의 상부 방향으로 향하도록 광을 반사시켜 발광소자(100)의 광 추출 효율을 향상시킬 수 있다.
따라서, 반사막(130)은 은(Ag), 알루미늄(Al), 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 구리(Cu) 등의 광 반사도가 높은 재질로 형성될 수 있으며, 상술한 재질 외에 다른 재질로 형성될 수 있으며, 이에 한정을 두지 않는다.
제1 전극(140)은 니켈(Ni), 백금(Pt), 루테늄(Ru), 이리듐(Ir), 로듐(Rh), 탄탈(Ta), 몰리브덴(Mo), 티탄(Ti), 은(Ag), 텅스텐(W), 구리(Cu), 크롬(Cr), 팔라듐(Pd), 바나듐(V), 코발트(Co), 니오브(Nb), 지르코늄(Zr), 산화인듐주석(ITO, Indium Tin Oxide), 알루미늄산화아연(AZO, aluminum zinc oxide), 인듐 아연 산화물(IZO, Indium Zinc Oxide) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
한편, 반사막(130)과 제1 전극(140)은 동일한 폭을 가지고 형성될 수 있으며, 반사막(130)과 제1 전극(140)은 동시 소성 과정을 거쳐 형성되기 때문에 접합력이 우수할 수 있다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 반사막(130) 및 제1 전극(140)은 폭 및 길이가 동일한 것으로 설명하지만, 폭 및 길이 중 적어도 하나가 상이할 수 있으며, 이에 한정을 두지 않는다.
여기서, 기판(110)과 제2 발광구조물(160b)의 제1 반도체층(162) 사이에는 제1 전극(140)과 이격된 제3 전극(150)이 형성될 수 있다.
제3 전극(150)은 제1 전극(140)과 동일한 재질로 이루어질 수 있으며, 제1 전극(140)과 동일하게 제1 반도체층(162)으로 전자를 제공할 수 있다.
반사막(130) 및 제1 전극(140) 중 적어도 하나의 외주부 측면 및 제3 전극(150)과 확산 방지층(112) 사이에는 절연층(120)이 형성될 수 있다.
절연층(120)은 금속물질 및 절연물질 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 상기 금속물질인 경우에는 제1, 3 전극(140, 150)을 이루는 물질보다 전기 전도성이 낮은 물질을 사용하여, 제1, 3 전극(140, 150)에 인가되는 전원이 발광구조물(160)로 인가되지 않도록 할 수 있다.
절연층(120)은 티탄(Ti), 니켈(Ni), 백금(Pt), 납(Pb), 로듐(Rh), 이리듐(Ir) 및 텅스텐(W) 중 적어도 하나를 포함하거나, 또는 산화알루미늄(Al2O3), 산화실리콘(SiO2), 질화실리콘(Si3N4) 및 산화티탄(TiOx) 중 적어도 하나를 포함하거나, 또는 산화인듐주석(ITO, Indium Tin Oxide), 알루미늄산화아연(AZO, aluminum zinc oxide) 및 인듐 아연 산화물(IZO, Indium Zinc Oxide) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
제1, 2 발광구조물(160a, 160b) 사이에서, 제1 발광구조물(160a)의 일측면에는 패시베이션(170)이 형성될 수 있으며, 패시베이션(170)의 측면 및 제1 발광구조물(160a)의 제2 반도체층(164) 상에는 제2 전극(180)이 형성될 수 있다.
제2 전극(180)은 니켈(Ni) 등으로 형성될 수 있으며, 제2 전극(180)이 형성되는 제2 반도체층(164)의 표면 일부 영역 또는 전체 영역에 대해 소정의 식각 방법으로 광 추출효율을 향상시키기 위한 요철패턴을 형성할 수 있으며, 이에 한정을 두지 않는다.
실시 예에서는, 제2 반도체층(164)의 상부에 요철 패턴이 형성되지 않은 것으로 설명한다.
그리고, 절연층(120)은 제2 발광구조물(160b)의 제1 반도체층(162)부터 제2 반도체층(164)의 내측까지 형성될 수 있다.
또한, 절연층(120)은 제너영역(B)의 제2 발광구조물(160b)의 제1 반도체층(162)에서 제2 반도체층(164)의 내측까지 형성될 수 있으며, 절연층(120)에는 관통홀(미도시)이 형성될 수 있다. 이때, 확산방지층(112)에는 상기 관통홀의 위치에 대응하는 홀이 형성될 수 있다.
이때, 상기 관통홀에는 제2 발광구조물(160b)의 제2 반도체층(164)와 접착층(111)을 전기적으로 연결하는 제4 전극(190)이 형성될 수 있다.
여기서, 제4 전극(190)은 제2 발광구조물(160b)의 제2 반도체층(164)의 내부에서 N-face GaN에 비해 상대적으로 결정성이 우수하며 열적으로 더 안정적인 Ga-face GaN에 접촉됨으로써, 제1, 2 반도체층(162, 164) 사이에 전기적으로 연결되는 ESD는 제너영역(B)으로 통광하게 됨으로써, 발광영역(A)을 보호할 수 있게 되어 발광소자(100)의 신뢰성이 향상될 수 있다.
여기서, 제2 반도체층(164)의 N-face 및 Ga-face는 성장 방향 및 식각 방향에 따라 노출되는 부위가 상이할 수 있다.
도 2 내지 도 7은 실시 예에 따른 발광소자의 제조방법을 나타내는 공정순서도이다.
도 2를 참조하면, 발광소자(100)는 성장기판(101) 상에 발광구조물(160)을 성장시킬 수 있다.
성장기판(101)은 사파이어 기판(Al203), GaN, SiC, ZnO, Si, GaP, InP, 그리고 GaAs 등으로 이루어진 군에서 선택될 수 있으며, 도면에 나타내지는 않았으나 성장기판(101)과 발광구조물(160) 사이에는 버퍼층(미도시)이 형성될 수 있다.
상기 버퍼층은 3족과 5족 원소가 결합 된 형태이거나 GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN 중에서 어느 하나로 이루어질 수 있으며, 도펀트가 도핑될 수도 있다.
이러한, 성장기판(101) 또는 버퍼층(미도시) 위에는 언도프드 반도체(미도시)층이 형성될 수 있으며, 버퍼층(미도시)과 언도프드 반도체층(미도시) 중 어느 한 층 또는 두 층 모두 형성하거나 형성하지 않을 수도 있으며, 이러한 구조에 대해 한정되지는 않는다.
성장기판(101) 상에는 제1 반도체층(162), 활성층(166) 및 제2 반도체층(164)를 포함하는 발광구조물(160)이 배치될 수 있으며, 제1 반도체층(162), 활성층(166) 및 제2 반도체층(164)은 도 1에서 상술한 바와 동일하므로 생략하도록 한다.
도 3을 참조하면, 성장기판(101) 상에 성장된 발광구조물(160)의 일측 부분을 식각할 수 있다.
즉, 발광구조물(160)은 제1 반도체층(162)에서 제2 반도체층(164)의 내측 일부까지 식각한 후, 제1, 3 전극(140, 150)을 형성할 수 있다.
여기서, 제2 반도체층(164)은 GaN 로 형성되는 경우, 성장 방향에 따라 성장기판(101)과 인접하게 N의 농도가 높은 N-face GaN이 형성될 수 있고, 활성층(166)과 인접하게 상기 N의 농도보다 Ga의 농도가 상대적으로 높은 Ga-face GaN이 형성될 수 있다.
즉, Ga-face GaN는 N-face GaN에 비해 격자상수가 상이한 성장 기판(101)으로부터 이격하여 형성되므로 결정성이 우수하여 열적으로 더 안정적이다.
또한, 제1 전극(140) 상에는 반사막(130)이 형성될 수 있으며, 반사막(130)은 도 1에서 상술한 바와 동일하므로 생략하도록 한다.
이때, 제3 전극(150) 상에는 반사막(130)이 형성되지 않는 것으로 설명하였으나, 반사막(130)이 형성될 수 있으며, 이에 한정을 두지 않는다.
여기서, 반사막(130)은 제1 전극(140)과 접촉되지 않는 배면이 평탄하게 형성될 수 있으며, 요철(미도시)가 형성될 수 있으며, 이에 한정을 두지 않는다.
만약, 반사막(130)의 배면에 상기 요철이 형성되는 경우, 발광구조(160)에서 발생되는 광의 추출 효과를 크게 할 수 있을 것이다.
반사막(130) 및 제1 전극(140)의 외곽부 영역에 대해 메사 에칭을 수행하게 된다. 메사 에칭은 드라이 에칭(Dry etching)에 의할 수 있으며, 반사막(130) 및 제1 전극(140)이 동시에 에칭되거나, 각각 에칭될 수 있으며, 이에 한정을 두지 않는다.
도 4를 참조하면, 반사막(130) 및 제1 전극(140)의 외주부 측면 및 제3 전극층(150) 상에는 절연층(120)이 형성될 수 있다.
여기서, 절연층(120)은 발광구조물(160)의 제1 반도체층(162)이 외부로 노출되는 것을 방지하여, 외부로부터 침투되는 수분을 방지하여, 발광구조물(160)의 부식을 방지할 수 있다.
도 5를 참조하면, 절연층(120) 상에는 확산 방지층(112)이 형성될 수 있다.
확산 방지층(112)은 제1, 3, 전극(140, 150)에 공급되는 전원에 대한 확산을 방지하여, 제1 반도체층(162)으로 전류가 집중되도록 할 수 있다.
도 6을 참조하면, 확산 방지층(112) 및 절연층(120)은 제1 반도체층(164)의 내측면까지 관통홀(미도시)을 형성한 후, 상기 관통홀에 제4 전극(190)을 형성할 수 있다.
이때, 제4 전극(190)은 도 3에서 노출된 제2 반도체층(164)의 Ga-face GaN에 접촉될 수 있다.
이후, 확산 방지층(112) 위에 전도성 재질의 기판(110)을 본딩할 수 있다.
기판(110)은 접착층(111)에 의해 확산 방지층(112)과 본딩될 수 있다.
기판(110)이 형성되면, 기판(110)을 베이스로 위치시킨 후 상술한 성장기판(101)을 제거하게 된다. 여기서, 성장기판(101)은 물리적 또는/및 화학적 방법으로 제거할 수 있으며, 물리적 방법은 일 예로 LLO(laser lift off) 방식으로 제거할 수 있다.
한편, 도시하지는 않았으나, 성장기판(101)의 제거 후 발광구조물(160)의 위에 배치된 버퍼층(미도시)을 제거해 줄 수 있다. 이때 버퍼층(미도시)은 건식 또는 습식 식각 방법, 또는 연마 공정을 통해 제거할 수 있다.
도 7을 참조하면, 기판(110)에 본딩된 발광구조물(160)은 발광영역(A)의 제1 발광구조물(160a) 및 제너영역(B)의 제2 발광구조물(160b)로 나누어지도록, 식각 공정을 할 수 있다.
이때, 제1, 2 발광구조물(160a, 160b)은 서로 분리 이격되며, 제1, 2 발광구조물(160a, 160b) 사이의 제1, 2 발광구조물(160a)의 측면에는 제1 발광구조물(160a)을 보호하는 패시베이션(170)이 형성될 수 있다.
실시 예에서, 패시베이션(170)은 제1 발광구조물(160a)의 제2 반도체층(164) 상부까지 형성된 것으로 설명하지만, 제2 반도체층(164)의 상부에 형성되지 않을 수 있으며, 이에 한정을 두지 않는다.
이후, 패시베이션(170) 상에는 제2 전극(180)이 형성될 수 있다.
제2 전극(180)은 제1 발광구조물(160a)의 제2 반도체층(164) 상에 배치되며, 제2 전극(180)은 제2 발광구조물(160b)의 제1 반도체층(162) 상에 형성된 제3 전극(150)과 접촉될 수 있다.
제1 발광구조물(160a)의 제2 반도체층(164)의 상면 일부 영역 또는 전체 영역에는 요철 패턴(미도시)이 형성될 수 있으며, 이에 한정을 두지 않는다.
이때, 제3 전극(150)의 노출된 상면에는 절연부재(미도시)가 형성될 수 있으며, 이에 한정을 두지 않는다.
한편, 실시 예에서는 수직형 발광 소자를 중심으로 설명하고 있으나, 이에 대해 한정하는 것은 아니며 수평형 발광 소자에 대해서도 적용될 수 있다.
또한, 도 2 내지 도 7에 나타낸 공정 순서에서 적어도 하나의 공정은 순서가 바뀔 수 있으며 이에 한정을 두지 않는다.
도 8은 실시 예에 따른 발광소자를 포함하는 발광소자 패키지의 절단면을 나타낸 단면도이다.
도 8을 참조하면, 발광소자 패키지(200)는 캐비티가 형성된 몸체(210), 몸체(210)의 바닥면에 실장된 발광소자(220) 및 상기 캐비티에 충진되는 수지물(230)을 포함할 수 있고, 수지물(230)은 형광체(240)를 포함할 수 있다.
몸체(210)는 폴리프탈아미드(PPA:Polyphthalamide)와 같은 수지 재질, 실리콘(Si), 알루미늄(Al), 알루미늄 나이트라이드(AlN), 액정폴리머(PSG, photo sensitive glass), 폴리아미드9T(PA9T), 신지오택틱폴리스티렌(SPS), 금속 재질, 사파이어(Al2O3), 베릴륨 옥사이드(BeO), 인쇄회로기판(PCB, Printed Circuit Board), 세라믹 중 적어도 하나로 형성될 수 있다. 몸체(210)는 사출 성형, 에칭 공정 등에 의해 형성될 수 있으나 이에 대해 한정하지는 않는다.
몸체(210)의 내측면은 경사면이 형성될 수 있다. 이러한 경사면의 각도에 따라 발광소자(220)에서 방출되는 광의 반사각이 달라질 수 있으며, 이에 따라 외부로 방출되는 광의 지향각을 조절할 수 있다.
몸체(210)에 형성되는 캐비티를 위에서 바라본 형상은 원형, 사각형, 다각형, 타원형 등의 형상일 수 있으며, 특히 모서리가 곡선인 형상일 수도 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
발광소자(220)는 몸체(210)의 바닥면에 실장되며, 일 예로 발광소자(220)는 도 1에 나타내고 설명한 발광소자일 수 있다. 발광소자(220)는 예를 들어, 적색, 녹색, 청색, 백색 등의 빛을 방출하는 유색 발광 소자 또는 자외선을 방출하는 UV(Ultra Violet) 발광 소자일 수 있으나, 이에 대해 한정하지는 않는다. 또한, 발광 소자는 한 개 이상 실장될 수 있다.
한편, 몸체(210)는 제1 리드프레임(252) 및 제2 리드프레임(254)을 포함할 수 있다. 제1 리드프레임(252) 및 제2 리드프레임(254)은 발광소자(220)와 전기적으로 연결되어 발광소자(220)에 전원을 공급할 수 있다.
제1 리드프레임(252) 및 제2 리드프레임(254)은 서로 전기적으로 분리되며, 발광소자(220)에서 발생된 빛을 반사시켜 광 효율을 증가시킬 수 있고, 또한 발광소자(220)에서 발생된 열을 외부로 배출시킬 수 있다.
이러한 제1 리드프레임(252) 및 제2 리드프레임(254)은 금속 재질, 예를 들어, 티타늄(Ti), 구리(Cu), 니켈(Ni), 금(Au), 크롬(Cr), 탄탈늄(Ta), 백금(Pt), 주석(Sn), 은(Ag), 인(P), 알루미늄(Al), 인듐(In), 팔라듐(Pd), 코발트(Co), 실리콘(Si), 게르마늄(Ge), 하프늄(Hf), 루테늄(Ru), 철(Fe) 중에서 하나 이상의 물질 또는 합금을 포함할 수 있다. 또한, 제1 리드프레임(252) 및 제2 리드프레임(254)은 단층 또는 다층 구조를 가지도록 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
수지물(230)은 캐비티에 충진될 수 있으며, 형광체(240)를 포함할 수 있다. 수지물(230)은 투명한 실리콘, 에폭시, 및 기타 수지 재질로 형성될 수 있으며, 캐비티 내에 충진한 후, 이를 자외선 또는 열 경화하는 방식으로 형성될 수 있다.
형광체(240)는 발광소자(220)에서 방출되는 광의 파장에 따라 종류가 선택되어 발광소자 패키지(200)가 백색광을 구현하도록 할 수 있다.
수지물(230)에 포함되어 있는 형광체(240)는 발광소자(220)에서 방출되는 광의 파장에 따라 청색 발광 형광체, 청록색 발광 형광체, 녹색 발광 형광체, 황녹색 발광 형광체, 황색 발광 형광체, 황적색 발광 형광체, 오렌지색 발광 형광체, 및 적색 발광 형광체중 하나가 적용될 수 있다.
즉, 형광체(240)는 발광소자(220)에서 방출되는 제1 빛을 가지는 광에 의해 여기 되어 제2 빛을 생성할 수 있다. 예를 들어, 발광소자(220)가 청색 발광 다이오드이고 형광체(240)가 황색 형광체인 경우, 황색 형광체는 청색 빛에 의해 여기되어 황색 빛을 방출할 수 있으며, 청색 발광 다이오드에서 발생한 청색 빛 및 청색 빛에 의해 여기 되어 발생한 황색 빛이 혼색됨에 따라 발광소자 패키지(200)는 백색 빛을 제공할 수 있다.
이와 유사하게, 발광소자(220)가 녹색 발광 다이오드인 경우는 magenta 형광체 또는 청색과 적색의 형광체(240)를 혼용하는 경우, 발광소자(220)가 적색 발광 다이오드인 경우는 Cyan형광체 또는 청색과 녹색 형광체를 혼용하는 경우를 예로 들 수 있다.
이러한 형광체(240)는 YAG계, TAG계, 황화물계, 실리케이트계, 알루미네이트계, 질화물계, 카바이드계, 니트리도실리케이트계, 붕산염계, 불화물계, 인산염계 등의 공지된 것일 수 있다.
도 9는 실시 예에 따른 발광소자를 포함하는 조명 장치를 나타낸 사시도이며, 도 10은 도 9의 조명장치의 A-A' 단면을 나타낸 단면도이다.
이하에서는, 실시 예에 따른 조명장치(300)의 형상을 보다 상세히 설명하기 위해, 조명장치(300)의 길이방향(Z)과, 길이방향(Z)과 수직인 수평방향(Y), 그리고 길이방향(Z) 및 수평방향(Y)과 수직인 높이방향(X)으로 설명하기로 한다.
즉, 도 10은 도 9의 조명장치(300)를 길이방향(Z)과 높이방향(X)의 면으로 자르고, 수평방향(Y)으로 바라본 단면도이다.
도 9 및 도 10을 참조하면, 조명장치(300)는 몸체(310), 몸체(310)와 체결되는 커버(330) 및 몸체(310)의 양단에 위치하는 마감캡(350)을 포함할 수 있다.
몸체(310)의 하부면에는 발광소자모듈(340)이 체결되며, 몸체(310)는 발광소자모듈(340)에서 발생된 열이 몸체(310)의 상부면을 통해 외부로 방출할 수 있도록 전도성 및 열발산 효과가 우수한 금속재질로 형성될 수 있다.
발광소자모듈(340)은 PCB기판(342)과 발광소자(미도시)를 포함하는 발광소자패키지(344)를 포함하며, 발광소자패키지(344)는 PCB기판(342) 상에 다색, 다열로 실장될 수 있어 어레이를 이룰 수 있고, 동일한 간격으로 실장되거나 또는 필요에 따라 다양한 이격 거리를 가지고 실장되어 밝기 등을 조절할 수 있다. 이러한 PCB기판(342)으로는 MCPCB(Metal Core PCB) 또는 FR4 재질의 PCB 등을 사용할 수 있다.
커버(330)는 몸체(310)의 하부면을 감싸도록 원형의 형태로 형성될 수 있으나, 이에 한정되지 않음은 물론이다.
커버(330)는 내부의 발광소자모듈(340)을 외부의 이물질 등으로부터 보호한다. 또한, 커버(330)는 발광소자패키지(344)에서 발생한 광의 눈부심을 방지하고, 외부로 광을 균일하게 방출할 수 있도록 확산입자를 포함할 수 있으며, 또한 커버(330)의 내면 및 외면 중 적어도 어느 한 면에는 프리즘 패턴 등이 형성될 수 있다. 또한 커버(330)의 내면 및 외면 중 적어도 어느 한 면에는 형광체가 도포될 수도 있다.
한편, 발광소자패키지(344)에서 발생한 광은 커버(330)를 통해 외부로 방출되므로 커버(330)는 광투과율이 우수하여야하며, 발광소자패키지(344)에서 발생한 열에 견딜 수 있도록 충분한 내열성을 구비하고 있어야 하는바, 커버(330)는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylen Terephthalate; PET), 폴리카보네이트(Polycarbonate; PC) 또는 폴리메틸 메타크릴레이트(Polymethyl Methacrylate; PMMA) 등을 포함하는 재질로 형성되는 것이 바람직하다.
마감캡(350)은 몸체(310)의 양단에 위치하며 전원장치(미도시)를 밀폐하는 용도로 사용될 수 있다. 또한 마감캡(350)에는 전원핀(352)이 형성되어 있어, 실시예에 따른 조명장치(300)는 기존의 형광등을 제거한 단자에 별도의 장치 없이 곧바로 사용할 수 있게 된다.
도 11은 제1 실시 예에 따른 발광소자를 포함하는 액정표시장치의 분해 사시도이다.
도 11은 에지-라이트 방식으로, 액정표시장치(400)는 액정표시패널(410)과 액정표시패널(410)로 빛을 제공하기 위한 백라이트 유닛(470)을 포함할 수 있다.
액정표시패널(410)은 백라이트 유닛(470)으로부터 제공되는 광을 이용하여 화상을 표시할 수 있다. 액정표시패널(410)은 액정을 사이에 두고 서로 대향하는 컬러 필터 기판(412) 및 박막 트랜지스터 기판(414)을 포함할 수 있다.
컬러 필터 기판(412)은 액정표시패널(410)을 통해 디스플레이되는 화상의 색을 구현할 수 있다.
박막 트랜지스터 기판(414)은 구동 필름(417)을 통해 다수의 회로부품이 실장되는 인쇄회로기판(418)과 전기적으로 접속되어 있다. 박막 트랜지스터 기판(414)은 인쇄회로기판(418)으로부터 제공되는 구동 신호에 응답하여 인쇄회로기판(418)으로부터 제공되는 구동 전압을 액정에 인가할 수 있다.
박막 트랜지스터 기판(414)은 유리나 플라스틱 등과 같은 투명한 재질의 다른 기판상에 박막으로 형성된 박막 트랜지스터 및 화소 전극을 포함할 수 있다.
백라이트 유닛(470)은 빛을 출력하는 발광소자모듈(420), 발광소자모듈(420)로부터 제공되는 빛을 면광원 형태로 변경시켜 액정표시패널(410)로 제공하는 도광판(430), 도광판(430)으로부터 제공된 빛의 휘도 분포를 균일하게 하고 수직 입사성을 향상시키는 다수의 필름(450, 466, 464) 및 도광판(430)의 후방으로 방출되는 빛을 도광판(430)으로 반사시키는 반사 시트(440)로 구성된다.
발광소자모듈(420)은 복수의 발광소자패키지(424)와 복수의 발광소자패키지(424)가 실장되어 어레이를 이룰 수 있도록 PCB기판(322)을 포함할 수 있다.
한편, 발광소자패키지(424)에 포함되는 발광소자는 도 1에서 상술한바 생략한다.
한편, 백라이트유닛(470)은 도광판(430)으로부터 입사되는 빛을 액정 표시 패널(410) 방향으로 확산시키는 확산필름(466)과, 확산된 빛을 집광하여 수직 입사성을 향상시키는 프리즘필름(450)으로 구성될 수 있으며, 프리즘필름(450)를 보호하기 위한 보호필름(464)을 포함할 수 있다.
도 12는 제2 실시 예에 따른 발광소자를 포함하는 액정표시장치의 분해 사시도이다.
다만, 도 11에서 도시하고 설명한 부분에 대해서는 반복하여 상세히 설명하지 않는다.
도 12는 직하 방식으로, 액정표시장치(500)는 액정표시패널(510)과 액정표시패널(510)로 빛을 제공하기 위한 백라이트 유닛(570)을 포함할 수 있다.
액정표시패널(510)은 도 11에서 설명한 바와 동일하므로, 상세한 설명은 생략한다.
백라이트 유닛(570)은 복수의 발광소자모듈(523), 반사시트(524), 발광소자모듈(523)과 반사시트(524)가 수납되는 하부 섀시(530), 발광소자모듈(523)의 상부에 배치되는 확산판(540) 및 다수의 광학필름(560)을 포함할 수 있다.
발광소자모듈(523) 복수의 발광소자패키지(522)와 복수의 발광소자패키지(522)가 실장되어 어레이를 이룰 수 있도록 PCB기판(521)을 포함할 수 있다.
반사 시트(524)는 발광소자패키지(522)에서 발생한 빛을 액정표시패널(510)이 위치한 방향으로 반사시켜 빛의 이용 효율을 향상시킨다.
한편, 발광소자모듈(523)에서 발생한 빛은 확산판(540)에 입사하며, 확산판(540)의 상부에는 광학 필름(560)이 배치된다. 광학 필름(560)은 확산 필름(566), 프리즘필름(550) 및 보호필름(564)를 포함하여 구성될 수 있다.
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 여러가지의 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.

Claims (7)

  1. 기판;
    상기 기판 상에 배치되며, 제1 발광구조물 및 상기 제1 발광구조물과 이격된 제2 발광구조물을 포함하고, 상기 제1 발광구조물 및 상기 제2 발광구조물은 제1 반도체층, 제2 반도체층 및 상기 제1, 2 반도체층 사이에 활성층을 각각 포함하는 발광구조물;
    상기 기판과 상기 제1 발광구조물의 상기 제1 반도체층 사이에 배치된 제1 전극;
    상기 제1 발광구조물의 일측면에 배치된 패시베이션;
    상기 패시베이션의 측면 및 상기 제1 발광구조물의 상기 제2 반도체층 상에 배치된 제2 전극;
    상기 기판과 상기 제2 발광구조물의 상기 제1 반도체층 사이에 배치되며, 상기 제2 전극과 전기적으로 연결된 제3 전극;
    상기 제1, 2 발광구조물과 상기 기판 사이 및 상기 제2 발광구조물의 상기 제1 반도체층에서 상기 제2 발광구조물의 상기 제2 반도체층의 내측에 배치된 절연층; 및
    상기 절연층에 형성된 홀에 배치되어, 상기 제2 발광구조물의 상기 제2 반도체층 및 상기 기판에 접촉되는 제4 전극;을 포함하는 발광소자.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판과 상기 발광구조물 사이에 접착층;을 포함하며,
    상기 접착층은,
    인듐(In), 주석(Sn), 은(Ag), 니오브(Nb), 니켈(Ni), 알루미늄(Au), 구리(Cu) 중 적어도 하나를 포함하는 발광소자.
  3. 제 1 항 또는 제2항에 있어서,
    상기 기판과 상기 발광구조물 사이에 확산방지층;을 포함하며,
    상기 확산방지층은,
    백금(Pt), 팔라듐(Pd), 텅스텐(W), 니켈(Ni), 루테늄(Ru), 몰리브덴(Mo), 이리듐(Ir), 로듐(Rh), 탄탈(Ta), 하프늄(Hf), 지르코늄(Zr), 니오브(Nb), 바나듐(V) 중 적어도 하나를 포함하고,
    상기 절연층에 형성되는 관통홀의 위치에 대응하는 홀이 형성된 발광소자.
  4. 삭제
  5. 제 3 항에 있어서, 상기 제2 전극은,
    상기 제1 발광구조물의 상기 제2 반도체층의 N-face에 접촉된 발광소자.
  6. 제 3 항에 있어서, 상기 제4 전극은,
    상기 제2 발광구조물의 상기 제1 반도체층의 Ga-face에 접촉되고,
    니켈(Ni), 백금(Pt), 루테늄(Ru), 이리듐(Ir), 로듐(Rh), 탄탈(Ta), 몰리브덴(Mo), 티탄(Ti), 은(Ag), 텅스텐(W), 구리(Cu), 크롬(Cr), 팔라듐(Pd), 바나듐(V), 코발트(Co), 니오브(Nb), 지르코늄(Zr), 산화인듐주석(ITO, Indium Tin Oxide), 알루미늄산화아연(AZO, aluminum zinc oxide), 인듐 아연 산화물(IZO, Indium Zinc Oxide) 중 적어도 하나인 발광소자.
  7. 삭제
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