KR102495483B1 - 복수의 발광셀들을 갖는 발광 다이오드 및 그것을 갖는 발광 소자 - Google Patents
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Abstract
복수의 발광셀들을 갖는 발광 다이오드 및 그것을 갖는 발광 소자가 개시된다. 이 발광 다이오드는 기판; 기판 상에 서로 이웃하여 배치되고, 각각 n형 반도체층, 활성층, p형 반도체층을 포함하는 제1 발광셀 및 제2 발광셀; 제1 발광셀 및 제2 발광셀의 p형 반도체층들 상에 각각 배치되어 상기 p형 반도체층에 콘택하는 반사 구조체; 제1 발광셀의 n형 반도체층에 오믹 콘택하는 제1 콘택층; 제2 발광셀의 n형 반도체층에 오믹 콘택함과 아울러 제1 발광셀 상의 반사 구조체에 접속하는 제2 콘택층; 제1 발광셀 상부에 배치되며 제1 콘택층에 전기적으로 접속된 n 전극 패드; 및 제2 발광셀 상부에 배치되며 제2 발광셀 상의 반사 구조체에 전기적으로 접속된 p 전극 패드을 포함하고, 제1 발광셀 및 제2 발광셀은 기판을 노출시키는 분리 영역에 의해 서로 분리되고, 제1 발광셀 및 제2 발광셀의 n형 반도체층들은 서로 마주보는 내측면 및 외부에 노출된 외측면들을 포함하되, 적어도 하나의 외측면은 내측면보다 급격하게 경사진다. 이에 따라, 복수의 발광셀들을 채택하면서도 발광 면적을 확보할 수 있어 순방향 전압을 낮출 수 있고 광출력을 향상시킬 수 있다.
Description
본 발명은 무기 발광 다이오드에 관한 것으로, 특히 복수의 발광셀들을 갖는 발광 다이오드 및 그것을 갖는 발광 소자에 관한 것이다.
무기 발광 다이오드는 n형 반도체층에서 공급된 전자와 p형 반도체층에서 공급된 정공이 활성층에서 재결합하여 광을 방출한다. 특히, 질화갈륨계 발광 다이오드가 디스플레이, 자동차 램프, 일반 조명 등의 여러 분야에서 자외선 또는 청색 영역의 광원으로 사용된다. 질화물 반도체를 포함하는 발광 다이오드는 수명이 길고, 소비 전력이 낮으며, 응답 속도가 빨라서, 그 사용 영역이 계속해서 확장되고 있다.
한편, 단일 기판 상에 복수의 발광셀들이 직렬 또는 병렬 연결된 발광 다이오드가 개발되고 있다. 발광셀들이 직렬 연결된 발광 다이오드는 복수의 발광셀들이 직렬 연결되기 때문에 상대적으로 고전압에서 구동할 수 있는 장점이 있다.
또한, 복수의 발광셀들을 병렬 연결한 발광 다이오드는 동일 면적의 단일의 셀에 전류를 공급하는 경우에 비해 전류를 복수의 발광셀들에 분산시킬 수 있으며, 이에 따라, 결함에 의한 전류 집중 문제를 완화할 수 있는 장점이 있다.
복수의 발광셀들은 분리 영역에 의해 서로 분리되어 전기적으로 절연되며, 이러한 발광셀들이 커넥터를 이용하여 전기적으로 연결된다. 발광셀들을 전기적으로 분리하기 위해 아이솔레이션(isolation) 공정이 수행되는데, 커넥터의 연결을 위해 아이솔레이션 영역은 완만한 경사면을 갖도록 형성된다. 그런데 완만한 경사면을 갖도록 아이솔레이션 영역을 형성함에 따라 발광셀의 발광 면적이 상당히 감소하여 순방향 전압이 급격히 증가하며 광출력이 감소된다.
한편, 전류 분산, 방열 효율 및 광출력을 더욱 개선하기 위해 플립칩 구조의 발광 다이오드가 요구된다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 복수의 발광셀들을 포함하면서도 발광 면적 감소를 완화할 수 있는 발광 다이오드 및 그것을 갖는 발광 소자를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는, 전류 분산 성능이 우수하고 방열 효율 및 광 출력을 높일 수 있는 플립칩 구조에 적합한 발광 다이오드 및 그것을 갖는 발광 소자를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드는, 기판; 상기 기판 상에 서로 이웃하여 배치되고, 각각 n형 반도체층, p형 반도체층, 상기 n형 반도체층과 상기 p형 반도체층 사이에 배치된 활성층을 포함하는 제1 발광셀 및 제2 발광셀; 상기 제1 발광셀 및 제2 발광셀의 p형 반도체층들 상에 각각 배치되어 상기 p형 반도체층에 콘택하는 반사 구조체; 상기 제1 발광셀의 n형 반도체층에 오믹 콘택하는 제1 콘택층; 상기 제2 발광셀의 n형 반도체층에 오믹 콘택함과 아울러 상기 제1 발광셀의 반사 구조체에 접속하는 제2 콘택층; 상기 제1 발광셀 상부에 배치되며 상기 제1 콘택층에 전기적으로 접속된 n 전극 패드; 및 상기 제2 발광셀 상부에 배치되며 상기 제2 발광셀 상의 반사 구조체에 전기적으로 접속된 p 전극 패드을 포함하고, 상기 제1 발광셀 및 제2 발광셀은 상기 기판을 노출시키는 분리 영역에 의해 서로 분리되고, 상기 제1 발광셀 및 제2 발광셀의 n형 반도체층들은 서로 마주보는 내측면 및 외부에 노출된 외측면들을 포함하되, 상기 적어도 하나의 외측면은 상기 내측면보다 급격하게 경사진다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 소자는 상기 발광 다이오드 및 상기 발광 다이오드의 기판 및 측면을 덮는 파장변환층을 포함한다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 종래와 달리, n형 반도체층의 외측면들을 분리 영역에 비해 상대적으로 급격하게 경사지게 형성함으로써 발광 면적이 감소되는 것을 완화할 수 있으며, 이에 따라, 순방향 전압을 낮출 수 있으며, 광 출력을 개선할 수 있다.
나아가, 각 발광셀 상에 반사 구조체를 배치하고, 그 위에 n 전극 패드 및 p 전극 패드를 배치함으로써 플립칩 구조의 복수의 발광셀들을 갖는 발광 다이오드가 제공된다.
본 발명의 다양한 실시예들에 따른 효과 및 장점들에 대해서는 도면을 참조한 설명을 통해 뒤에서 상세하게 설명된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드를 설명하기 위한 개략적인 평면도이다.
도 2는 도 1의 절취선 A-A 를 따라 취해진 개략적인 단면도이다.
도 3은 도 1의 절취선 B-B를 따라 취해진 개략적인 단면도이다.
도 4는 도 1의 절취선 C-C를 따라 취해진 개략적인 단면도이다.
도 5는 도 1의 일부 구성을 생략한 개략적인 평면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드의 제조 방법을 설명하기 위한 개략적인 평면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드를 포함하는 발광 소자를 설명하기 위한 개략적인 평면도 및 단면도이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 소자를 설명하기 위한 개략적인 평면도 및 단면도이다.
도 2는 도 1의 절취선 A-A 를 따라 취해진 개략적인 단면도이다.
도 3은 도 1의 절취선 B-B를 따라 취해진 개략적인 단면도이다.
도 4는 도 1의 절취선 C-C를 따라 취해진 개략적인 단면도이다.
도 5는 도 1의 일부 구성을 생략한 개략적인 평면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드의 제조 방법을 설명하기 위한 개략적인 평면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드를 포함하는 발광 소자를 설명하기 위한 개략적인 평면도 및 단면도이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 소자를 설명하기 위한 개략적인 평면도 및 단면도이다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 실시예들은 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고 도면들에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다. 또한, 하나의 구성요소가 다른 구성요소의 "상부에" 또는 "상에" 있다고 기재된 경우 각 부분이 다른 부분의 "바로 상부" 또는 "바로 상에" 있는 경우뿐만 아니라 각 구성요소와 다른 구성요소 사이에 또 다른 구성요소가 개재된 경우도 포함한다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드는, 기판; 상기 기판 상에 서로 이웃하여 배치되고, 각각 n형 반도체층, p형 반도체층, 상기 n형 반도체층과 상기 p형 반도체층 사이에 배치된 활성층을 포함하는 제1 발광셀 및 제2 발광셀; 상기 제1 발광셀 및 제2 발광셀의 p형 반도체층들 상에 각각 배치되어 상기 p형 반도체층에 콘택하는 반사 구조체; 상기 제1 발광셀의 n형 반도체층에 오믹 콘택하는 제1 콘택층; 상기 제2 발광셀의 n형 반도체층에 오믹 콘택함과 아울러 상기 제1 발광셀의 반사 구조체에 접속하는 제2 콘택층; 상기 제1 발광셀 상부에 배치되며 상기 제1 콘택층에 전기적으로 접속된 n 전극 패드; 및 상기 제2 발광셀 상부에 배치되며 상기 제2 발광셀 상의 반사 구조체에 전기적으로 접속된 p 전극 패드를 포함하고, 상기 제1 발광셀 및 제2 발광셀은 상기 기판을 노출시키는 분리 영역에 의해 서로 분리되고, 상기 제1 발광셀 및 제2 발광셀의 n형 반도체층들은 서로 마주보는 내측면 및 외부에 노출된 외측면들을 포함하되, 상기 적어도 하나의 외측면은 상기 내측면보다 급격하게 경사진다.
n형 반도체층의 외측면이 분리 영역의 내측면보다 급격하게 경사지므로, 기판 측면으로부터 n형 반도체층의 상면 가장자리까지의 수평 거리를 줄일 수 있다. 따라서 n형 반도체층의 상면 면적을 증가시킬 수 있으며, 이에 따라 발광 면적도 증가시킬 수 있다.
나아가, 반사 구조체 상부에 n 전극 패드 및 p 전극 패드를 배치하기 때문에 활성층에서 n 전극 패드 및 p 전극 패드로 방출되는 광을 반사시켜 기판측으로 내보낼 수 있다. 따라서, 방열 효율 및 광 추출 효율이 높은 플립칩 구조의 발광 다이오드가 제공될 수 있다.
몇몇 실시예들에 있어서, 상기 제1 및 제2 발광셀들의 n형 반도체층들은 각각 하나의 내측면 및 3개의 외측면들을 포함할 수 있다. 나아가, 상기 3개의 외측면들은 상기 하나의 내측면보다 급격하게 경사질 수 있다.
나아가, 상기 제1 및 제2 발광셀들의 n형 반도체층들 각각의 3개의 외측면들은 상기 기판의 측면들과 나란할 수 있다. 예컨대, 상기 n형 반도체층들의 외측면들은 기판과 함께 n형 반도체층을 스크라이빙함으로써 형성될 수 있으며, 따라서, 기판의 측면들과 함께 형성될 수 있다.
상기 제1 발광셀 및 제2 발광셀은 각각 상기 n형 반도체층의 일부 영역 상에 배치되고 상기 활성층과 상기 p형 반도체층을 포함하는 메사를 포함할 수 있다. 또한, 상기 제1 콘택층 및 제2 콘택층은 각각 상기 메사들의 둘레를 따라 상기 n형 반도체층의 외측면들과 상기 메사 사이의 영역에서 상기 n형 반도체층에 콘택할 수 있다. 제1 콘택층 및 제2 콘택층이 메사의 둘레를 따라 n형 반도체층에 콘택하므로 n형 반도체층 내에서 전류 분산 성능을 개선한다.
또한, 상기 메사들은 각각 상기 p형 반도체층 및 활성층을 관통하여 상기 n형 반도체층을 노출시키는 관통홀을 가질 수 있으며, 상기 제1 콘택층 및 제2 콘택층 각각은 또한 상기 메사의 관통홀을 통해 상기 n형 반도체층에 콘택할 수 있다. 따라서, n형 반도체층 내에서의 전류 분산 성능이 더욱 개선된다.
상기 관통홀들은 기다란 형상을 가지며 동일 선을 따라 배치될 수 있다. 또한, 상기 관통홀들은 각각 상기 메사의 중앙을 지날 수 있다. 각 메사에 단일의 관통홀이 배치될 수 있으며, 기다란 형상의 관통홀이 중앙 영역에 배치됨으로써 전류 분산에 유리하다. 또한, 복수의 관통홀들을 형성하는 경우에 비해, 제조 공정을 단순화할 수 있으며, 공정 안정성을 도모할 수 있다.
한편, 상기 발광 다이오드는, 상기 메사들 및 상기 반사 구조체들을 덮고 상기 메사들과 상기 제1 및 제2 콘택층들 사이에 배치된 하부 절연층을 더 포함할 수 있다. 상기 하부 절연층은 상기 제1 발광셀 상의 반사 구조체를 노출시키는 홀을 가질 수 있으며, 상기 제2 콘택층은 상기 홀을 통해 상기 제1 발광셀 상의 반사 구조체에 접속될 수 있다.
또한, 상기 제2 콘택층은 상기 분리 영역 상부를 거쳐 상기 제2 발광셀로부터 상기 제1 발광셀로 연장할 수 있다. 이때, 상기 분리 영역 상부에 위치하는 상기 제2 콘택층은 상기 메사들의 폭 내에 한정되어 배치될 수 있다.
제2 콘택층이 메사들의 폭 내에 한정되어 배치되므로, 제2 콘택층이 제1 발광셀의 n형 반도체층에 단락되는 것을 방지할 수 있다.
한편, 상기 제1 콘택층의 일부는 상기 제1 발광셀 상의 반사 구조체와 중첩하고, 상기 제2 콘택층의 일부는 상기 제2 발광셀 상의 반사 구조체와 중첩할 수 있다. 또한, 상기 제1 및 제2 콘택층들은 반사 금속층을 포함할 수 있으며, 따라서, 활성층에서 방출된 광에 대한 반사 효율을 증가시킬 수 있다.
또한, 상기 하부 절연층은 분포 브래그 반사기를 포함할 수 있다. 상기 하부 절연층은 상기 반사 구조체의 상부 영역뿐만 아니라 상기 메사들의 가장자리 영역들 및 측면들을 모두 덮는다. 따라서, 활성층에서 방출되는 광은 대부분 반사 구조체 및 하부 절연층에 의해 반사될 수 있어 발광 다이오드의 광 출력이 향상될 수 있다.
한편, 상기 하부 절연층의 홀은 상기 분리 영역을 따라 기다란 형상을 가질 수 있다. 상기 분리 영역은 상기 관통홀들이 놓이는 동일 선에 수직일 수 있다. 하부 절연층의 홀이 기다란 형상을 갖기 때문에, 제2 콘택층이 상대적으로 넓은 영역에서 제1 발광셀 상의 반사 구조체에 접속할 수 있다.
한편, 상기 발광 다이오드는, 상기 제1 콘택층 및 상기 제2 콘택층과 상기 n 전극 패드 및 p 전극 패드 사이에 배치된 상부 절연층을 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 상부 절연층은 상기 제1 콘택층을 노출시키는 제1 비아홀 및 상기 제2 발광셀 상의 반사 구조체를 노출시키는 제2 비아홀을 가질 수 있으며, 상기 n 전극 패드 는 상기 제1 비아홀을 통해 상기 제1 콘택층에 접속되고, 상기 p 전극 패드는 상기 제2 비아홀을 통해 상기 반사 구조체에 접속될 수 있다.
또한, 상기 제1 발광셀 및 제2 발광셀은 각각 상기 n형 반도체층의 일부 영역 상에 배치되고 상기 활성층과 상기 p형 반도체층을 포함하는 메사를 포함하고, 상기 제1 콘택층 및 제2 콘택층은 각각 상기 메사들의 둘레를 따라 상기 n형 반도체층의 외측면들과 상기 메사 사이의 영역에서 상기 n형 반도체층에 콘택할 수 있으며, 상기 상부 절연층은 상기 n형 반도체층의 외측면들과 상기 메사 사이에 위치하는 상기 제1 및 제2 콘택층들을 덮고, 상기 n형 반도체층의 외측면들과 상기 제1 및 제2 콘택층 사이에서 상기 n형 반도체층에 접할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 발광 소자는, 위에서 설명한 발광 다이오드; 및 상기 발광 다이오드의 기판 및 측면들을 덮되, 상기 n 전극 패드 및 p 전극 패드를 노출시키는 파장변환층을 포함할 수 있다.
나아가, 상기 발광 소자는 상기 발광 다이오드의 양 측면들 상에 각각 배치된 반사 측벽을 더 포함할 수 있으며, 상기 발광 다이오드의 측면을 덮는 파장변환층은 상기 측벽과 상기 발광 다이오드 사이에 개재될 수 있다.
상기 반사 측벽은 상기 발광 다이오드에서 방출된 광 및 상기 파장변환층에 의해 변환된 광을 반사시켜 광 효율을 증가시킨다.
상기 반사 측벽들은 상기 발광 다이오드의 기다란 측면들 상에 배치될 수 있다. 이러한 발광 소자는 예를 들어 도광판의 측면에서 도광판으로 광을 방출하는 사이드뷰 발광 소자로 사용될 수 있다.
이하 도면을 참조하여 구체적으로 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드를 설명하기 위한 개략적인 평면도이고, 도 2, 도 3 및 도 4는 각각 도 1의 절취선 A-A, B-B 및 C-C를 따라 취해진 개략적인 단면도들이며, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드의 일부 구성을 생략한 개략적인 평면도이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 상기 발광 다이오드는 기판(21), 제1 발광셀(C1), 제2 발광셀(C2), 반사 구조체(31), 제1 및 제2 콘택층들(35a, 35b), n 패드 전극(39a) 및 p 패드 전극(39b)을 포함한다. 상기 발광 다이오드는 또한, 예비 절연층(29), 하부 절연층(33) 및 상부 절연층(37)을 포함할 수 있다. 또한, 제1 및 제2 발광셀들(C1, C2)은 각각 n형 반도체층(23), 활성층(25), p형 반도체층(27)을 포함한다.
기판(21)은 Ⅲ-Ⅴ 계열 질화물계 반도체층을 성장시키기 위한 성장 기판으로, 예를 들어, 사파이어 기판, 특히 패터닝된 사파이어 기판일 수 있다. 기판(21)은 절연 기판인 것이 선호되지만, 절연 기판에 한정되는 것은 아니다. 다만, 기판(21) 상에 배치된 발광셀들이 서로 직렬 연결된 경우, 기판(21)은 발광셀들로부터 절연되어야 한다. 따라서, 기판(21)이 절연성이거나, 또는 기판(21)이 도전성인 경우, 기판(21)으로부터 발광셀들(C1, C2)이 절연되도록 절연물질층이 발광셀들(C1, C2)과 기판(21) 사이에 배치된다. 기판(21)은 도 1에서 보듯이 직사각형의 외형을 가질 수 있다. 기판(21)의 측면은 레이저 스크라이빙 및 그것을 이용한 크래킹에 의해 형성될 수 있다.
제1 및 제2 발광셀들(C1, C2)은 기판(21) 상에 배치된다. 제1 및 제2 발광셀들(C1, C2)은 기판(21)을 노출시키는 분리 영역(I)에 의해 서로 분리된다. 따라서, 제1 발광셀(C1)과 제2 발광셀(C2)의 반도체층들은 서로 이격된다. 제1 및 제2 발광셀들(C1, C2)은 서로 마주보고 배치되며 각각 정사각형 또는 직사각형 형상을 가질 수 있다. 특히, 제1 및 제2 발광셀들(C1, C2)은 서로 마주보는 방향으로 기다란 직사각형 형상을 가질 수 있다.
제1 및 제2 발광셀들(C1, C2)은 각각 n형 반도체층(23), 활성층(25) 및 p형 반도체층(27)을 포함한다. n형 반도체층(23), 활성층(25) 및 p형 반도체층(27)은 Ⅲ-Ⅴ 계열 질화물계 반도체, 예를 들어, (Al, Ga, In)N과 같은 질화물계 반도체로 형성될 수 있다. n형 반도체층(23), 활성층(25) 및 p형 반도체층(27)은 금속유기화학 기상 성장법(MOCVD)과 같은 공지의 방법을 이용하여 챔버 내에서 기판(21) 상에 성장되어 형성될 수 있다. 또한, n형 반도체층(23)은 n형 불순물 (예를 들어, Si, Ge. Sn)을 포함하고, p형 반도체층(27)은 p형 불순물(예를 들어, Mg, Sr, Ba)을 포함한다. 예를 들어, 일 실시예에서, n형 반도체층(23)은 도펀트로서 Si를 포함하는 GaN 또는 AlGaN을 포함할 수 있고, p형 반도체층(27)은 도펀트로서 Mg을 포함하는 GaN 또는 AlGaN을 포함할 수 있다. 도면에서 n형 반도체층(23) 및 p형 반도체층(27)이 각각 단일층인 것으로 도시하지만, 이들 층들은 다중층일 수 있으며, 또한 초격자층을 포함할 수도 있다. 활성층(25)은 단일양자우물 구조 또는 다중양자우물 구조를 포함할 수 있고, 원하는 파장을 방출하도록 질화물계 반도체의 조성비가 조절된다. 예를 들어, 활성층(25)은 청색광 또는 자외선을 방출할 수 있다.
분리 영역(I)은 발광셀들(C1, C2)을 서로 분리한다. 분리 영역(I)에 반도체층들을 통해 기판(21)이 노출된다. 분리 영역(I)은 사진 및 식각 공정을 이용하여 형성되며, 이때, 고온 베이킹 공정을 이용하여 포토레지스트를 리플로우시킴으로써 완만한 경사면을 갖는 포토레지스트 패턴을 형성하고 이를 마스크로 이용하여 반도체층들을 식각함으로써 분리 영역(I)에 상대적으로 완만하게 경사진 측면들을 형성할 수 있다.
상기 분리 영역(I)을 사이에 두고 발광셀들(C1, C2)이 서로 마주본다. 서로 마주보는 발광셀들(C1, C2)의 측면들이 내측면으로 정의된다. 한편, 상기 내측면 이외의 상기 발광셀들의 측면들은 외측면으로 정의된다. 따라서, 제1 및 제2 발광셀들(C1, C2) 내의 n형 반도체층들(23) 또한 각각 내측면 및 외측면들을 포함한다.
예를 들어, n형 반도체층(23)은 하나의 내측면과 3개의 외측면들을 포함할 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, n형 반도체층(23)의 외측면들은 상기 내측면에 비해 급격하게 경사질 수 있다. 본 실시예에 있어서, n형 반도체층(23)의 외측면들이 모두 내측면에 비해 급격하게 경사진 것으로 설명하지만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 적어도 하나의 외측면이 내측면에 비해 급격하게 경사진 것을 포함한다. 또한, 분리 영역(I)에 수직한 양측 외측면들만 상대적으로 급격하게 경사지고, 분리 영역과 평행한 외측면은 분리 영역(I)과 동일하게 완만하게 경사질 수도 있다.
나아가, 상대적으로 급격하게 경사진 외측면들은 기판(21)의 측면과 나란할 수 있다. 예를 들어, n형 반도체층들(23)의 외측면들은 기판(21)과 함께 n형 반도체층(23)을 스크라이빙함으로써 형성될 수 있으며, 따라서, 기판(21)의 측면들과 함께 형성될 수 있다.
각각의 n형 반도체층(23) 상에 메사(M)가 배치된다. 메사(M)는 n형 반도체층(23)으로 둘러싸인 영역 내측에 한정되어 위치할 수 있으며, 따라서, n형 반도체층(23)의 외측면들에 인접한 가장자리 근처 영역들은 메사(M)에 의해 덮이지 않고 외부에 노출된다. 다만, 분리 영역(I)의 측벽에서 메사(M)의 측면과 n형 반도체층(23)의 측면은 서로 연속적일 수 있다.
메사(M)는 p형 반도체층(27)과 활성층(25)을 포함한다. 상기 활성층(25)은 n형 반도체층(23)과 p형 반도체층(27) 사이에 개재된다. 도면들에서 메사(M)의 내측면이 외측면들과 동일하게 경사진 것으로 도시하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 메사(M)의 내측면이 외측면들에 비해 더 완만할 수 있다. 이에 따라, 후술하는 제2 콘택층(35b)의 안정성을 향상시킬 수 있다.
메사(M)는 상기 p형 반도체층(27) 및 활성층(25)을 관통하는 관통홀(27a)을 가질 수 있다. 메사(M)에 복수개의 관통홀들이 형성될 수도 있으나, 도 1에 도시한 바와 같이, 단일의 관통홀(27a)이 형성될 수도 있다. 이 경우, 관통홀(27a)은 메사(M)의 중앙을 지나는 기다란 형상을 가질 수 있다. 특히, 제1 발광셀(C1) 및 제2 발광셀(C2) 내의 관통홀들(27a)은 동일 선 상에 배치될 수 있다. 상기 관통홀들(27a)이 놓이는 선은 분리 영역(I)에 직교할 수 있다.
제1 및 제2 발광셀들(C1, C2)의 p형 반도체층들(27) 상에 각각 반사 구조체(31)가 배치된다. 반사 구조체(31)는 p형 반도체층(27)에 콘택한다. 반사 구조체(31)는 메사(M) 상부 영역에서 메사(M)의 거의 전 영역에 걸쳐 배치될 수 있다. 예를 들어, 반사 구조체(31)는 메사(M) 상부 영역의 80% 이상, 나아가 90% 이상을 덮을 수 있다.
반사 구조체(31)는 반사성을 갖는 금속층을 포함할 수 있으며, 따라서, 활성층(25)에서 생성되어 반사 구조체(31)로 진행하는 광을 기판(21) 측으로 반사시킬 수 있다. 예컨대, 상기 반사 금속층은 Ag 또는 Al을 포함할 수 있다. 또한, 상기 반사 구조체(31)가 p형 반도체층(27)에 오믹 콘택하는 것을 돕기 위해 Ni층이 반사 금속층과 p형 반도체층(27) 사이에 형성될 수 있다. 이와 달리, 상기 반사 구조체(31)는 예컨대 ITO(indidum tin oxide) 또는 ZnO와 같은 투명 산화물층을 포함할 수도 있다.
한편, 예비 절연층(29)이 상기 반사 구조체(31) 주변의 메사(M)를 덮을 수 있다. 예비 절연층(29)은 예컨대 화학기상증착 기술을 이용하여 SiO2로 형성될 수 있으며, 메사(M) 측면을 덮고 나아가 n형 반도체층(23)의 일부 영역을 덮을 수 있다. 예비 절연층(29)은 도 4에 도시되듯이, 분리 영역(I)의 측면들에서는 제거될 수 있다.
하부 절연층(33)이 메사들(M)을 덮으며 반사 구조체(31) 및 예비 절연층(29)을 덮는다. 하부 절연층(33)은 또한, 분리 영역(I) 및 메사(M) 측벽을 덮고, 메사(M) 주변의 n형 반도체층(23)의 일부를 덮는다. 도 4의 확대된 단면도에 보이듯이, 기판(21) 패터닝된 사파이어 기판인 경우, 하부 절연층(33)은 분리 영역(I) 내에서 기판(21) 상의 돌출부들의 형상을 따라 형성될 수 있다.
하부 절연층(33)은 제1 및 제2 콘택층(35a, 35b)과 제1 및 제2 발광셀들(C1, C2) 사이에 배치되며, 제1 및 제2 콘택층(35a, 35b)이 n형 반도체층(23) 또는 반사 구조체(31)에 접속할 수 있는 통로를 제공한다. 예를 들어, 하부 절연층(33)은 제1 발광셀(C1) 상의 상부 구조체(31)를 노출시키는 홀(33a), 제2 발광셀 상에서 상부 구조체(31)를 노출시키는 홀(33b) 및 관통홀(27a) 내에서 n형 반도체층(23)을 노출시키는 개구부(33c)를 갖는다. 또한, 하부 절연층(33)은 메사(M) 주위를 덮되, n형 반도체층(23)의 가장 자리 근처 영역들을 노출시킨다.
상기 홀(33a)은 도 1에 도시되듯이, 관통홀(27a)의 길이 방향에 직교하는 방향, 예를 들어, 분리 영역(I)에 평행하게 기다란 형상을 가질 수 있으며, 관통홀(27a)보다 분리 영역(I)에 가깝게 배치된다. 따라서, 제1 발광셀(C1) 상의 반사 구조체(31)에 넓은 영역에서 전류를 주입할 수 있다. 본 실시예에서 단일의 홀(33a)이 제1 발광셀(C1) 상의 반사 구조체(31)를 노출시키는 것으로 설명하지만, 복수의 홀(33a)이 제공될 수도 있다.
한편, 홀(33b)은 제2 발광셀(C2) 상에 배치되며 도 1에 도시한 바와 같이, 복수개가 제공될 수 있다. 본 실시예에서 네 개의 홀들(33b)이 도시되어 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 더 적은 수나 더 많은 수의 홀들(33b)이 배치될 수도 있다. 다만, 홀들(33b)의 중심은 분리 영역(I)으로부터 메사(M)의 중심보다 더 멀리 위치한다. 이에 따라, 분리 영역(I) 근처에 전류가 집중되는 것을 방지하고 제1 발광셀(C2)의 넓은 영역에 전류를 분산시킬 수 있다.
개구부(33c)는 관통홀(27a) 내에서 n형 반도체층(23)을 노출시켜 제1 콘택층(35a) 및 제2 콘택층(35b)이 n형 반도체층(23)에 접속할 수 있는 통로를 제공한다.
하부 절연층(33)은 SiO2 또는 Si3N4와 같은 절연물질로 형성될 수 있으며, 단일층 또는 다중층으로 형성될 수 있다. 나아가, 하부 절연층(33)은 굴절률이 서로 다른 재료층들, 예컨대 SiO2/TiO2를 반복 적층하여 형성한 분포 브래그 반사기를 포함할 수도 있다. 하부 절연층(33)이 분포 브래그 반사기를 포함할 경우, 반사 구조체(31) 이외의 영역으로 입사되는 광을 반사시킬 수 있어 광 추출 효율을 더욱 개선할 수 있다.
제1 콘택층(35a)은 제1 발광셀(C) 상에 배치되어 n형 반도체층(23)에 오믹 콘택한다. 제1 콘택층(35a)은 도 5에 잘 도시되어 있듯이, 메사(M) 둘레를 따라 n형 반도체층(23)의 외측면과 메사(M) 사이의 영역에서 n형 반도체층(23)에 오믹 콘택할 수 있다. 또한, 제1 콘택층(35a)은 메사(M)의 관통홀(27a) 내에서 하부 절연층(33)의 개구부(33c)에 의해 노출된 n형 반도체층(23)에 오믹 콘택할 수 있다. 나아가, 제1 콘택층(35a)은 홀(33a) 주위의 일부 영역을 제외하고 메사(M) 상부 영역 및 측면을 덮을 수 있다.
제2 콘택층(35b)은 제2 발광셀(C2) n형 반도체층(23)에 오믹 콘택함과 아울러 상기 제1 발광셀(C1)의 반사 구조체(31)에 접속한다. 따라서, 제2 콘택층(35b)은 제1 발광셀(C1)의 p형 반도체층(27)과 제2 발광셀(C2)의 n형 반도체층(23)을 전기적으로 연결한다.
제2 콘택층(35b)은 메사(M) 둘레를 따라 n형 반도체층(23)의 외측면과 메사(M) 사이의 영역에서 n형 반도체층(23)에 오믹 콘택할 수 있다. 또한, 제2 콘택층(35b)은 메사(M)의 관통홀(27a) 내에서 하부 절연층(33)의 개구부(33c)에 의해 노출된 n형 반도체층(23)에 오믹 콘택할 수 있다. 나아가, 제2 콘택층(35b)은 홀(33a)에 노출된 반사 구조체(31)에 접속한다. 이를 위해, 제2 콘택층(35b)은 분리 영역(I) 상부를 지나 제2 발광셀(C2)에서 제1 발광셀(C1)으로 연장된다. 이때, 상기 분리 영역(I) 상부를 지나는 제2 콘택층(35b)은, 도 1에 도시되어 있듯이, 메사(M)의 폭 이내에 한정된다. 이에 따라, 제2 콘택층(35b)이 제1 발광셀(C1)의 n형 반도체층(23)에 단락되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 제2 콘택층(35b)은 상대적으로 완만하게 경사진 분리 영역(I)을 지나기 때문에 공정 안정성이 개선된다. 상기 제2 콘택층(35b)는 분리 영역(I) 상에서 하부 절연층(33) 상에 배치되며, 하부 절연층(33)의 형상을 따라 요철을 갖도록 형성될 수 있다.
제1 및 제2 콘택층(35a, 35b)은 Al층과 같은 고반사 금속층을 포함할 수 있으며, 고반사 금속층은 Ti, Cr 또는 Ni 등의 접착층 상에 형성될 수 있다. 또한, 상기 고반사 금속층 상에 Ni, Cr, Au 등의 단층 또는 복합층 구조의 보호층이 형성될 수 있다. 제1 및 제2 콘택층(35a, 35b)은 예컨대, Cr/Al/Ni/Ti/Ni/Ti/Au/Ti의 다층 구조를 가질 수 있다.
상부 절연층(37)은 제1 콘택층(35a) 및 제2 콘택층(35b) 상에 배치되며, 제1 콘택층(35a)을 노출시키는 개구부(37a) 및 반사 구조체(31)를 노출시키는 개구부(37b)를 가진다. 개구부(37b)는 하부 절연층(33)의 홀(33a) 내에 배치될 수 있다. 상부 절연층(37)은 또한 메사(M) 둘레에서 n형 반도체층(23)에 접속하는 제1 및 제2 콘택층(35a, 35b)을 덮는다. 도 2 내지 도 4에 잘 도시되어 있듯이, 제1 및 제2 콘택층(35a, 35b)과 n형 반도체층(23)의 가장자리 사이의 영역은 상부 절연층(37)으로 덮인다. 따라서, 제1 및 제2 콘택층(35a, 35b)이 상부 절연층(37)에 의해 수분 등 외부환경으로부터 보호될 수 있다. 상부 절연층(37)은 또한 분리 영역(I) 상에서 제2 콘택층(35b)을 덮을 수 있는데, 제2 콘택층(35b)의 형상을 따라 요철을 갖도록 형성될 수 있다.
상부 절연층(37)은 SiO2 또는 Si3N4의 단일층으로 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 상부 절연층(37)은 실리콘질화막과 실리콘산화막을 포함하는 다층 구조를 가질 수도 있으며, 실리콘산화막과 타이타늄산화막을 교대로 적층한 분포브래그 반사기일 수도 있다.
n 전극 패드(39a)는 상부 절연층(37)의 개구부(37a)를 통해 제1 콘택층(35a)에 전기적으로 접속하며, p 전극 패드는 개구부(37b)를 통해 반사 구조체(31)에 전기적으로 접속한다. n 전극 패드(39a) 및 p 전극 패드(39b)는 각각 메사(M) 상부 영역 내에 한정되어 배치될 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드 제조 방법을 설명하기 위한 개략적인 평면도이다.
도 6을 참조하면, 일반적으로 하나의 기판(21) 상에서 복수의 발광 다이오드가 제조된다. 여기서는 4개의 발광 다이오드 영역을 예시하고 있으며, 각 발광 다이오드 영역은 제1 발광셀 영역(C1) 및 제2 발광셀 영역(C2)을 포함한다.
우선, 기판(21) 상에 n형 반도체층(23), 활성층(25) 및 p형 반도체층(27)이 성장된다. 이들 반도체층들(23, 25, 27)은 기판(21) 상에 연속적인 층으로 성장된다.
이어서, p형 반도체층(27) 및 활성층(25)을 패터닝하여 메사(M)들을 형성한다. 메사들(M)은 각 발광셀 영역들(C1, C2) 상에 형성된다. 메사들(M)은 사진 및 식각 공정을 이용하여 형성될 수 있다.
그 후, 도시하지는 않았지만, 예비 절연층(29)이 메사(M)를 덮도록 형성되고, 이어서, 포토레지스트 패턴을 이용하여 반사 구조체(31)를 형성하기 위한 영역 상의 예비 절연층(29)이 식각된다. 그리고, 동일한 포토레지스트 패턴을 이용하여 리프트 오프 기술로 반사 구조체(31)가 형성된다.
이어서, 분리 영역(아이솔레이션 영역, ISO)이 형성된다. 분리 영역은 각 발광 다이오드 영역에서 메사들(M) 사이에 형성되며, 분리 영역(ISO)에 의해 제1 발광셀(C1)과 제2 발광셀(C2)이 분리된다. 분리 영역(ISO)은 포토레지스트 패턴을 이용한 사진 및 식각 기술을 이용하여 기판(21) 상면을 노출시키도록 n형 반도체층(23)을 식각함으로써 형성된다. 이때, 포토레지스트를 리플로우함으로써 분리 영역(ISO)의 측면이 완만한 경사면을 갖도록 형성될 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 분리 영역(ISO)은 각 발광 다이오드 영역 내에서 메사들(M) 사이에 한정되어 형성될 수 있다. 즉, 발광 다이오드들을 분리하는 영역에는 분리 영역(ISO)이 형성되지 않는다.
이어서, 하부 절연층(33), 제1 및 제2 콘택층(35a, 35b), 상부 절연층(37), n 전극 패드(39a) 및 p 패드 전극(39b)이 순차로 형성된 후, 레이저 스크라이빙 공정을 이용하여 스크라이빙 라인들(SC1, SC2)가 형성된다. 레이저 스크라이빙 라인들(SC1, SC2)은 발광 다이오드들을 개별 단위로 분할하기 위한 것으로, 이 스크라이빙에 의해 분할 위치가 정의되고, n형 반도체층(23)은 개별 발광 다이오드 단위로 분할된다. 이어서, 상기 스크라이빙 공정 이후에 크래킹에 의해 기판(21)이 분할될 수 있다.
본 실시예에 따르면, 분리 영역(ISO)은 발광 다이오드 내의 제1 및 제2 발광셀들(C1, C2) 사이에 형성되므로, 제1 발광셀(C1)과 제1 발광셀(C2)이 마주보는 위치에 배치된 n형 반도체층(23)의 내측면들은 상대적으로 완만한 경사면으로 형성된다. 이에 반해, n형 반도체층(23)의 외측면들은 레이서 스크라이빙 및 크래킹에 의해 형성되기 때문에 상대적으로 급격한 경사면을 가지며, 나아가 n형 반도체층(23)의 외측면이 기판(21)의 측면과 나란할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드를 갖는 발광 소자를 설명하기 위한 개략적인 평면도 및 단면도로, 도 7a는 평면도를 나타내고, 도 7b는 도 7a의 절취선 D-D를 따라 취해진 단면도이다.
도 7을 참조하면, 상기 발광 소자는 발광 다이오드(100) 및 파장변환층(110)을 포함한다. 발광 다이오드(100)는 앞서 도 1 내지 도 5를 참조하여 설명한 발광 다이오드와 동일하므로 상세한 설명은 생략한다.
한편, 파장변환층(110)은 발광 다이오드(100)의 측면 및 상면을 덮고 하면을 노출시킨다. 발광 다이오드(100)는 상면에 기판(21)을 가지며, 하면에 n 전극 패드(39a) 및 p 전극 패드(39b)를 가진다. 상기 기판(21)은 파장변환층(110)으로 덮이고, n 및 p 전극 패드들(39a, 39b)은 파장변환층(110)의 외부에 노출된다. 따라서, 상기 발광 소자는 n 및 p 전극 패드들(39a, 39b)을 이용하여 인쇄회로보드 등에 실장될 수 있다.
본 실시예에 따른 발광 소자는, 종래의 리드 프레임이나 인쇄회로기판을 이용하여 제작된 패키지와 차이가 있다. 즉, 상기 발광 소자는 발광 다이오드 칩에 형성된 n 및 p 패드 전극들(39a, 39b)이 리드 단자 역할을 수행하며, 별도의 하우징을 필요로 하지 않는다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 소자를 설명하기 위한 개략적인 평면도 및 단면도이다. 도 8a는 평면도를 나타내고, 도 8는 도 8a의 절취선 E-E를 따라 취해진 단면도이다.
도 8을 참조하면, 본 실시예에 따른 발광 소자는 도 7을 참조하여 설명한 발광 소자와 대체로 유사하나 발광 다이오드(100)의 양 측면을 따라 반사 측벽(120)이 배치된 것에 차이가 있다.
반사 측벽(120)은 발광 다이오드(100)의 기다란 측면들을 따라 배치되며, 발광 다이오드(100)의 짧은 측면들에는 생략될 수 있다. 한편, 상기 반사 측벽들(120)과 발광 다이오드 (100) 사이에 파장변환층(110)이 배치된다. 상기 반사 측벽들(120)은 PA9T와 같은 LED 반사기로 형성될 수 있고 따라서 몰딩 공정을 이용하여 쉽게 형성될 수 있다.
이에 따라, 발광 다이오드(100)에서 방출된 광은 파장변환층(110)에서 파장변환되며, 반사 측벽들(120)에 의해 반사되어 발광 다이오드(100)의 상부측으로 방출된다. 또한, 발광 다이오드(100)에서 방출된 광의 일부는 발광 다이오드(100)의 짧은 측면들측으로도 방출된다.
상기 발광 소자는 예를 들어 사이드뷰 발광 소자로 사용될 수 있다. 즉, 상기 발광 소자는 도광판의 측면에 배치되어 도광판의 측면으로 광을 방출할 수 있으며, 예컨대 백라이트 광원으로 사용될 수 있다.
위에서 설명한 발광 다이오드 및 발광 소자는 조명 장치, 백라이트 광원 또는 헤드 램프 등 다양한 응용 제품에 적용될 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드를 적용한 조명 장치를 설명하기 위한 분해 사시도이다.
도 9를 참조하면, 본 실시예에 따른 조명 장치는, 확산 커버(1010), 발광 소자 모듈(1020) 및 바디부(1030)를 포함한다. 바디부(1030)는 발광 소자 모듈(1020)을 수용할 수 있고, 확산 커버(1010)는 발광 소자 모듈(1020)의 상부를 커버할 수 있도록 바디부(1030) 상에 배치될 수 있다.
바디부(1030)는 발광 소자 모듈(1020)을 수용 및 지지하여, 발광 소자 모듈(1020)에 전기적 전원을 공급할 수 있는 형태이면 제한되지 않는다. 예를 들어, 도시된 바와 같이, 바디부(1030)는 바디 케이스(1031), 전원 공급 장치(1033), 전원 케이스(1035), 및 전원 접속부(1037)를 포함할 수 있다.
전원 공급 장치(1033)는 전원 케이스(1035) 내에 수용되어 발광 소자 모듈(1020)과 전기적으로 연결되며, 적어도 하나의 IC칩을 포함할 수 있다. 상기 IC칩은 발광 소자 모듈(1020)로 공급되는 전원의 특성을 조절, 변환 또는 제어할 수 있다. 전원 케이스(1035)는 전원 공급 장치(1033)를 수용하여 지지할 수 있고, 전원 공급 장치(1033)가 그 내부에 고정된 전원 케이스(1035)는 바디 케이스(1031)의 내부에 위치할 수 있다. 전원 접속부(115)는 전원 케이스(1035)의 하단에 배치되어, 전원 케이스(1035)와 결속될 수 있다. 이에 따라, 전원 접속부(1037)는 전원 케이스(1035) 내부의 전원 공급 장치(1033)와 전기적으로 연결되어, 외부 전원이 전원 공급 장치(1033)에 공급될 수 있는 통로 역할을 할 수 있다.
발광 소자 모듈(1020)은 기판(1023) 및 기판(1023) 상에 배치된 발광 소자(1021)를 포함한다. 발광 소자 모듈(1020)은 바디 케이스(1031) 상부에 마련되어 전원 공급 장치(1033)에 전기적으로 연결될 수 있다.
기판(1023)은 발광 소자(1021)를 지지할 수 있는 기판이면 제한되지 않으며, 예를 들어, 배선을 포함하는 인쇄회로기판일 수 있다. 기판(1023)은 바디 케이스(1031)에 안정적으로 고정될 수 있도록, 바디 케이스(1031) 상부의 고정부에 대응하는 형태를 가질 수 있다. 발광 소자(1021)는 상술한 본 발명의 실시예들에 따른 발광 다이오드들 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
확산 커버(1010)는 발광 소자(1021) 상에 배치되되, 바디 케이스(1031)에 고정되어 발광 소자(1021)를 커버할 수 있다. 확산 커버(1010)는 투광성 재질을 가질 수 있으며, 확산 커버(1010)의 형태 및 광 투과성을 조절하여 조명 장치의 지향 특성을 조절할 수 있다. 따라서 확산 커버(1010)는 조명 장치의 이용 목적 및 적용 태양에 따라 다양한 형태로 변형될 수 있다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 소자를 적용한 디스플레이 장치를 설명하기 위한 단면도이다.
본 실시예의 디스플레이 장치는 표시패널(2110), 표시패널(2110)에 광을 제공하는 백라이트 유닛 및, 상기 표시패널(2110)의 하부 가장자리를 지지하는 패널 가이드를 포함한다.
표시패널(2110)은 특별히 한정되지 않고, 예컨대, 액정층을 포함하는 액정표시패널일 수 있다. 표시패널(2110)의 가장자리에는 상기 게이트 라인으로 구동신호를 공급하는 게이트 구동 PCB가 더 위치할 수 있다. 여기서, 게이트 구동 PCB는 별도의 PCB에 구성되지 않고, 박막 트랜지스터 기판상에 형성될 수도 있다.
백라이트 유닛은 적어도 하나의 기판 및 복수의 발광 소자(2160)를 포함하는 광원 모듈을 포함한다. 나아가, 백라이트 유닛은 바텀커버(2180), 반사 시트(2170), 확산 플레이트(2131) 및 광학 시트들(2130)을 더 포함할 수 있다.
바텀커버(2180)는 상부로 개구되어, 기판, 발광 소자(2160), 반사 시트(2170), 확산 플레이트(2131) 및 광학 시트들(2130)을 수납할 수 있다. 또한, 바텀커버(2180)는 패널 가이드와 결합될 수 있다. 기판은 반사 시트(2170)의 하부에 위치하여, 반사 시트(2170)에 둘러싸인 형태로 배치될 수 있다. 다만, 이에 한정되지 않고, 반사 물질이 표면에 코팅된 경우에는 반사 시트(2170) 상에 위치할 수도 있다. 또한, 기판은 복수로 형성되어, 복수의 기판들이 나란히 배치된 형태로 배치될 수 있으나, 이에 한정되지 않고, 단일의 기판으로 형성될 수도 있다.
발광 소자(2160)는 상술한 본 발명의 실시예들에 따른 발광 다이오드를 포함할 수 있다. 발광 소자(2160)들은 기판 상에 일정한 패턴으로 규칙적으로 배열될 수 있다. 또한, 각각의 발광 소자(2160) 상에는 렌즈(2210)가 배치되어, 복수의 발광 소자(2160)들로부터 방출되는 광을 균일성을 향상시킬 수 있다.
확산 플레이트(2131) 및 광학 시트들(2130)은 발광 소자(2160) 상에 위치한다. 발광 소자(2160)로부터 방출된 광은 확산 플레이트(2131) 및 광학 시트들(2130)을 거쳐 면 광원 형태로 표시패널(2110)로 공급될 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 실시예들에 따른 발광 소자는 본 실시예와 같은 직하형 디스플레이 장치에 적용될 수 있다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 다이오드를 적용한 디스플레이 장치를 설명하기 위한 단면도이다.
본 실시예에 따른 백라이트 유닛이 구비된 디스플레이 장치는 영상이 디스플레이되는 표시패널(3210), 표시패널(3210)의 배면에 배치되어 광을 조사하는 백라이트 유닛을 포함한다. 나아가, 상기 디스플레이 장치는, 표시패널(3210)을 지지하고 백라이트 유닛이 수납되는 프레임(240) 및 상기 표시패널(3210)을 감싸는 커버(3240, 3280)를 포함한다.
표시패널(3210)은 특별히 한정되지 않고, 예컨대, 액정층을 포함하는 액정표시패널일 수 있다. 표시패널(3210)의 가장자리에는 상기 게이트 라인으로 구동신호를 공급하는 게이트 구동 PCB가 더 위치할 수 있다. 여기서, 게이트 구동 PCB는 별도의 PCB에 구성되지 않고, 박막 트랜지스터 기판상에 형성될 수도 있다. 표시패널(3210)은 그 상하부에 위치하는 커버(3240, 3280)에 의해 고정되며, 하부에 위치하는 커버(3280)는 백라이트 유닛과 결속될 수 있다.
표시패널(3210)에 광을 제공하는 백라이트 유닛은 상면의 일부가 개구된 하부 커버(3270), 하부 커버(3270)의 내부 일 측에 배치된 광원 모듈 및 상기 광원 모듈과 나란하게 위치되어 점광을 면광으로 변환하는 도광판(3250)을 포함한다. 또한, 본 실시예의 백라이트 유닛은 도광판(3250) 상에 위치되어 광을 확산 및 집광시키는 광학 시트들(3230), 도광판(3250)의 하부에 배치되어 도광판(3250)의 하부방향으로 진행하는 광을 표시패널(3210) 방향으로 반사시키는 반사시트(3260)를 더 포함할 수 있다.
광원 모듈은 기판(3220) 및 상기 기판(3220)의 일면에 일정 간격으로 이격되어 배치된 복수의 발광 소자(3110)를 포함한다. 기판(3220)은 발광 소자(3110)를 지지하고 발광 소자(3110)에 전기적으로 연결된 것이면 제한되지 않으며, 예컨대, 인쇄회로기판일 수 있다. 발광 소자(3110)는 상술한 본 발명의 실시예들에 따른 발광 다이오드를 적어도 하나 포함할 수 있다. 광원 모듈로부터 방출된 광은 도광판(3250)으로 입사되어 광학 시트들(3230)을 통해 표시패널(3210)로 공급된다. 도광판(3250) 및 광학 시트들(3230)을 통해, 발광 소자(3110)들로부터 방출된 점 광원이 면 광원으로 변형될 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 실시예들에 따른 발광 소자는 본 실시예와 같은 에지형 디스플레이 장치에 적용될 수 있다.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 다이오드를 헤드 램프에 적용한 예를 설명하기 위한 단면도이다.
도 12를 참조하면, 상기 헤드 램프는, 램프 바디(4070), 기판(4020), 발광 소자(4010) 및 커버 렌즈(4050)를 포함한다. 나아가, 상기 헤드 램프는, 방열부(4030), 지지랙(4060) 및 연결 부재(4040)를 더 포함할 수 있다.
기판(4020)은 지지랙(4060)에 의해 고정되어 램프 바디(4070) 상에 이격 배치된다. 기판(4020)은 발광 소자(4010)를 지지할 수 있는 기판이면 제한되지 않으며, 예컨대, 인쇄회로기판과 같은 도전 패턴을 갖는 기판일 수 있다. 발광 소자(4010)는 기판(4020) 상에 위치하며, 기판(4020)에 의해 지지 및 고정될 수 있다. 또한, 기판(4020)의 도전 패턴을 통해 발광 소자(4010)는 외부의 전원과 전기적으로 연결될 수 있다. 또한, 발광 소자(4010)는 상술한 본 발명의 실시예들에 따른 발광 다이오드를 적어도 하나 포함할 수 있다.
커버 렌즈(4050)는 발광 소자(4010)로부터 방출되는 광이 이동하는 경로 상에 위치한다. 예컨대, 도시된 바와 같이, 커버 렌즈(4050)는 연결 부재(4040)에 의해 발광 소자(4010)로부터 이격되어 배치될 수 있고, 발광 소자(4010)로부터 방출된 광을 제공하고자하는 방향에 배치될 수 있다. 커버 렌즈(4050)에 의해 헤드 램프로부터 외부로 방출되는 광의 지향각 및/또는 색상이 조절될 수 있다. 한편, 연결 부재(4040)는 커버 렌즈(4050)를 기판(4020)과 고정시킴과 아울러, 발광 소자(4010)를 둘러싸도록 배치되어 발광 경로(4045)를 제공하는 광 가이드 역할을 할 수도 있다. 이때, 연결 부재(4040)는 광 반사성 물질로 형성되거나, 광 반사성 물질로 코팅될 수 있다. 한편, 방열부(4030)는 방열핀(4031) 및/또는 방열팬(4033)을 포함할 수 있고, 발광 소자(4010) 구동 시 발생하는 열을 외부로 방출시킨다.
이와 같이, 본 발명의 실시예들에 따른 발광 소자는 본 실시예와 같은 헤드 램프, 특히, 차량용 헤드 램프에 적용될 수 있다.
이상에서, 본 발명의 다양한 실시예들에 대해 설명하였으나, 본 발명은 이들 실시예들에 한정되는 것은 아니다. 또한, 하나의 실시예에 대해서 설명한 사항이나 구성요소는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한, 다른 실시예에도 적용될 수 있다.
Claims (18)
- 기판;
상기 기판 상에 서로 이웃하여 배치되고, 각각 n형 반도체층, p형 반도체층, 상기 n형 반도체층과 상기 p형 반도체층 사이에 배치된 활성층을 포함하는 제1 발광셀 및 제2 발광셀;
상기 제1 발광셀 및 제2 발광셀의 p형 반도체층들 상에 각각 배치되어 상기 p형 반도체층에 콘택하는 반사 구조체;
상기 제1 발광셀의 n형 반도체층에 오믹 콘택하는 제1 콘택층;
상기 제2 발광셀의 n형 반도체층에 오믹 콘택함과 아울러 상기 제1 발광셀의 반사 구조체에 접속하는 제2 콘택층;
상기 제1 발광셀 상부에 배치되며 상기 제1 콘택층에 전기적으로 접속된 n 전극 패드; 및
상기 제2 발광셀 상부에 배치되며 상기 제2 발광셀 상의 반사 구조체에 전기적으로 접속된 p 전극 패드를 포함하고,
상기 제1 발광셀 및 제2 발광셀은 상기 기판을 노출시키는 분리 영역에 의해 서로 분리되고,
상기 제1 발광셀 및 제2 발광셀의 n형 반도체층들은 서로 마주보는 내측면 및 외부에 노출된 외측면들을 포함하되, 상기 적어도 하나의 외측면은 상기 내측면보다 급격하게 경사지고,
상기 제1 발광셀 및 제2 발광셀은 각각 상기 n형 반도체층의 일부 영역 상에 배치되고 상기 활성층과 상기 p형 반도체층을 포함하는 메사를 포함하고,
상기 제1 콘택층 및 제2 콘택층은 각각 상기 메사들의 둘레를 따라 상기 n형 반도체층의 외측면들과 상기 메사 사이의 영역에서 상기 n형 반도체층에 콘택하며,
상기 메사들은 각각 상기 p형 반도체층 및 활성층을 관통하여 상기 n형 반도체층을 노출시키는 관통홀을 갖고,
상기 제1 콘택층 및 제2 콘택층 각각은 또한 상기 메사의 관통홀을 통해 상기 n형 반도체층에 콘택하는 발광 다이오드. - 청구항 1에 있어서,
상기 제1 및 제2 발광셀들의 n형 반도체층들은 각각 하나의 내측면 및 3개의 외측면들을 포함하고,
상기 3개의 외측면들은 상기 하나의 내측면보다 급격하게 경사진 발광 다이오드. - 청구항 2에 있어서,
상기 제1 및 제2 발광셀들의 n형 반도체층들 각각의 3개의 외측면들은 상기 기판의 측면들과 나란한 발광 다이오드. - 삭제
- 삭제
- 청구항 1에 있어서,
상기 관통홀들은 기다란 형상을 가지며 동일 선을 따라 배치된 발광 다이오드. - 청구항 6에 있어서,
상기 관통홀들은 각각 상기 메사의 중앙을 지나는 발광 다이오드. - 청구항 1에 있어서,
상기 메사들 및 상기 반사 구조체들을 덮고 상기 메사들과 상기 제1 및 제2 콘택층들 사이에 배치된 하부 절연층을 더 포함하되,
상기 하부 절연층은 상기 제1 발광셀 상의 반사 구조체를 노출시키는 홀을 가지고,
상기 제2 콘택층은 상기 홀을 통해 상기 제1 발광셀 상의 반사 구조체에 접속된 발광 다이오드. - 청구항 8에 있어서,
상기 제2 콘택층은 상기 분리 영역 상부를 거쳐 상기 제2 발광셀로부터 상기 제1 발광셀로 연장하되, 상기 분리 영역 상부에 위치하는 상기 제2 콘택층은 상기 메사들의 폭 내에 한정되어 배치된 발광 다이오드. - 청구항 9에 있어서,
상기 제1 콘택층의 일부는 상기 제1 발광셀 상의 반사 구조체와 중첩하고,
상기 제2 콘택층의 일부는 상기 제2 발광셀 상의 반사 구조체와 중첩하는 발광 다이오드. - 청구항 10에 있어서,
상기 제1 및 제2 콘택층들은 반사 금속층을 포함하는 발광 다이오드. - 청구항 8에 있어서,
상기 하부 절연층은 분포 브래그 반사기를 포함하는 발광 다이오드. - 청구항 8에 있어서,
상기 하부 절연층의 홀은 상기 분리 영역을 따라 기다란 형상을 갖는 발광 다이오드. - 청구항 1에 있어서,
상기 제1 콘택층 및 상기 제2 콘택층과 상기 n 전극 패드 및 p 전극 패드 사이에 배치된 상부 절연층을 더 포함하되,
상기 상부 절연층은 상기 제1 콘택층을 노출시키는 제1 비아홀 및 상기 제2 발광셀 상의 반사 구조체를 노출시키는 제2 비아홀을 갖고,
상기 n 전극 패드는 상기 제1 비아홀을 통해 상기 제1 콘택층에 접속되고, 상기 p 전극 패드는 상기 제2 비아홀을 통해 상기 반사 구조체에 접속된 발광 다이오드. - 청구항 14에 있어서,
상기 제1 발광셀 및 제2 발광셀은 각각 상기 n형 반도체층의 일부 영역 상에 배치되고 상기 활성층과 상기 p형 반도체층을 포함하는 메사를 포함하고,
상기 제1 콘택층 및 제2 콘택층은 각각 상기 메사들의 둘레를 따라 상기 n형 반도체층의 외측면들과 상기 메사 사이의 영역에서 상기 n형 반도체층에 콘택하고,
상기 상부 절연층은 상기 n형 반도체층의 외측면들과 상기 메사 사이에 위치하는 상기 제1 및 제2 콘택층들을 덮으며, 상기 n형 반도체층의 외측면들과 상기 제1 및 제2 콘택층 사이에서 상기 n형 반도체층에 접하는 발광 다이오드. - 청구항 1 내지 청구항 3, 및 청구항 6 내지 청구항 15 중 어느 한 항의 발광 다이오드; 및
상기 발광 다이오드의 기판 및 측면들을 덮되, 상기 n 전극 패드 및 p 전극 패드를 노출시키는 파장변환층을 포함하는 발광 소자. - 청구항 16에 있어서,
상기 발광 다이오드의 양 측면들 상에 각각 배치된 반사 측벽을 더 포함하되, 상기 발광 다이오드의 측면을 덮는 파장변환층은 상기 측벽과 상기 발광 다이오드 사이에 개재된 발광 소자. - 청구항 17에 있어서,
상기 반사 측벽들은 상기 발광 다이오드의 기다란 측면들 상에 배치된 발광 소자.
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