KR102065375B1

KR102065375B1 - 발광소자

Info

Publication number: KR102065375B1
Application number: KR1020120141999A
Authority: KR
Inventors: 홍훈기; 나종호
Original assignee: 엘지이노텍 주식회사
Priority date: 2012-12-07
Filing date: 2012-12-07
Publication date: 2020-01-13
Also published as: KR20140073945A

Abstract

전위의 생성을 억제하여 ESD(Electrostatic discharge) 수율을 개선하기위하여 본 발명의 실시예에 따른 발광소자는 기판, 상기 기판 상에 배치되는 제 1 반도체층과 상기 제 1 반도체층 상에 배치되는 제 2 반도체층,및 상기 제 1 반도체층과 상기 제 2 반도체층 사이에 배치되는 활성층을 포함하는 발광구조물, 상기 기판과 상기 발광구조물 사이에 배치되고, 기판으로부터 돌출된 형상을 가지는 복수의 패턴, 상기 복수의 패턴 중 인접한 임의의 두 패턴의 양 끝단 사이의 거리가 상기 패턴의 직경보다 작은 것을 포함할 수 있다.

Description

발광소자 {Light emitting device}

실시예는 발광소자에 관한 것이다.

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. LED는 형광등, 백열등 등 기존의 광원에 비해 저소비 전력, 반영구적인 수명, 빠른 응답속도, 안전성, 환경친화성의 장점을 가진다.

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.

LED 반도체는 육방 정계의 구조를 갖는 사파이어(Sapphire)나 실리콘카바이드(SiC)등의 이종 기판에서 금속유기화학기상증착법(MOCVD) 또는 분자선 증착법(molecular beam epitaxy; MBE) 등의 공정을 통해 성장된다.

도 1은 종래 기판 상에 패턴이 형성된 것을 인접한 두 패턴의 양 끝단 사이의 거리와 함께 나타낸 것이다. 도 1을 참조하면 패턴 사이가 멀리 떨어져 있기 때문에 전위가 더 많이 형성될 수 있다.

실시예는 ESD 내성 저하를 개선한 발광소자를 제공한다.

본 발명의 실시예에 따른 발광소자는 기판, 상기 기판 상에 배치되는 제 1 반도체층과 상기 제 1 반도체층 상에 배치되는 제 2 반도체층,및 상기 제 1 반도체층과 상기 제 2 반도체층 사이에 배치되는 활성층을 포함하는 발광구조물, 상기 기판과 상기 발광구조물 사이에 배치되고, 기판으로부터 돌출된 형상을 가지는 복수의 패턴, 상기 복수의 패턴 중 인접한 임의의 두 패턴의 양 끝단 사이의 거리가 상기 패턴의 직경보다 작은 것을 포함할 수 있다.

상기 복수의 패턴 중 인접한 임의의 두 패턴의 양 끝단 사이의 거리가 상기 패턴의 직경의 0.01배 내지 0.2배인 것을 포함할 수 있다.

상기 기판과 상기 패턴은 규소(Si), 게르마늄(Ge), 비소화갈륨(GaAs), 산화아연(ZnO), 실리콘카바이드(SiC), 실리콘게르마늄(SiGe), 질화갈륨(GaN), 갈륨(Ⅲ)옥사이드(Ga₂O₃) 중 어느 하나를 포함할 수 있다.

상기 패턴은 반도체 물질로 형성될 수 있고, 금속으로 형성될 수 있으며상기 기판과 같은 물질로 형성될 수 있다.

상기 패턴은 볼록렌즈의 형상으로 형성될 수 있고, 상기 기판 상에 규칙적으로 형성될 수 있다.

상기 패턴의 면적은 상기 기판의 면적의 0.4배 내지 0.6배일 수 있으며, 상기 패턴이 상기 기판과 만나는 부분의 접선과 상기 기판이 이루는 각은 1° 내지 50°일 수 있다.

상기 복수의 패턴 중 인접한 두 패턴의 중심 사이의 거리가 상기 패턴의 지름의 2.01배 내지 2.4배로 형성될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 발광소자는 기판상에 볼록렌즈 형상의 패턴을 형성시키고 임의의 두 패턴의 양 끝단 사이의 거리를 작게함으로써 전위의 생성을 억제하여 ESD(Electrostatic discharge) 수율을 개선할 수 있다.

도 1은 종래 발광소자의 기판을 나타낸 평면 이미지이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 발광소자의 구조를 도시한 단면도이다.
도 3은 실시예에 따른 발광소자의 기판을 나타낸 단면도이다.
도 4a는 패턴이 차지하는 면적 비에 따른 ESD(Electrostatic discharge) 수율의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 4b는 패턴이 차지하는 면적 비에 따른 전위 밀도의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 5a 는 실시예의 발광소자를 포함한 발광소자 패키지를 나타낸 사시도이다.
도 5b 는 실시예의 발광소자를 포함한 발광소자 패키지를 나타낸 단면도이다.
도 6a 는 실시예에 따른 발광소자 모듈을 포함하는 조명장치를 도시한 사시도이다.
도 6b 는 실시예에 따른 발광소자 모듈을 포함하는 조명장치를 도시한 단면도이다.
도 7 은 실시예에 따른 발광소자 모듈을 포함하는 백라이트 유닛을 도시한 분해 사시도이다.
도 8 은 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 동작시 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.

이하에서는 도면을 참조하여 실시예를 보다 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 발광소자(1000)의 구조를 도시한 단면도이다.

도 2를 참조하면, 실시예에 따른 발광소자(1000)는 기판(10), 기판(10) 상에 배치되고 다양한 각도로 입사는 빛을 반사시킬 수 있는 ODR층(omnidirectional reflector layer; 20), ODR층(20) 상에 배치되고 전극과 오믹 컨택(ohmic contect)을 이루도록 하는 p-오믹층(30), p-오믹층(30) 상에 배치되며 밴드갭(bandgap) 에너지에 따른 특정한 값보다 큰 파장은 흡수하지 않고 투과시키는 투명전도층(40), 투명전도층(40) 상에 배치되는 제 1 반도체층(52), 활성층(54), 제 2 반도체층(56), 제 2 반도체층(56) 상에 배치되는 반사층(60), 반사층(60) 상에 배치되는 오믹층(70), 오믹층(70) 과 함께 반사층(60) 상에 배치되어 패드층(100) 밑에서 전류가 집속되지 않도록하는 전류 차단층(80), 오믹층(70) 상에 배치되는 패드층(100)을 포함한다.

기판(10)은 실시예에 따라 반도체 물질로 형성될 수 있으며, 예를 들어, 규소(Si), 게르마늄(Ge), 비소화갈륨(GaAs), 산화아연(ZnO), 실리콘카바이드(SiC), 실리콘게르마늄(SiGe), 질화갈륨(GaN), 갈륨(Ⅲ)옥사이드(Ga₂O₃)와 같은 캐리어 웨이퍼로 구현될 수 있다. 기판(10)은 전도성 물질로 형성될 수 있다. 실시예에 따라서 금속으로 형성될 수 있으며, 예를 들어 금(Au), 니켈(Ni), 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 탄탈륨(Ta), 은(Ag), 백금(Pt), 크롬(Cr)중에서 선택된 어느 하나로 형성하거나 둘 이상의 합금으로 형성할 수 있으며, 위 물질 중 둘 이상의 물질을 적층하여 형성할 수 있다. 기판(10)이 금속으로 형성된 경우 발광 소자에서 발생하는 열의 방출을 용이하게 하여 발광 소자의 열적 안정성을 향상시킬 수 있다.

기판(10)은 ODR층(20)의 하부에 배치될 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 기판(10)은 수직형 LED의 경우 제 1 전극(90) 상부에 배치될 수 있다.

ODR층(20)은 빛을 반사시키기 위해서 은(Ag)이 주로 쓰이지만, 이에 한정되지 않는다. ODR층(20)은 반사율이 큰 금속으로 형성될 수 있다. ODR층(20)은 다양한 각도로 입사하는 빛을 반사시킬 수 있다. ODR층(20)은 이 층의 반사율을 더욱 향상시키기 위해서 구조적으로 패터닝을 하거나 층간막에 투명층을 삽입할 수 있다. ODR층(20)은 은(Ag) 위에 인듐틴옥사이드(ITO)를 삽입하여 입사각에 따른 반사율을 향상시킬 수 있다.

ODR층(20)은 기판(10)의 상부에 배치될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. ODR층(20)은 p-오믹층(30) 하부에 배치될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

p-오믹층(30)은 정공주입을 효율적으로 할 수 있도록 단일 금속 혹은 금속합금, 금속산화물 등을 다중으로 적층하여 형성할 수 있다. 예를 들어, p-오믹층(30)은 ITO, IZO(In-ZnO), GZO(Ga-ZnO), AZO(Al-ZnO), IGZO(In-Ga-ZnO), IrOx, RuOx, RuOx/ITO, Ni/IrOx/Au, alc Ni/IrOx/Au/ITO, Ni, Ag 중 적어도 하나를 포함하여 형성될 수 있으며, 이러한 재료에 한정되지 않는다.

p-오믹층(30)은 제 2 반도체층(56)과 오믹컨택(ohmic contact)을 잘 이루도록 하기 위한 것이다. p-오믹층(30)은 제 2 반도체층(56) 하부에 배치될 수 있으나 이에 한정되지 않는다.

투명전도층(40)은 전도층의 역할을 한다. 투명전도층(40)은 GaP 등의 물질로 이루어질 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

투명전도층(40)은 밴드갭 에너지에 따른 파장보다 큰 파장의 경우 흡수하지 않고 그대로 통과시킬 수 있다. 예를 들어 밴드갭 에너지가 2.24eV인 경우, 투명전도층(40)은 553nm 이상의 파장은 흡수하기 않고 투과 시킬 수 있다.

투명전도층(40)은 p-오믹층(30) 상부에 배치될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 투명전도층(40)은 발광구조물(50) 하부에 배치될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

발광구조물(50)은 제 1 반도체층(52), 활성층(54), 제 2 반도체층(56)을 포함한다.

제 1 반도체층(52)은 기판(10) 상에 배치될 수 있다. 제 1 반도체층(52)은 기판(10)과의 격자상수 차이를 정합시키기 위해 버퍼층(미도시) 상에 배치될 수 있으나, 이에 한정하지 아니한다. 제 1 반도체층(52)은 기판(10) 상에서 성장될 수 있으나, 수평형 발광소자에만 한정되는 것은 아니며 수직형 발광소자에도 적용될 수 있다.

제 1 반도체층(52)은 n형 반도체층으로 구현될 수 있으며, 상기 n형 반도체층은 예컨데, In_xAl_yGa₁ _-x- _yN (0=x=1, 0=y=1, 0=x+y=1)의 조성식을 갖는 반도체 재료, 예를 들어 GaN(Gallium nitride), AlN(Aluminium nitride), AlGaN(Aluminium gallium nitride), InGaN(Indium gallium nitride), InN(Indium nitride), InAlGaN, AlInN 등에서 선택될 수 있다. 제 1 반도체층(52)은 예를 들어, 규소(Si), 게르마늄(Ge), 주석(Sn), 셀레늄(Se), 텔루늄(Te)와 같은 n형 도펀트가 도핑될 수 있다.

활성층(54)은 제 1 반도체층(52) 상에 배치될 수 있다. 활성층(54)은 제 2 반도체층(56)과 제 1 반도체층(52)의 사이에 배치될 수 있다.

활성층(54)은 반도체 물질로 형성될 수 있다. 활성층(54)은 3족-5족 원소의 화합물 반도체 재료를 이용하여 단일 또는 다중 우물 구조 등으로 형성될 수 있다. 활성층(54)은 질화물 반도체로 형성될 수 있다. 예를 들어, 활성층(54)은 갈륨나이트라이드(GaN), 인듐갈륨나이트라이드(InGaN), 및 인듐갈륨나이트라이드(InAlGaN) 등을 포함할 수 있다.

제 2 반도체층(56)은 활성층(54) 상에 배치될 수 있다. 제 2 반도체층(56)은 p형 도펀트가 도핑된 p형 반도체층으로 구현될 수 있다. 제 2 반도체층(56)은 In_xAl_yGa_1-x-yN (0=x=1, 0=y=1, 0=x+y=1)의 조성식을 갖는 반도체 재료, 예를 들어 GaN(Gallium nitride), AlN(Aluminium nitride), AlGaN(Aluminium gallium nitride), InGaN(Indium gallium nitride), InN(Indium nitride), InAlGaN, AlInN 등에서 선택될 수 있으며 마그네슘(Mg), 아연(Zn), 칼슘(Ca), 스트론튬(Sr), 바륨(Ba) 등의 p형 도펀트가 도핑될 수 있다.

제 1 반도체층(52), 활성층(54), 및 제 2 반도체층(56)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.

제 1 반도체층(52) 및 제 2 반도체층(56) 내의 도전형 도펀트의 도핑 농도는 균일 또는 불균일하게 형성될 수 있으나, 이에 한정하지 아니한다.

반사층(60)은 Al, Ag 혹은 Al 이나 Ag를 포함하는 합금을 포함하는 금속층으로 이루어질 수 있다. 반사층(60)은 알루미늄이나 은 등으로 형성되어 활성층(54)에서 발생된 빛을 효과적으로 반사할 수 있다.

반사층(60)은 발광구조물(50) 상부에 배치될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 반사층(60)은 오믹층(70) 하부에 배치될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

오믹층(70)은 정공주입을 효율적으로 할 수 있도록 단일 금속 혹은 금속합금, 금속산화물 등을 다중으로 적층하여 형성할 수 있다. 오믹층(70)은 예를 들어 ITO, IZO(In-ZnO), GZO(Ga-ZnO), AZO(Al-ZnO), IGZO(In-Ga-ZnO), IrOx, RuOx, RuOx/ITO, Ni/IrOx/Au, alc Ni/IrOx/Au/ITO, Ni, Ag 중 적어도 하나를 포함하여 형성될 수 있으며, 이러한 재료에 한정되지 않는다.

오믹층(70)은 반사층(60) 상부에 배치될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 오믹층(70)은 패드층(100) 하부에 배치될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

전류차단층(80)은 패드층(100)의 하단에 전류가 집속될 경우 다중양자우물(Multi Quantum Well)에서 전자가 여기되어 외부로 빛이 방출되지 못하고 손실되는 것을 막을 수 있다.

전류차단층(80)은 패드층(100)의 하부에 배치될 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 전류차단층(80)은 반사층(60) 상부에 배치될 수 있으나 이에 한정되지 않는다.

패턴(110)은 기판(10) 상에 형성될 수 있다. 패턴(110)은 ODR층(20) 하부에 형성될 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 패턴(110)은 ODR층(20)이 형성되지 않은 경우, p-오믹층(30)층 하부에 형성될 수 있다. 패턴(110)은 ODR층(20)과 p-오믹층(30)이 형성되지 않은 경우, 발광구조물(50)의 하부에 형성될 수 있다. 패턴(110)은 기판(10) 상에 형성될 수 있으며, 발광구조물(50)의 하부에 형성될 수 있다.

패턴(110)은 실시예에 따라 반도체 물질로 형성될 수 있으며, 예를 들어, 규소(Si), 게르마늄(Ge), 비소화갈륨(GaAs), 산화아연(ZnO), 실리콘카바이드(SiC), 실리콘게르마늄(SiGe), 질화갈륨(GaN), 갈륨(Ⅲ)옥사이드(Ga₂O₃)와 같은 캐리어 웨이퍼로 구현될 수 있다. 패턴(110)은 전도성 물질로 형성될 수 있다. 실시예에 따라서 금속으로 형성될 수 있으며, 예를 들어 금(Au), 니켈(Ni), 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 탄탈륨(Ta), 은(Ag), 백금(Pt), 크롬(Cr)중에서 선택된 어느 하나로 형성하거나 둘 이상의 합금으로 형성할 수 있으며, 위 물질 중 둘 이상의 물질을 적층하여 형성할 수 있다. 패턴(110)이 금속으로 형성된 경우 발광 소자에서 발생하는 열의 방출을 용이하게 하여 발광 소자의 열적 안정성을 향상시킬 수 있다.

도 3은 실시예에 따른 발광소자의 기판(10)을 나타낸 단면도이다. 기판(10)은 광 추출 효율을 높이기 위해서, 상면에 PSS(Patterned Substrate) 구조를 구비할 수 있으나, 이에 한정하지 않는다. 기판(10)은 발광소자(1000)에서 발생하는 열의 방출을 용이하게 하여 발광소자(1000)의 열적 안정성을 향상시킬 수 있다. 패턴(110)은 기판(10)과 같은 물질로 형성될 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 패턴(110)이 기판(10)과 같은 물질로 형성되는 경우 패턴(110)과 기판(10)의 격자상수의 차이가 없고, 같은 물질이므로 패턴(110)을 성장시키는데 용이할 수 있다. 패턴(110)은 기판(10) 상에 규칙성 있게 형성될 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 패턴(110)이 기판(10) 상에 규칙성을 가지며 형성되는 경우, 패턴(110)을 형성하는 공정의 시행횟수를 줄일 수 있고, 패턴(110)의 규칙에 따라서 패턴(110) 사이의 거리를 조절할 수 있다.

도 3을 참조하여 설명하면, 기판(10)상에 패턴(110)이 형성될 수 있다. 패턴(110)은 구(sphere)의 일부를 절단한 볼록렌즈 형상으로 형성될 수 있다. 인접한 두 패턴(110)에 있어서, 두 패턴(110)의 중심을 연결했을 때 가장 짧은 거리를 피치(pitch)라고 정의하고 후술하겠다. 또한, 종래 패턴과 기판(10)이 만나는 부분의 접선과 기판(10)이 이루는 각을 α라 하고, 본 발명의 실시예에 따라 패턴(110)이 형성된 후 그 패턴(110)과 기판(10)이 만나는 부분의 접선과 기판(10)이 이루는 각을 β라 하고 후술하겠다.

두 패턴(110)의 중심에서 중심까지의 거리를 1이라고 했을 때 피치의 거리가 0.01 내지 0.2 일 때 ESD(Electrostatic discharge) 수율이 개선될 수 있다. 이 때, 패턴(110)의 높이는 동일하게 유지될 수 있다. 패턴(110)의 높이가 동일하게 유지되면서, 피치의 길이는 줄어들어 β가 α보다 감소할 수 있다.

피치의 거리가 감소하여 β가 α보다 작게 될수록 전위의 형성이 억제될 수 있다. 전위는 일반적으로 기판(10)상에 패턴(110)이 형성되면 패턴(110)의 끝부분에서 형성될 수 있다. 본 발명의 실시예와 같이 종래에 비해 높이는 유지하면서 피치의 길이는 감소시키면 β가 α보다 작아지게 되어 전위의 형성이 억제될 수 있다. 전위의 형성이 억제됨에 따라서 ESD 수율이 개선될 수 있다.

패턴(110)과 기판(10)이 만나는 부분의 접선과 기판(10)이 이루는 각인 β가 작을수록, 패턴(110)과 기판(10)이 만나는 부분에서 전위가 형성되는 것을 줄일 수 있다. 이에 따라, 패턴(110)과 기판(10)이 만나는 부분의 접선과 기판(10)이 이루는 각 β는 1° 내지 50°의 각도를 가질 수 있다. β가 1° 이하가 되면 패턴(110)을 일정한 높이와 형상으로 형성하기 어려울 수 있고, β가 50°이상의 각도를 형성하게 되면 종래의 패턴에서 형성된 전위에 비해 전위의 수가 차이가 생기지 않을 수 있다.

도 4a는 패턴(110)이 차지하는 면적 비에 따른 ESD 수율의 변화를 나타낸 그래프이고 도 4b는 패턴(110)이 차지하는 면적 비에 따른 전위 밀도의 변화를 나타낸 그래프이다.

[표 1]

여기서 패턴(110)이 차지하는 면적 비(fill factor)는 전체 기판(10)의 면적 대비 패턴(110)이 차지하는 면적의 비율을 나타내는 것으로써 피치의 길이가 줄어들면서 패턴(110)이 차지하는 면적 비는 커질 수 있다. 또한, 상기 표 1은 패턴(110)이 차지하는 면적 비(fill factor)와 피치의 거리비의 관계를 나타낸 것이다. 즉, 피치의 거리비가 줄어들면, 패턴(110)이 차지하는 면적 비는 증가함을 확인할 수 있다.

도 4a의 그래프에 따르면 피치의 거리비가 줄어들면 패턴(110)이 차지하는 면적 비는 커지고, 이에 따른 ESD 수율의 변화를 보면 ESD 수율이 증가하는 것을 확인할 수 있다.

도 4b에서 CL 이미지 분석을 통해서 전위 밀도를 확인할 수 있다. 도 4b를 참조하면, 역시 패턴(110)이 차지하는 면적 비가 커질수록 전위의 밀도도 감소하는 것을 확인할 수 있다. 또한, 이는 전위 밀도가 감소함에 따라서 ESD 수율이 증가하는 것을 확인할 수 있다.

도 4a와 도 4b를 참조하면 패턴(110)이 차지하는 면적 비가 0.4배 내지 0.6배 일 때 ESD 수율이 크게 증가하는 것을 확인할 수 있다. 패턴(110)이 차지하는 면적비가 0.3배인 경우에 ESD 수율은 80%에 불과하지만 0.4배가 되면 90% 정도까지 증가함을 확인할 수 있다.

[표 2]

상기 표 2는 피치의 거리비에 따른 각 수치의 변화를 나타낸 표이다. 상기 표 2에서 VF1은 0.1 ?의 전류가 흐를 때 전압의 값을 나타낸다. 상기 표 2에서 VF2는 0.2 ?의 전류가 흐를 때 전압의 값을 나타낸다. 이는 소자의 신뢰성을 가늠하는 지표로 피치의 거리비가 0.2일 때 더 큰 값을 가짐을 확인할 수 있다. 상기 표 2에서 VF3은 실제 구동전류에서의 전압의 값을 나타내고, 이는 피치의 거리비에 무관하게 거의 같은 값을 가짐을 확인할 수 있다. 또한, VR은 -10 ?의 전류가 흐를 때 전압의 값을 나타낸다. 이것 역시 피치의 거리비가 0.2 일 때 다소 감소하지만 큰 차이는 나지 않음을 확인할 수 있다.

다음으로 상기 표 2에서 IR은 -5V의 전압을 걸었을 때 누설전류의 값을 나타낸다. 이 값은 피치의 거리비에 무관하게 일정한 값을 가짐을 확인할 수 있다. 상기 표 2에서 WD는 가장 높은 에너지의 파장을 나타내고, WH는 WD 스펙트럼의 피크(peak) 값의 절반 지점에서의 스펙트럼의 폭을 나타낸다. 이 값들 역시 피치의 거리비에 따라 다소 변하지만 큰 차이는 없음을 확인할 수 있다. 다음으로 IV는 광도를 나타낸다. IV 값은 피치의 거리비가 감소함에 따라서 다소 커짐을 확인할 수 있다.

도 5a는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광소자 패키지(300)를 나타낸 사시도이며, 도 5b는 다른 실시예에 따른 발광소자 패키지(300)의 단면을 도시한 단면도이다.

도 5a 및 도 5b 를 참조하면, 실시예에 따른 발광소자 패키지(300)는 캐비티가 형성된 몸체(310), 몸체(310)에 실장된 제1 및 제2 전극(340, 350) 제1 및 제2 전극과 전기적으로 연결되는 발광소자(320) 및 캐비티에 형성되는 봉지재(330)를 포함할 수 있고, 봉지재(330)는 형광체(미도시)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.

몸체(310)의 내측면은 경사면이 형성될 수 있다. 이러한 경사면의 각도에 따라 발광소자(320)에서 방출되는 광의 반사각이 달라질 수 있으며, 이에 따라 외부로 방출되는 광의 지향각을 조절할 수 있다.

몸체(310)에 형성되는 캐비티를 위에서 바라본 형상은 원형, 사각형, 다각형, 타원형 등의 형상일 수 있으며, 특히 모서리가 곡선인 형상일 수도 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.

봉지재(330)는 캐비티에 충진될 수 있으며, 형광체(미도시)를 포함할 수 있다. 봉지재(330)는 투명한 실리콘, 에폭시, 및 기타 수지 재질로 형성될 수 있다. 봉지재(330)는 캐비티 내에 충진한 후, 이를 자외선 또는 열 경화하는 방식으로 형성될 수 있다.

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

봉지재(330)에 포함되어 있는 형광체(미도시)는 발광소자(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.

형광체(미도시)는 발광소자(320)에서 방출되는 제1 빛을 가지는 광에 의해 여기 되어 제2 빛을 생성할 수 있다. 예를 들어, 발광소자(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 발광소자 패키지(300)는 백색 빛을 제공할 수 있다.

발광소자(320)가 녹색 발광 다이오드인 경우는 마젠타(magenta) 형광체 또는 청색과 적색의 형광체(미도시)를 혼용하는 경우, 발광소자(320)가 적색 발광 다이오드인 경우는 시안(Cyan) 형광체 또는 청색과 녹색 형광체를 혼용하는 경우를 예로 들 수 있다.

형광체(미도시)는 YAG계, TAG계, 황화물계, 실리케이트계, 알루미네이트계, 질화물계, 카바이드계, 니트리도실리케이트계, 붕산염계, 불화물계, 인산염계 등의 공지된 것일 수 있다.

몸체(310)에는 제1 전극(340) 및 제2 전극(350)이 실장될 수 있다. 제1 전극(340) 및 제2 전극(350)은 발광소자(320)와 전기적으로 연결되어 발광소자(320)에 전원을 공급할 수 있다.

제1 전극(340) 및 제2 전극(350)은 서로 전기적으로 분리되며, 발광소자(320)에서 발생된 빛을 반사시켜 광 효율을 증가시킬 수 있다. 제1 전극(340) 및 제2 전극(350)은 발광소자(320)에서 발생된 열을 외부로 배출시킬 수 있다.

도 5b에서는 발광소자(320)가 제1 전극(340) 상에 실장되었으나, 이에 한정되지 않으며, 발광소자(320)와 제1 전극(340) 및 제2 전극(350)은 와이어 본딩(wire bonding) 방식, 플립 칩(flip chip) 방식 또는 다이 본딩 방식 중 어느 하나에 의해 전기적으로 연결될 수도 있다.

제1 전극(340) 및 제2 전극(350)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. 제1 전극(340) 및 제2 전극(350)은 단층 또는 다층 구조를 가지도록 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.

발광소자(320)는 제1 전극(340) 상에 실장되며, 예를 들어, 적색, 녹색, 청색, 백색 등의 빛을 방출하는 발광 소자 또는 자외선을 방출하는 UV(Ultra Violet) 발광 소자일 수 있으나, 이에 대해 한정하지는 않는다. 발광 소자(320)는 한 개 이상 실장될 수 있다.

발광소자(320)는 그 전기 단자들이 모두 상부 면에 형성된 수평형 타입(Horizontal type)이거나, 또는 상, 하부 면에 형성된 수직형 타입(Vertical type), 또는 플립 칩 모두에 적용 가능하다.

발광소자 패키지(300)는 발광소자를 포함할 수 있다.

발광소자(320)는 제1 활성층(미도시), 제2 활성층(미도시), 및 캐리어 주입층(미도시)를 포함할 수 있다. 발광소자(320)는 캐리어 주입층(미도시)을 포함하여 제2 반도체층(미도시)에서 제공된 정공의 이동도를 가속하여 제1 활성층(미도시) 및 제2 활성층(미도시)에 제공할 수 있다.

상기 캐리어 주입층(미도시)을 포함한 발광소자(320)를 포함하여 발광소자 패키지(300)의 신뢰도와 광추출량을 극대화할 수 있다.

실시예에 따른 발광소자 패키지(300)는 복수개가 기판 상에 어레이되며, 발광소자 패키지(300)의 광 경로 상에 광학 부재인 도광판, 프리즘 시트, 확산 시트 등이 배치될 수 있다.

발광소자 패키지(300), 기판, 광학 부재는 라이트 유닛으로 기능할 수 있다. 또 다른 실시 예는 발광소자(미도시) 또는 발광소자 패키지(300)를 포함하는 표시 장치, 지시 장치, 조명 시스템으로 구현될 수 있으며, 예를 들어, 조명 시스템은 램프, 가로등을 포함할 수 있다.

도 6a는 일 실시예에 따른 발광소자를 포함하는 조명 시스템(400)을 도시한 사시도이며, 도 6b는 도 6a의 조명 시스템의 D -D' 단면을 도시한 단면도이다.

즉, 도 6b 는 도 6a의 조명 시스템(400)을 길이방향(Z)과 높이방향(X)의 면으로 자르고, 수평방향(Y)으로 바라본 단면도이다.

도 6a 및 도 6b를 참조하면, 조명 시스템(400)은 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(443)이 체결되며, 몸체(410)는 발광소자 패키지(444)에서 발생한 열이 몸체(410)의 상부면을 통해 외부로 방출할 수 있도록 전도성 및 열 발산 효과가 우수한 금속재질로 형성될 수 있고, 이에 한정하지 아니한다.

발광소자 패키지(444)는 발광소자(미도시)를 포함한다.

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. 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 있으며, 이에 한정되지 않는다.

커버(430)는 내부의 발광소자 모듈(443)을 외부의 이물질 등으로부터 보호할 수 있다. 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.

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 하는바, 커버(430)는 폴리에틸렌테레프탈레이트 (Polyethylen Terephthalate; PET), 폴리카보네이트(Polycarbonate; PC), 또는 폴리메틸 메타크릴레이트(Polymethyl Methacrylate; PMMA) 등을 포함하는 재질로 형성될 수 있다.

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

도 7은 일 실시예에 따른 발광소자를 포함하는 액정표시장치의 분해 사시도이다.

도 7은 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, 560, 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.

상기 발광소자 패키지(524)를 포함하여 백라이트 유닛(570)의 광추출 효율이 향상되고 백라이트 유닛(570)의 신뢰성이 더욱 향상될 수 있다.

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 8은 실시예에 따른 발광소자를 포함하는 액정표시장치의 분해 사시도이다. 다만, 도 7에서 도시하고 설명한 부분에 대해서는 반복하여 상세히 설명하지 않는다.

도 8은 실시예에 따른 직하 방식의 액정 표시 장치(600)이다. 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 7에서 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)은 복수의 발광소자 패키지(622)와 복수의 발광소자 패키지(622)가 실장되어 모듈을 이룰 수 있도록 PCB기판(621)을 포함할 수 있다.

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

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.

실시예에 따른 발광소자는 상기한 바와 같이 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.

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

10 : 기판
20 : ODR층
30 : p-오믹층
40 : 투명전도층
50 : 발광구조물
52 : 제 1 반도체층
54 : 활성층
56 : 제 2 반도체층
70 : 전극핑거부
90 : 제 1 전극
100 : 패드부
110 : 패턴

Claims

기판,
상기 기판 상에 배치되는 제 1 반도체층과 상기 제 1 반도체층 상에 배치되는 제 2 반도체층, 및 상기 제 1 반도체층과 상기 제 2 반도체층 사이에 배치되는 활성층을 포함하는 발광구조물,
상기 기판과 상기 발광구조물 사이에 배치되고, 기판으로부터 돌출된 형상을 가지는 복수의 패턴,
상기 복수의 패턴 중 인접한 임의의 두 패턴 사이의 간격이 상기 패턴의 직경보다 작은 것을 포함하고,
상기 패턴은,
전도성 물질로 형성되고,
금(Au), 니켈(Ni), 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 탄탈륨(Ta), 은(Ag), 백금(Pt), 크롬(Cr) 중에서 선택된 어느 하나로 형성하거나 둘 이상의 합금으로 형성되며,
상기 패턴이 상기 기판과 만나는 부분의 접선과 상기 기판이 이루는 각이 1°내지 50°이고,
상기 복수의 패턴 중 인접한 임의의 두 패턴 사이의 간격이 상기 패턴의 직경의 0.01배 내지 0.2배 인 것을 포함하는 발광소자.
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제 1 항에 있어서,
상기 기판은 규소(Si), 게르마늄(Ge), 비소화갈륨(GaAs), 산화아연(ZnO), 실리콘카바이드(SiC), 실리콘게르마늄(SiGe), 질화갈륨(GaN), 갈륨(Ⅲ)옥사이드(Ga₂O₃) 중 어느 하나를 포함하는 발광소자.
삭제
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삭제
제 1 항에 있어서,
상기 패턴은 볼록렌즈의 형상으로 형성되고, 상기 기판 상에 규칙적으로 형성되며,
상기 패턴의 면적이 상기 기판의 면적의 0.4배 내지 0.6배 인 발광소자.
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