KR101824885B1

KR101824885B1 - 발광소자

Info

Publication number: KR101824885B1
Application number: KR1020110062905A
Authority: KR
Inventors: 송다정; 정환희
Original assignee: 엘지이노텍 주식회사
Priority date: 2011-06-28
Filing date: 2011-06-28
Publication date: 2018-02-02
Also published as: KR20130009899A

Abstract

실시예는 발광소자에 관한 것이다. 실시예에 따른 발광소자는 지지기판, 지지기판 상에 위치하고, 제1 도전형 반도체층, 제2 도전형 반도체층 및 제1 도전형 반도체층과 제2 도전형 반도체층 사이에 활성층을 포함하는 발광구조물 및 발광구조물 상에 위치하는 전극패드를 포함하고, 발광구조물의 상면은 오목부를 포함하고, 전극패드는 상기 오목부의 표면과 접할 수 있다. 이러한 발광소자는 광손실을 방지하여 광추출효율을 증가시킬 수 있다.

Description

발광소자{ Light emitting device}

실시예는 발광소자에 관한 것이다.

형광등은 흑점 현상, 짧은 수명 등으로 잦은 교체와 형광물질 사용으로 친환경을 지향하는 미래 조명시장의 흐름에 반하므로 점차 타 광원으로 대치되고 있는 추세이다.

이에 타 광원으로 가장 주목받고 있는 것은 LED(Light Emitting Diode)로써, LED는 화합물 반도체의 특성을 이용해 전기 신호를 적외선, 가시광선, 또는 빛의 형태로 변환시키는 소자로, 반도체의 빠른 처리 속도와 낮은 전력 소모 등의 장점과 함께, 환경 친화적이면서도 에너지 절약 효과가 높아서 차세대 광원으로 꼽히고 있다. 따라서, 기존의 형광등을 대체하기 위한 LED의 활용은 활발히 진행 중에 있다.

현재, LED와 같은 반도체 발광 소자는 텔레비전, 모니터, 노트북, 휴대폰, 및 기타 디스플레이장치를 구비하는 다양한 장치에 적용되고 있으며, 특히 기존의 CCFL을 대체하여 백 라이트 유닛으로도 널리 사용되고 있다.

최근에는 발광소자를 조명광원으로 이용하기 위해서 고휘도화가 요구되고 있으며, 이러한 고휘도화를 달성하기 위해 광손실을 방지하여 광추출 효율을 증가시킬 수 있는 발광소자를 제작하기 위한 연구가 진행 중에 있다.

실시예는 광손실을 방지하여 광추출효율을 증가시킬 수 있는 발광소자를 제공함에 있다.

실시예에 따른 발광소자는 지지기판, 상기 지지기판 상에 위치하고, 제1 도전형 반도체층, 제2 도전형 반도체층 및 상기 제1 도전형 반도체층과 상기 제2 도전형 반도체층 사이에 활성층을 포함하는 발광구조물 및 상기 발광구조물 상에 위치하는 전극패드를 포함하고, 상기 발광구조물의 상면은 오목부를 포함하고, 상기 전극패드는 상기 오목부의 표면과 접할 수 있다.

실시예에 따른 발광소자는 전극패드의 구조를 개선하여 광손실을 방지하여 광추출효율을 증가시킬 수 있다.

도 1은 실시예에 따른 발광소자의 단면을 나타내는 단면도이다.
도 2는 도 1의 A부분을 확대한 확대도이다.
도 3은 실시예에 따른 발광소자의 단면을 나타내는 단면도이다.
도 4 내지 도 7은 실시예에 따른 발광소자의 제조공정을 나타내는 도이다.
도 8은 실시예에 따른 발광소자 패키지의 단면도이다.
도 9a는 실시예에 따른 발광소자 모듈을 포함하는 조명장치를 도시한 사시도이며, 도 9b는 도 9a의 조명장치의 C-C'단면을 도시한 단면도이다.
도 10 및 도 11은 실시예에 따른 발광소자 모듈을 포함하는 백라이트 유닛을 도시한 분해 사시도이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

공간적으로 상대적인 용어인 "아래(below)", "아래(beneath)", "하부(lower)", "위(above)", "상부(upper)" 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 소자 또는 구성 요소들과 다른 소자 또는 구성 요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작 시 소자의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. 예를 들면, 도면에 도시되어 있는 소자를 뒤집을 경우, 다른 소자의 "아래(below)"또는 "아래(beneath)"로 기술된 소자는 다른 소자의 "위(above)"에 놓여질 수 있다. 따라서, 예시적인 용어인 "아래"는 아래와 위의 방향을 모두 포함할 수 있다. 소자는 다른 방향으로도 배향될 수 있고, 이에 따라 공간적으로 상대적인 용어들은 배향에 따라 해석될 수 있다.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않은 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.

도면에서 각층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기와 면적은 실제크기나 면적을 전적으로 반영하는 것은 아니다.

또한, 실시예에서 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 실시예에 따른 수직형 발광소자의 단면을 나타내는 단면도이다.

도 1을 참조하면, 실시예에 따른 발광소자(100)는 지지기판(110), 결합층(160), 제1 도전형 반도체층(131), 활성층(132), 제2 도전형 반도체층(133)을 포함하는 발광구조물(130), 전극패드(140), 전극층(120), 패시베이션층(150)을 포함할 수 있다.

지지기판(110)은 발광구조물(130)을 지지하며 열전도성이 우수한 물질, 또는 전도성 물질을 포함할 수 있으며, 예를 들어, 금(Au), 니켈(Ni), 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 탄탈(Ta), 은(Ag), 백금(Pt), 크롬(Cr), 실리콘(Si), 게르마늄(Ge), GaAs, ZnO, GaN, Ga₂O₃ 또는 SiC, SiGe, CuW 중에서 선택된 어느 하나의 물질 또는 이들의 합금을 포함할 수 있으며, 서로 다른 둘 이상의 물질을 적층하여 형성할 수 있다.

이와 같은 지지기판(110)은 발광소자(100)에서 발생하는 열의 방출을 용이하게 하여 발광소자(100)의 열적 안정성을 향상시킬 수 있다.

지지기판(110) 상에는 접착력이 우수한 금속 물질로 이루어진 결합층(160)을 포함할 수 있다. 금속물질은 예를 들어, 금(Au), 주석(Sn), 인듐(In), 은(Ag), 니켈(Ni), 니오브(Nb) 및 구리(Cu)로 구성되는 군으로부터 선택되는 물질 또는 이들의 합금을 포함할 수 있다.

결합층(160) 상부에는 전도층(미도시)을 포함할 수 있다.

전도층(미도시)은 발광 소자의 제조 공정상 발생할 수 있는 기계적 손상(깨짐 또는 박리 등)을 최소화할 수 있는 효과가 있으며, 지지기판(110) 또는 결합층(160)을 구성하는 금속 물질이 발광 구조물(130)으로 확산되는 것을 방지하는 효과가 있다.

전도층(미도시)은 니켈(Ni-nickel), 백금(Pt), 티탄(Ti), 텅스텐(W), 바나듐(V), 철(Fe), 몰리브덴(Mo)로 구성되는 군으로부터 선택되는 물질 또는 이들이 선택적으로 포함된 합금으로 이루어질 수 있다. 실시예에 따라 전도층(미도시)은 복수의 레이어로 형성될 수도 있다.

전도층(미도시) 상으로는 전극층(120)이 형성될 수 있다.

전극층(120) 은 금속과 투광성 전도층을 선택적으로 사용할 수 있으며, 발광구조물(130)에 전원을 제공한다. 전극층(120)은 전도성 재질을 포함하여 형성될 수 있다. 예를 들면, 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), IZTO(indium zinc tin oxide), IAZO(indium aluminum zinc oxide), IGZO(indium gallium zinc oxide), IGTO(indium gallium tin oxide), ATO(antimony tin oxide), GZO(gallium zinc oxide) ), IrO_x, RuO_x, RuO_x/ITO, Ni/IrO_x/Au, 또는 Ni/IrO_x/Au/ITO 중 적어도 하나로 형성될 수 있다. 다만 이에 한정되는 것은 아니다.

또한, 전극층(120)은 오믹 특성을 갖는 반사 전극 재료로 단층 또는 다층으로 형성될 수 있다.

전극층(120)은 오믹층(121)/반사층(122)/본딩층(미도시)의 구조이거나, 오믹층(121)/반사층(122)의 적층 구조이거나, 반사층(오믹 포함)(122)/본딩층(미도시)의 구조일 수 있으나, 이에 대해 한정하지는 않는다.

오믹층(121)은 발광 구조물(예컨대, 제 2도전형 반도체층(133))의 하면에 오믹 접촉되며, 층 또는 복수의 패턴으로 형성될 수 있다. 상기 오믹층(121)은 투광성 전도층과 금속을 선택적으로 사용할 수 있다. 예를 들어, ITO(indium tin oxide), IZO(indium zinc oxide), IZTO(indium zinc tin oxide), IAZO(indium aluminum zinc oxide), IGZO(indium gallium zinc oxide), IGTO(indium gallium tin oxide), AZO(aluminum zinc oxide), ATO(antimony tin oxide), GZO(gallium zinc oxide), IZON(IZO Nitride), AGZO(Al-Ga ZnO), IGZO(In-Ga ZnO), ZnO, IrOx, RuOx, NiO, RuOx/ITO, Ni/IrOx/Au, 및 Ni/IrOx/Au/ITO, Ag, Ni, Cr, Ti, Al, Rh, Pd, Ir, Sn, In, Ru, Mg, Zn, Pt, Au, Hf 중 적어도 하나를 포함하여 형성될 수 있으며, 이러한 재료에 한정되지는 않는다. 그리고, 상기 오믹층(121)은 스퍼터링법이나 전자빔 증착법에 의하여 형성될 수 있다. 반사층(122)은 발광구조물(130)의 활성층(132)에서 발생된 광 중 일부가 지지기판(110) 방향으로 향하는 경우, 발광소자(100)의 상부 방향으로 향하도록 광을 반사시켜 발광소자(100)의 광 추출 효율을 향상시킬 수 있다.

반사층(122)은 알루미늄(Al), 은(Ag), 니켈(Ni), 백금(Pt), 로듐(Rh), 혹은 Al이나 Ag이나 Pt나 Rh를 포함하는 합금을 포함하는 금속층으로 이루어지거나, 상기 금속 물질과 IZO, IZTO, IAZO, IGZO, IGTO, AZO, ATO 등의 투광성 전도성 물질을 이용하여 다층으로 형성할 수 있다. 또한 반사층(122)은 IZO/Ni, AZO/Ag, IZO/Ag/Ni, AZO/Ag/Ni 등으로 적층할 수 있다. 또한 반사층(122)을 발광 구조물(예컨대, 제 2도전형 반도체층(133))과 오믹 접촉하는 물질로 형성할 경우, 오믹층(121)은 별도로 형성하지 않을 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.

반사층(122)과 오믹층(121)은 폭 및 길이가 동일한 것으로 설명하지만, 폭 및 길이 중 적어도 하나가 상이할 수 있으며 이에 한정을 두지 않는다.

본딩층(미도시)은 배리어 금속(barrier metal), 또는 본딩 금속, 예를 들어, 티탄(Ti), 금(Au), 주석(Sn), 니켈(Ni), 크롬(Cr), 갈륨(Ga), 인듐(In), 비스무트(Bi), 구리(Cu), 은(Ag) 또는 탄탈(Ta) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

발광구조물(130)은 전극층(120)상에 위치하며, 제1 도전형 반도체층(131), 활성층(132) 및 제2 도전형 반도체층(133)을 포함할 수 있고, 제1 도전형 반도체층(131)과 제2 도전형 반도체층(133) 사이에 활성층(132)이 개재된 구성으로 이루어질 수 있다.

제1 도전형 반도체층(131)은 AlxInyGa(1-x-y)N (0=x=1, 0=y=1, 0=x+y=1)의 조성식을 갖는 반도체 물질, 예를 들어, GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN,AlGaAs, InGaAs, AlInGaAs, GaP, AlGaP, InGaP, AlInGaP 및 InP 중 어느 하나 이상으로 형성될 수 있다. 또한, 제1 도전형 반도체층(131)이 일 예로, N형 도전형 반도체층인 경우는, N형 도펀트로서, Si, Ge, Sn, Se, Te 등을 포함할 수 있다.

한편, 제1 도전형 반도체층(131)의 표면 일부 영역 또는 전체 영역에 대해 소정의 식각 방법으로 광 추출효율을 향상시키기 위한 요철(170)을 형성해 줄 수 있다.

제1 도전형 반도체층(131) 아래에는 활성층(132)이 형성될 수 있다. 활성층(132)은 전자와 정공이 재결합되는 영역으로, 전자와 정공이 재결합함에 따라 낮은 에너지 준위로 천이하며, 그에 상응하는 파장을 가지는 빛을 생성할 수 있다.

활성층(132)은 예를 들어, In_xAl_yGa₁ _-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.

따라서, 더 많은 전자가 양자우물층의 낮은 에너지 준위로 모이게 되며, 그 결과 전자와 정공의 재결합 확률이 증가 되어 발광효과가 향상될 수 있다. 또한, 양자선(Quantum wire)구조 또는 양자점(Quantum dot)구조를 포함할 수도 있다.

활성층(132) 아래에는 제2 도전형 반도체층(133)이 형성될 수 있다. 제2 도전형 반도체층(133)은 p형 도전형 반도체층으로 구현되어, 활성층(132)에 정공을 주입할 수 있다. 예를 들어 p형 도전형 반도체층은 In_xAl_yGa₁ _-x- _yN (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.

또한 제1 도전형 반도체층(131)상에는 제3 도전형 반도체층(미도시)을 형성할 수도 있다. 여기서 제3 도전형 반도체층은 제2 도전형 반도체층과 극성이 반대인 도전형 반도체층으로 구현될 수 있다.

한편, 상술한 제1 도전형 반도체층(131), 활성층(132) 및 제2 도전형 반도체층(133)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.

또한, 상술한 바와는 달리 실시예에서 제1 도전형 반도체층(131)이 p형 도전형 반도체층으로 구현되고, 제2 도전형 반도체층(133)이 n형 도전형 반도체층으로 구현될 수 있으며, 이에 한정하지 않는다.

또한, 발광구조물(130)의 외주면 중 일부 영역 또는 전체 영역은 외부의 충격 등으로부터 보호하고, 전기적 쇼트를 방지할 수 있도록 패시베이션층(150)이 형성될 수 있다.

또한, 발광구조물(130)의 상면은 오목부(C)를 포함할 수 있으며, 전극패드(140)는 오목부(C)의 표면과 접하도록 발광구조물(130)상에 위치할 있다. 오목부(C)는 제2 도전형 반도체층(131), 활성층(132), 제1 도전형 반도체층(133)이 순차적으로 위치한 발광구조물(130)에서 제1 도전형 반도체층(131)의 일부를 식각하여, 제1 도전형 반도체층(131)의 상면에 형성될 수 있다. 전극패드(140)가 상기와 같이 형성된 오목부(C)의 표면과 접하도록 위치하고, 전극패드(140)가 반사물질을 포함하면, 활성층(132)에서 발생한 빛을 반사하여 빛의 진행방향을 발광소자의 상부 방향으로 향하게 하므로 광추출효율이 증가할 수 있다.

오목부(C)는 상부폭과 하부폭이 다르게 형성될 수 있으며, 하부에서 상부 방향으로 갈수록 폭이 넓어지도록 형성될 수 있다. 오목부(C)가 하부에서 상부 방향으로 갈수록 폭이 넓어지도록 형성되면, 오목부(C)의 표면과 접하는 전극패드(140)의 측면에서 광의 반사가 효과적으로 발생하며, 이에 따라 외부로 추출되는 광량이 증가한다. 따라서 발광소자의 효율이 향상될 수 있다.

전극패드(140) 오목부(C)의 깊이보다 높게 형성되어 오목부(C)를 채우는 형태로 형성될 수 있다.

전극패드(140)는 전극층(120)과 마찬가지로 금속과 투광성 전도층을 선택적으로 사용할 수 있으며, 발광구조물(130)과 전기적으로 연결되어 발광구조물(130)에 전원을 제공한다. 한편, 전극패드(140)는 광 반사도가 우수한 재질로 형성될 수 있다. 특히, 활성층(132)에서 발생한 빛이 전극패드(140)의 표면에서 반사되도록 오목부(C)와 접하는 전극패드(140)의 표면은 광 반사도가 우수한 재질로 코팅 등이 될 수 있다. 광 반사도가 우수한 재질은, 예를 들면, 니켈(Ni), 티탄(Ti), 알류미늄(Al), 은(Ag), 텅스텐(W), 구리(Cu), 크롬(Cr), 바나듐(V), 금(Au) 중 적어도 하나로 형성될 수 있다. 다만 이에 한정되는 것은 아니다.

전극패드(140)가 상기와 같이 형성된 오목부(C)의 표면과 접하도록 위치하고, 반사물질을 포함하면, 활성층(132)에서 발생한 빛을 반사하여 빛의 진행방향을 발광소자의 상부 방향으로 향하게 하므로 광추출효율이 증가할 수 있다.

도 2는 도 1의 A부분을 확대한 확대도이다.

도 2를 참조하면, 오목부(C)의 단면형상은 사각형, 삼각형, 반원형 등 여러가지 형상일 수 있다. 특히, 오목부(C)의 단면형상은 등각 사다리꼴 일 수 있다. 따라서, 오목부(C)의 단면형상에서 윗변과 밑변이 평행하고, 평행하지 않는 나머지 두변의 길이가 같고 상기 두변과 상기 밑변이 이루는 두 각은 동일할 수 있다. 오목부(C)의 단면형상이 등각 사다리꼴이면 오목부(C)의 측면의 기울어진 정도가 동일하여 오목부(C)의 측면에서 활성층에서 발생한 빛이 반사되는 정도가 균일할 수 있다. 이 때, 평행하지 않는 두변이 연장된 두 직선이 이루는 각(d)은 30도 내지 80도일 수 있다. 각(d)이 30도 내지 80도이면, 활성층에서 발생한 빛이 전극패드(140)의 측면과 이루는 반사각으로 인해 발광소자의 상부 방향으로 반사되는 광량이 증가하며, 광추출효율이 증가할 수 있다.

전극패드(140)의 높이(h2)는 오목부(C)의 깊이(h1)보다 크게 형성될 수 있다. 상기와 같이 형성하면, 전극패드(140)가 발광구조물(130)의 상면보다 높게 형성되어 전극패드(140) 상에 와이어 본딩시 와이어가 안정적으로 형성될 수 있다.

한편, 오목부(C)의 깊이(h1)가 1um보다 얕으면 오목부의 단면형상이 역삼각형인 경우, 측변이 연장된 직선이 이루는 각도(d)가 커지게 되어 오목부의 측면에서 반사된 빛이 외부로 추출되기 어려울 수 있다. 또한, 오목부의 단면형상이 역삼각형이 아닌 경우에도 빛의 방향을 발광소자의 상부방향으로 바꾸도록 반사시킬 수 있는 오목부의 표면의 면적이 감소하여 빛을 효과적으로 반사시키기 어려울 수 있다.

반면에, 오목부의 깊이(h1)가 5um보다 깊으면 활성층(132)까지 식각되어 활성층(132)에 손상을 줄 수 있으므로, 오목부(C)의 깊이(h1)는 1um 내지 5um로 형성될 수 있다.

또한, 오목부(C)의 상부폭(W1)이 10um보다 작으면 와이어 본딩을 할 때 공간을 확보하기가 어려우며, 50um보다 크면 발광면을 지나치게 가리는 문제점이 있다. 따라서, 오목부(C)의 상부폭(W1)은 10um 내지 50um일 수 있다.

전극패드(140)의 상면 및 하면은 평평한 형태일 수 있다. 전극패드(140)의 상면이 평평하면 와이어 본딩의 신뢰성을 높일 수 있다.

또한 전극패드(140)의 하면이 평평하면, 전극패드(140)와 제1 도전형 반도체층(131)의 결합력을 증가시킬 수 있으며, 전극패드(140)의 하면에 전류를 균일하게 분산시킬 수 있다.

도 3은 실시예에 따른 수직형 발광소자의 단면을 나타내는 단면도이다.

도 3을 참조하면, 실시예에 따른 발광소자(200)는 지지기판(210)과 발광구조물(230) 사이에 전류제한층(280)을 더 포함할 수 있다. 전류제한층(280)은 전극층(220) 내에 위치할 수 있다.

전류제한층(280)은 오믹층(221)과 발광 구조물(130) 사이에 형성될 수 있다. 전류확산층(280)은 금속 물질, 오믹층(221) 보다 전기 전도성이 낮은 물질, 제2 도전형 반도체층(233)과 쇼트키 접촉(Schottky contact)을 형성하는 물질, 또는 전기 절연성 물질을 이용하여 형성될 수 있다. 예를 들어, 전류확산층(280)은 ZnO, SiO2, SiON, Si3N4, Al2O3 , TiO2, Ti, Al, Cr 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

전류제한층(280)은 발광구조물(130)로 흐르는 전류의 흐름을 수평방향으로 분산시킬 수 있으며, 이에 의해 과전류에 의한 발광 소자의 오작동을 방지하여 발광 소자의 안정성 및 신뢰성을 높일 수 있는 효과가 있다.

전극패드(240)는 전류제한층(280)과 수직적으로 중첩되어 위치할 수 있다.

상기와 같이 수직적으로 중첩되어 위치하면, 전류가 전극패드(240)의 하부에만 집중되는 전류군집현상을 방지할 수 있다.

오목부의 상부폭(w1)은 전류제한층(280)의 폭(w2)보다 작게 형성될 수 있다. 오목부의 상부폭(w1)이 전류제한층(280)의 폭(w2)보다 크게 형성되면, 전극패드(240)와 제1 도전형 반도체층(231)이 접하는 영역에 집중된 전류의 일부를 분산시킬 수 없기 때문에 전류제한층(280)의 폭(w2)이 오목부의 상부폭(w1)보다 크게 형성될 수 있다.

도 4 내지 도 7은 실시예에 따른 발광소자의 제조공정을 나타내는 순서도이다.

도 4를 참조하면, 먼저, 성장기판(101) 상에 순차적으로 버퍼층(102) 제 1도전형 반도체층(131), 활성층(132), 제2 도전형 반도체층(133)이 형성된다.

성장기판(101)은 사파이어 기판(Al203), GaN, SiC, ZnO, Si, GaP, InP, 그리고 GaAs 등으로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.

버퍼층(102)은 3족과 5족 원소가 결합된 형태이거나 GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN 중에서 어느 하나로 이루어질 수 있으며, 도펀트가 도핑될 수도 있다.

이러한 성장기판(101) 또는 버퍼층(102) 위에는 언도프드 반도체(미도시)층이 형성될 수 있으며, 버퍼층(102)과 언도프드 도전형 반도체층(미도시) 중 어느 한 층 또는 두 층 모두 형성하거나 형성하지 않을 수도 있으며, 이러한 구조에 대해 한정되지는 않는다.

버퍼층(102)상에 제1 도전형 반도체층(131), 활성층(132), 제2 도전형 반도체층(133)을 순차적으로 형성할 수 있다.

제1 도전형 반도체층(131)은 챔버에 트리메틸 갈륨 가스(TMGa), 암모니아 가스(NH3), 질소 가스(N2) 및 실리콘(Si)과 같은 N형 불순물을 포함하는 실란 가스(SiH4)를 주입하여 형성할 수 있다.

활성층(132)은 트리메틸 갈륨 가스(TMGa) 및 트리메틸 인듐 가스(TMIn)를 주입하면서 질소 분위기에서 성장시킬 수 있으며, 단일 양자 우물 구조, 다중 양자 우물 구조(MQW: Multi Quantum Well), 양자 선(Quantum-Wire) 구조, 또는 양자 점(Quantum Dot) 구조 중 적어도 어느 하나로 형성될 수 있다.

제2 도전형 반도체층(133)은 챔버에 960? 이상의 고온에서 수소를 캐리어 카스로 하여 트리메틸 갈륨 가스(TMGa), 트리메틸 알루미늄 가스(TMAl), 비세틸 사이클로 펜타디에닐 마그네슘(EtCp2Mg){Mg(C2H5C5H4)2} 등을 주입하여 성장시킬 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다.

이후, 제2 도전형 반도체층(133)상에 전극층(120)이 형성될 수 있다. 전극층(120)은 제2 도전형 반도체층이 접하는 면에 오믹층(121)이 형성될 수 있으며, 오믹층(121)상에 반사층(122)이 형성될 수 있다.

도 5를 참조하면, 결합층(160)이 배치된 지지기판(110)이 본딩 접착될 수 있는데. 결합층(160)상에는 전도층(미도시)을 형성할 수 있다.

전도층(미도시)은 스퍼터링 증착 방법을 사용하여 형성할 수 있다. 스퍼터링 증착 방법을 사용할 경우, 이온화된 원자를 전기장에 의해 가속시켜, 전도층(미도시)의 소스 재료(source material)에 충돌시키면, 소스 재료의 원자들이 튀어나와 증착된다. 또한, 실시예에 따라 전기 화학적인 금속 증착 방법이나, 유테틱 메탈을 이용한 본딩 방법 등을 사용할 수도 있다.

이 때, 제1 도전형 반도체층(131) 상에 배치된 성장기판(101)을 분리시킬 수 있다.

이 때, 성장기판(101)은 물리적 또는/및 화학적 방법으로 제거할 수 있으며, 물리적 방법은 일 예로 LLO(laser lift off) 방식으로 제거할 수 있다.

한편, 성장기판(101)의 제거 후 발광 구조물(130)의 위에 배치된 버퍼층(102)을 제거해 줄 수 있다. 이 때, 버퍼층(102)은 건식 또는 습식 식각 방법, 또는 연마 공정을 통해 제거할 수 있다.

도 6을 참조하면, 제1 도전형 반도체층(131)의 일부를 식각하여 오목부(C)를 형성할 수 있다. 식각하는 깊이는 제1 도전형 반도체층(131)의 두께 내에서 조절하며, 건식 식각 방법과 습식 식각 방법을 이용할 수 있다. 또한 활성층(132)이 닿지 않는 범위 내에서 식각할 수 있다. 발광 구조물(130)의 외곽부 영역을 식각하여 경사를 가지게 할 수 있다.

도 7을 참조하면, 제1 도전형 반도체층(131)에 형성된 오목부의 표면에 전극패드(140)가 형성될 수 있다. 전극패드(140)는 전도성 재질로 형성될 수 있으며, 활성층(132)에서 발생한 빛을 반사시키기 위하여 반사물질을 포함하여 형성될 수 있다. 예를 들면, 니켈(Ni), 티탄(Ti), 알류미늄(Al), 은(Ag), 텅스텐(W), 구리(Cu), 크롬(Cr), 바나듐(V), 금(Au) 중 적어도 하나로 형성될 수 있다. 다만 이에 한정되는 것은 아니다.

또한, 발광구조물(230)의 외주면 일부 또는 전체 영역에 패시베이션층(150)이 형성될 수 있고, 패시베이션층(150)은 절연성 재질로 형성될 수 있다. 제1 도전형 반도체층(131)의 상면에 광추출 효율을 증가시키기 위한 요철(170)을 형성할 수 있다.

또한, 도 4 내지 도 7에 나타낸 공정 순서에서 적어도 하나의 공정은 순서가 바뀔 수 있으며 이에 한정을 두지 않는다.

도 8은 실시예에 따른 발광소자를 포함하는 발광소자패키지의 단면을 도시한 단면도이다.

도 8을 참조하면, 실시예에 따른 발광소자패키지(300)는 캐비티가 형성된 몸체(310), 몸체(310)의 캐비티에 실장된 광원부(320) 및 캐비티에 충진되는 봉지재(350)를 포함할 수 있다.

몸체(310)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(310)는 사출 성형, 에칭 공정 등에 의해 형성될 수 있으나 이에 대해 한정하지는 않는다.

광원부(320)는 몸체(310)의 바닥면에 실장되며, 일 예로 광원부(320)는 도 1 내지 도 3에서 도시하고 설명한 발광소자 중 어느 하나일 수 있다. 발광소자는 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.

몸체(310)는 제1 전극(330) 및 제2 전극(340)을 포함할 수 있다. 제1 전극(330) 및 제2 전극(340)은 광원부(320)와 전기적으로 연결되어 광원부(320)에 전원을 공급할 수 있다.

또한, 제1 전극(330) 및 제2 전극(340)은 서로 전기적으로 분리되며, 광원부(320)에서 발생된 빛을 반사시켜 광 효율을 증가시킬 수 있고, 또한 광원부(320)에서 발생된 열을 외부로 배출시킬 수 있다.

도 8에는 제1 전극(330)과 제2 전극(340) 모두가 와이어(360)에 의해 광원부(320)와 본딩된 것을 도시하나, 이에 한정하지 않으며, 특히 수직형 발광소자의 경우는 제1 전극(330) 및 제2 전극(340) 중 어느 하나가 와이어(360)에 의해 광원부(320)와 본딩될 수 있으며, 플립칩 방식에 의해 와이어(360) 없이 광원부(320)와 전기적으로 연결될 수도 있다.

이러한 제1 전극(330) 및 제2 전극(340)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 전극(330) 및 제2 전극(340)은 단층 또는 다층 구조를 가지도록 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.

봉지재(350)는 캐비티에 충진될 수 있으며, 형광체(미도시)를 포함할 수 있다. 봉지재(350)는 투명한 실리콘, 에폭시, 및 기타 수지 재질로 형성될 수 있으며, 캐비티 내에 충진한 후, 이를 자외선 또는 열 경화하는 방식으로 형성될 수 있다.

형광체(미도시)는 광원부(320)에서 방출되는 광의 파장에 따라 종류가 선택되어 발광소자패키지(300)가 백색광을 구현하도록 할 수 있다.

봉지재(350)에 포함되어 있는 형광체(미도시)는 광원부(320)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(미도시)는 광원부(320)에서 방출되는 제1 빛을 가지는 광에 의해 여기 되어 제2 빛을 생성할 수 있다. 예를 들어, 광원부(320)가 청색 발광 다이오드이고 형광체(미도시)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 발광소자패키지(300)는 백색 빛을 제공할 수 있다.

도 9a는 실시예에 따른 발광소자 모듈을 포함하는 조명장치를 도시한 사시도이며, 도 9b는 도 9a의 조명장치의 C-C'단면을 도시한 단면도이다.

즉, 도 9b는 도 9a의 조명장치(400)를 길이방향(Z)과 높이방향(X)의 면으로 자르고, 수평방향(Y)으로 바라본 단면도이다.

도 9a 및 도 9b를 참조하면, 조명장치(400)는 몸체(410), 몸체(410)와 체결되는 커버(430) 및 몸체(410)의 양단에 위치하는 마감캡(450)을 포함할 수 있다.

몸체(410)의 하부면에는 발광소자 모듈(440)이 체결되며, 몸체(410)는 발광소자 패키지(444)에서 발생한 열이 몸체(410)의 상부면을 통해 외부로 방출할 수 있도록 전도성 및 열발산 효과가 우수한 금속재질로 형성될 수 있고, 이에 한정하지 아니한다.

특히, 발광소자 모듈(440)는 발광소자 패키지(444)를 둘러싸는 밀봉부(미도시)를 포함하여 이물질의 침투가 방지될 수 있어서 신뢰성이 향상될 수 있고, 아울러 신뢰성 있는 조명장치(400)의 구현이 가능해진다.

발광소자 패키지(444)는 기판(442) 상에 다색, 다열로 실장되어 모듈을 이룰 수 있으며, 동일한 간격으로 실장되거나 또는 필요에 따라서 다양한 이격 거리를 가지고 실장될 수 있어 밝기 등을 조절할 수 있다. 이러한 기판(442)으로 MCPCB(Metal Core PCB) 또는 FR4 재질의 PCB 를 사용할 수 있다.

커버(430)는 몸체(410)의 하부면을 감싸도록 원형의 형태로 형성될 수 있으나, 이에 한정되지 않음은 물론이다.

커버(430)는 내부의 발광소자 모듈(440)을 외부의 이물질 등으로부터 보호한다. 또한, 커버(430)는 발광소자 패키지(444)에서 발생한 광의 눈부심을 방지하고, 외부로 광을 균일하게 방출할 수 있도록 확산입자를 포함할 수 있으며, 또한 커버(430)의 내면 및 외면 중 적어도 어느 한 면에는 프리즘 패턴 등이 형성될 수 있다. 또한 커버(430)의 내면 및 외면 중 적어도 어느 한 면에는 형광체가 도포될 수도 있다.

한편, 발광소자 패키지(444)에서 발생하는 광은 커버(430)를 통해 외부로 방출되므로, 커버(430)는 광투과율이 우수하여야 하며, 발광소자 패키지(444)에서 발생하는 열에 견딜 수 있도록 충분한 내열성을 구비하고 있어야 하는 바, 커버(430)는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylen?Terephthalate;?PET), 폴리카보네이트(Polycarbonate;?PC), 또는 폴리메틸 메타크릴레이트(Polymethyl Methacrylate; PMMA) 등을 포함하는 재질로 형성되는 것이 바람직하다.

마감캡(450)은 몸체(410)의 양단에 위치하며 전원장치(미도시)를 밀폐하는 용도로 사용될 수 있다. 또한 마감캡(450)에는 전원 핀(452)이 형성되어 있어, 실시예에 따른 조명장치(400)는 기존의 형광등을 제거한 단자에 별도의 장치 없이 곧바로 사용할 수 있게 된다.

도 10 및 도 11은 실시예에 따른 광학시트를 포함하는 액정표시장치의 분해 사시도이다.

도 10는 에지-라이트 방식으로, 액정 표시 장치(500)는 액정표시패널(510)과 액정표시패널(510)로 빛을 제공하기 위한 백라이트 유닛(570)을 포함할 수 있다.

액정표시패널(510)은 백라이트 유닛(570)으로부터 제공되는 광을 이용하여 화상을 표시할 수 있다. 액정표시패널(510)은 액정을 사이에 두고 서로 대향하는 컬러 필터 기판(512) 및 박막 트랜지스터 기판(514)을 포함할 수 있다.

컬러 필터 기판(512)은 액정표시패널(510)을 통해 디스플레이되는 화상의 색을 구현할 수 있다.

박막 트랜지스터 기판(514)은 구동 필름(517)을 통해 다수의 회로부품이 실장되는 인쇄회로기판(518)과 전기적으로 접속되어 있다. 박막 트랜지스터 기판(514)은 인쇄회로기판(518)으로부터 제공되는 구동 신호에 응답하여 인쇄회로기판(518)으로부터 제공되는 구동 전압을 액정에 인가할 수 있다.

박막 트랜지스터 기판(514)은 유리나 플라스틱 등과 같은 투명한 재질의 다른 기판상에 박막으로 형성된 박막 트랜지스터 및 화소 전극을 포함할 수 있다.

백라이트 유닛(570)은 빛을 출력하는 발광소자 모듈(520), 발광소자 모듈(520)로부터 제공되는 빛을 면광원 형태로 변경시켜 액정표시패널(510)로 제공하는 도광판(530), 도광판(530)으로부터 제공된 빛의 휘도 분포를 균일하게 하고 수직 입사성을 향상시키는 다수의 필름(550, 566, 564) 및 도광판(530)의 후방으로 방출되는 빛을 도광판(530)으로 반사시키는 반사 시트(540)로 구성된다.

발광소자 모듈(520)은 복수의 발광소자 패키지(524)와 복수의 발광소자 패키지(524)가 실장되어 모듈을 이룰 수 있도록 PCB기판(522)을 포함할 수 있다.

특히, 발광소자 모듈(520)는 발광소자 패키지(524)를 둘러싸는 밀봉부(미도시)를 포함하여 이물질의 침투가 방지될 수 있어서 신뢰성이 향상될 수 있고, 아울러 신뢰성 있는 백라이트 유닛(570)의 구현이 가능해진다.

한편, 백라이트유닛(570)은 도광판(530)으로부터 입사되는 빛을 액정 표시 패널(510) 방향으로 확산시키는 확산필름(566)과, 확산된 빛을 집광하여 수직 입사성을 향상시키는 프리즘필름(550)으로 구성될 수 있으며, 프리즘필름(550)를 보호하기 위한 보호필름(564)을 포함할 수 있다.

도 11은 실시예에 따른 광학시트를 포함하는 액정표시장치의 분해 사시도이다. 다만, 도 10에서 도시하고 설명한 부분에 대해서는 반복하여 상세히 설명하지 않는다.

도 11은 직하 방식으로, 액정 표시 장치(600)는 액정표시패널(610)과 액정표시패널(610)로 빛을 제공하기 위한 백라이트 유닛(670)을 포함할 수 있다.

액정표시패널(610)은 도 10에서 설명한 바와 동일하므로, 상세한 설명은 생략한다.

백라이트 유닛(670)은 복수의 발광소자 모듈(623), 반사시트(624), 발광소자 모듈(623)과 반사시트(624)가 수납되는 하부 섀시(630), 발광소자 모듈(623)의 상부에 배치되는 확산판(640) 및 다수의 광학필름(660)을 포함할 수 있다.

발광소자 모듈(623) 복수의 발광소자 패키지(622)와 복수의 발광소자 패키지(622)가 실장되어 모듈을 이룰 수 있도록 PCB기판(621)을 포함할 수 있다.

특히, 발광소자 모듈(623)는 발광소자 패키지(622)를 둘러싸는 밀봉부(미도시)를 포함하여 이물질의 침투가 방지될 수 있어서 신뢰성이 향상될 수 있고, 아울러 신뢰성 있는 백라이트 유닛(670)의 구현이 가능해진다.

반사 시트(624)는 발광소자 패키지(622)에서 발생한 빛을 액정표시패널(610)이 위치한 방향으로 반사시켜 빛의 이용 효율을 향상시킨다.

한편, 발광소자 모듈(623)에서 발생한 빛은 확산판(640)에 입사하며, 확산판(640)의 상부에는 광학 필름(660)이 배치된다. 광학 필름(660)은 확산 필름(666), 프리즘필름(650) 및 보호필름(664)를 포함하여 구성된다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안될 것이다.

110: 지지기판 120: 전극층
130: 발광구조물 131: 제1 도전형 반도체층
132: 활성층 133: 제2 도전형 반도체층
140: 전극패드 150: 패시베이션층
160: 결합층 170: 요철

Claims

지지기판;
상기 지지기판 상에 위치하고, 제1 도전형 반도체층, 제2 도전형 반도체층 및 상기 제1 도전형 반도체층과 상기 제2 도전형 반도체층 사이에 활성층을 포함하는 발광구조물; 및
상기 발광구조물 상에 위치하는 전극패드를 포함하고,
상기 발광구조물의 상면은 오목부를 포함하고, 상기 전극패드는 상기 오목부의 표면과 접하며,
상기 오목부는, 단면형상에서 상기 오목부의 윗변과 상기 오목부의 밑변이 평행하고,
상기 윗변의 길이는, 상기 밑변의 길이보다 길이가 길고,
상기 윗변 및 상기 밑변을 잇는 양측면의 두 변의 길이가 같으며,
상기 양측면의 두 변과 상기 밑변이 이루는 두 각은 동일한 발광소자.
제1항에 있어서,
상기 제2 도전형 반도체층이 상기 지지기판과 접하고, 상기 제2 도전형 반도체층 상에 상기 활성층 및 상기 제1 도전형 반도체층이 순차적으로 위치하며,
상기 전극패드는 상기 제1 도전형 반도체층과 접하고, 상기 오목부는 상기 제1 도전형 반도체층의 상면에 형성되며,
상기 발광구조물의 외주면 일부 또는 전체에 패시베이션층이 형성되고,
상기 제1 도전형 반도체층의 상면은 요철을 포함하는 발광소자.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 오목부는 하부에서 상부 방향으로 갈수록 폭이 넓어지고,
상기 오목부의 수직단면형상은 등각 사다리꼴이며, 상기 등각 사다리꼴의 평행하지 않은 두 변이 연장된 두 직선이 이루는 각도는 30도 내지 80도이고,
상기 전극패드의 상면 및 하면은 평평하게 형성되고,
상기 전극패드의 높이는 상기 오목부의 깊이보다 크고,
상기 오목부의 수직단면형상에서의 윗변의 길이는 상기 전극패드의 상면의 길이와 동일한 발광소자.
삭제
제3항에 있어서,
상기 오목부의 깊이는 1um 내지 5um이고,
상기 오목부의 상부폭은 10um 내지 50um인 발광소자.
삭제
제3항에 있어서,
상기 지지기판과 상기 발광구조물 사이에 전류제한층; 및
상기 지지기판과 상기 발광구조물 사이에 전극층;을 더 포함하고,
상기 오목부는 상기 전류제한층과 수직적으로 중첩되게 위치하며,
상기 오목부의 상부폭은 상기 전류제한층의 폭 보다 작고,
상기 전극패드는,
반사물질을 포함하고,
상기 전극패드와 상기 오목부가 접하는 표면에 반사물질을 포함하며,
Cr, Au, Al, Ni, Cu, W 및 Ag 중 적어도 어느 하나를 포함하는 발광소자.
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