KR20050027910A - 확장된 활성 발광 영역을 지닌 발광 장치 - Google Patents

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KR20050027910A
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린밍더
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Abstract

발광 장치가 제공된다. 상기 장치는 확장된 활성 발광 영역을 구비하고, 차례로 상부면 상에 제1 물질 층 및 제2 물질 층이 제공되는 LED 기판과 상기 제1 물질 층 및 상기 제2 물질 층 사이에서 자연스럽게 형성된 PN 접합을 주로 포함한다. 더욱이, 상기 제1 물질 층의 일부분 및 상기 제2 물질 층을 통과하여 지나가도록 허용된 제1 확장된 트렌치가 제공되고, 제1 확장된 전극은 상기 제1 확장된 트렌치 내부에로 배치된다. 상기 제2 물질 층 상부면의 일부분 상에 배치된 상기 제1 전극 및 상기 제1 확장된 전극 사이에서 전기적인 접속이 이루어져, 상기 제1 전극은 상기 제2 물질 상부면의 다른 부분에 동등하게 배치된 제2 전극과 거의 동일한 수평 레벨에 위치할 수 있다. 그러므로 종래의 발광 장치에서 요구된 제1 전극의 형성을 위한 제2 물질 층 중 제거된 부분이 필요하지 않다는 사실로 인하여, 이하의 제조 공정 프로세스를 용이하게 할 뿐만 아니라 PN 접합의 활성 발광 영역을 확장하는 것이 가능하다. 이로써 효과적으로 개선된 휘도 및 연장된 서비스 수명이 달성된다.

Description

확장된 활성 발광 영역을 지닌 발광 장치{LIGHT-EMITTING DEVICE WITH ENLARGED ACTIVE LIGHT-EMITTING REGION}
본 발명은 발광 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 효과적으로 휘도(밝기)를 높이고 서비스 수명을 연장하기 위한 확장된 활성 발광 영역을 지닌 발광 장치에 관한 것이다.
발광 다이오드(LED)는 긴 서비스 수명, 작은 부피, 적은 발열, 적은 전력 소모, 높은 응답 속도, 비방사, 및 단색광을 포함하는 특징 및 장점으로 인하여 표시등, 광고 패널, 교통 신호등, 차량 램프, 디스플레이 패널, 통신 기기, 소비자 전자 장치 등과 같은 다양한 제품에서 광범위하게 이용되고 있다.
따라서, 도 1a 및 도 1b에 도시된 평면 발광 다이오드와 같은 종래의 발광 장치에 대해서, 발광 장치(10)는 주로 제1 물질 층(131) 및 차례로 그 위의 제2 물질 층(135)으로 형성된 LED 기판(11)을 포함한다. 제1 물질 층(131) 및 제2 물질 층(135)을 결합하여 에피택시얼 층(epitaxial layer)(13)을 형성하고, 이러한 두 층 사이에서 휘도 효과를 지닌 PN 접합(133)을 자연스럽게 형성할 수 있다. 단면 길이가 적어도 H1인 제2 물질 층의 일부분(136) 및 PN 접합의 일부분(137)이 제거되어야 하고(나머지 활성 영역의 길이는 H2), 이로 인하여 제1 물질 층(131)의 상부면 일부분이 노출될 수 있고, 그러므로 제1 전극(17)이 노출된 제1 물질 층(131) 면의 일부분 상에 단단하게(securely) 제공되어, 동작 전류가 성공적으로 PN 접합(133)을 통과하여 지나가는 것을 용이하게 한다. 또한 동작 전류의 균일 분포를 얻기 위하여 투과 접촉 층(transparent contact layer, TCL)(19)이 나머지 제2 물질 층(135)의 상부면 상에서 제공될 수 있다. 결과적으로 제2 전극(15)은 투과 접촉 층(19)의 상부면 상에서 단단하게 제공될 수 있고, 그 후 PN 접합(133)을 통과하여 지나가는 전기 전도성 라인이 제1 전극(17) 및 제2 전극(15) 사이에서 형성될 수 있으며, 이로써 전면 투사 광원(front projection light source)(L1)이 발생된다.
전면 투사 광원(L1)은 종래의 평면 발광 장치(10) 내의 PN 접합(133)으로부터 발생될 수 있으나, 여전히 아래와 같은 불리한 점들이 있다.
1. PN 접합(133)으로부터 발생된 전면 투사 광원(L1)이 부분적으로 제2 전극(15)에 의하여 차단되고 흡수될 수 있다는 사실로 인하여 발광 장치(10)의 출력 광속 및 휘도가 감소된다.
2. PN 접합의 일부분(137)이 제1 전극(17)을 수용하기 위하여 제거되어야 하기 때문에, 활성 발광 영역(H1)의 일부분의 손실로 인하여 휘도가 감소된다.
3. 제2 물질 층(135)의 일부분이 제1 전극(17)을 수용하기 위하여 제거되어야 하고, 따라서 제1 전극(17) 및 제2 전극(15)은 동일 수평 레벨에 위치하지 않게 된다는 사실로 인하여, 따르는 제조 공정에 있어서의 어려움이 증가된다.
4. PN 접합의 일부분(137)이 제거되어 활성 발광 영역이 좁아지기 때문에 이에 대응하는 일정 영역 내에 높은 동작 온도 집중으로 인하여, 장치의 서비스 수명을 단축시키고 고 전력에 부적합한 발광 장치가 발생할 수도 있다.
이러한 이유로 인하여, 업계에 의해 개발된 도 2에서 도시되고 있는 다른 종래의 발광 장치는 플립 칩(flip chip) 발광 다이오드이다. 플립 칩 발광 다이오드(20)의 제조 공정에 있어서 주된 것은 상술한 평면 발광 장치(10)를 거꾸로 하는 것이다. 그 후 제1 전극(17) 및 제2 전극(150)은 전기적으로 제1 전기 전도성 라인(297) 및 제2 전기 전도성 라인(295)에 연결되며, 이들은 각각 제1 전기 전도성 범프(예를 들면 주석구(tin ball))(279) 및 제2 전기 전도성 범프(259)에 의하여 기판(29) 상에 배치되어 있다. 그러므로 전기 전도성 있는 통로가 제1 전기 전도성 라인(297), 제1 전기 전도성 범프(279), 제1 전극(17), 및 제2 전극(150), 제2 전기 전도성 범프(259), 제2 전기 전도성 라이(295)에 의하여 형성되어 PN 접합(133)을 위한 동작 전류를 제공하는 한편, PN 접합(133)으로부터 발생된 후면 투사 광원(L2)은 제2 전극(150)에 의하여 차단되고 흡수됨 없이 순수히 LED 기판을 통해서만 투사될 수 있다. 이로써 향상된 광 출력속(light-outputting flux) 및 휘도를 얻을 수 있다.
또한 PN 접합(133)으로부터 발생된 전면 투사 광원(L1)은 광 반사 물질 및 전기 전도성 물질로 선택적으로 이루어진 제2 전극(150), 또는 에피택시얼 층(13) 및 제2 전극(150) 사이에 배치된 광 반사 층(155)으로 인하여, 정확한 광 출력 위치를 향해 반사하여 진행되어 반사 광원(L4)이 된다.
종래의 플립 칩 발광 다이오드로부터 더 좋은 광 수율(luminous yield)을 얻을 수 있지만, 여전히 다음과 같은 구조적인 결함들이 있다.
1. PN 접합의 일부분(137)이 제1 전극(17)을 수용하기 위하여 여전히 제거되어야 하므로, 활성 발광 영역의 일부분이 소실되고 휘도가 감소된다.
2. 제2 물질 층의 일부분(136)이 제1 전극(17)을 수용하기 위하여 여전히 제거되어야 하고, 따라서 제1 전극(17) 및 제2 전극(150)은 동일 수평 레벨에 위치하지 않게 된다는 사실로 인하여, 따르는 제조 공정에 있어서의 어려움이 증가된다.
3. PN 접합의 일부분(137)이 제거되어 활성 발광 영역이 좁아지기 때문에 일정 영역 내에 높은 동작 온도 집중으로 인하여, 장치의 서비스 수명을 단축시키고 고 전력에 부적합한 발광 장치가 발생할 수도 있다.
4. 제1 전극(17) 및 제2 전극(15)이 동일 수평 레벨에 위치하지 않고 이에 대응하여 제1 전기 전도성 범프(279) 및 제2 전기 전도성 범프(259)의 부피 또한 서로 다르기 때문에, 제조 공정에 있어서의 문제가 발생된다.
5. 플립 칩 발광 장치의 제조 공정에서 필요한 구(ball) 배치 장치 및 주석구 정렬 기술을 위하여 더 고도의 기술 레벨과 상당히 증가된 제조 비용이 요구될 수도 있다.
따라서 본 발명의 주안점은 동작 전류를 효과적으로 균일하게 분포시킴으로써 광 수율 및 휘도를 향상시키고, 제1 전극 및 제2 전극이 동일 수평 레벨에 자연스럽게 위치하게 함으로써 따르는 제조 공정을 용이하게 하는 신규한 발광 장치를 제공하는 것이다.
제1 목적은 확장된 활성 발광 영역을 지닌 발광 장치를 제공하여 상기한 종래의 발광 장치가 직면한 기술적 문제들을 방지하도록 하는 것이다.
본 발명의 제2 목적은 확장된 활성 발광 영역을 지닌 발광 장치를 제공하여 제2 물질 층 및 PN 접합으로부터 제거되는 영역을 상당한 정도로 감소시켜 활성 발광 영역 및 광속을 효과적으로 증가시키는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 확장된 활성 발광 영역을 지닌 발광 장치를 제공하여 제1 전극 및 제2 전극을 동일 수평 레벨에 위치시킴으로써 따르는 제조 공정 프로세스를 용이하게 하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 확장된 활성 발광 영역을 지닌 발광 장치를 제공하여 활성 발광 영역을 더 넓힘으로써 발광 장치의 서비스 수명을 효과적으로 연장하고 고 전력 발광 장치에 적합하게 하는 것이다.
그러므로 상기 언급된 목적을 이루기 위하여, 본 발명의 하나의 바람직한 실시예에 따른 주요 구조는 확장된 활성 발광 영역을 지닌 발광 장치를 포함하며, 그 주요 구조는 LED 기판; LED 기판의 상부면 상에서 형성되는 제1 물질 층 및 이 후 제1 물질 층의 상부면 상에 형성되는 제2 물질 층, 제1 물질 층 및 제2 물질 층 사이에서 자연스럽게 형성되는 PN 접합을 포함하는 에피택시얼 층; 제2 물질 층을 통과하여 지나가고 제1 물질 층으로 확장하도록 허용된 적어도 하나의 제1 확장된 트렌치(트렌치 분리 층 및 제1 확장된 전극은 제1 확장된 트렌치 내부로 차례로 제공되고, 제1 확장된 전극 및 제2 물질 층은 트렌치 분리 층에 의하여 전기적으로 분리됨); 제2 물질 층의 상부면의 한 부분 상에 단단하게 제공되는 한편 표면 분리 층에 의하여 제2 물질 층과 분리되며, 제1 확장된 전극에 전기적으로 연결되는 제1 전극; 제2 물질 층의 상부면의 나머지 다른 부분 상에서 단단하게 제공되는 제2 전극을 포함한다.
상세한 설명과 함께 바람직한 실시예를 참조하여, 본 발명의 구조적인 특징 및 효과를 더 잘 이해할 수 있을 것이다.
우선 도 3a 및 3b를 참조하면 본 발명의 하나의 바람직한 실시예에 따른 단면 및 상부 구조도가 각각 도시된다. 이 도면에서 도시되는 바와 같이 본 발명의 발광 장치(LED)(30)는 주로 제1 물질 층(331) 및 제2 물질 층(335)으로 차례로 구성된 에피택시얼 층(33)과 함께 그 위에 형성된 LED 기판(31)을 포함한다. 제1 물질 층(331)은 LED 기판(31)의 상부면 상에서 형성되고 그 후 PN 접합 또는 발광 영역이 제1 물질(331) 및 제2 물질(335) 사이에서 자연스럽게 형성되는 방식으로 제1 물질 층(331) 상에 제2 물질 층(335)을 형성하게 된다. 따라서 평면 발광 다이오드가 완성된다. 제2 물질 층(335) 내의 적절한 위치에서 적어도 하나의 제1 확장된 트렌치(371)가 파져서, 전체 제2 물질 층(335) 및 제1 물질 층(331)의 일부분을 관통하게 된다. 더욱이 특징을 이루는 절연체 각각인 트렌치 분리 층(377) 및 표면 분리 층(375)이 제1 확장된 트렌치(371)의 내부면 및 제1 전극(37)의 소정의 위치 각각 상에서 제공된다. 트렌치 분리 층(377)과 함께 전기 전도성 특징을 지닌 제1 확장된 전극(375)이 더 제공된다. 제1 확장된 전극(375)은 표면 분리 층(379)의 상부면에서 제공되는 제1 전극(37)에 전기적으로 연결되도록 허용되는 한편, 제1 전극(37)의 일부분은 표면 분리 층(379)의 수직 확장 방향으로 위치하고 있다. 또한 균일하게 분포된 동작 전류를 위하여 옴 접촉 층 또는 투과 접촉 층(TCL)(39)은 나머지 제2 물질 층(135)의 상부면 상에 제공되고 제2 전극(35)은 결과적으로 투과 접촉 층(39)의 상부면 상에 제공된다.
본 발명에 있어서, 종래의 구조에서 제2 물질 층 및 PN 접합의 많은 영역을 파내거나 제거하는 대신에 제1 확장된 트렌치(371) 및 제1 확장된 전극(375)을 이용하여 제1 전극(37)의 전기 전도성 라인을 제1 물질 층(331)까지 확장하여, 제1 전극(37)이 제2 물질 층(335)의 상부면의 일부분으로부터 수직으로 확장한 방향으로 배치되도록 한다. 그러므로 종래의 제1 전극(17) 및 제2 전극(15)에 관한 평탄하지 않은 관계와는 달리, 제1 전극(37) 및 제2 전극(35)에 대하여 서로 유사하거나 동등한 수평 위치가 개별적으로 주어지고, 이는 수반하는 제조 공정 프로세스에 대하여 이로울 수 있다.
또한 도 4a 및 4b를 참조하면 본 발명의 다른 실시예에 따른 단면 및 상부 구조도가 도시된다. 이 도면들에서 도시되는 바와 같이 그 주요한 구조는 상기 언급된 실시예의 전면 광원을 정확한 광 출력 위치로 향하게 하는 데 있다. 이에 따라 제1 전극(370) 및 제2 전극(350)은 제2 물질 층(335)의 전체 상부면을 넓은 영역으로 덮도록 허용되고, 각각 전기 전도성 및 광 반사 물질로부터 구성된다. 이 경우에 있어서 표면 분리 층(379)은 제1 전극(370) 및 제2 물질 층(335) 사이에서 형성되는 반면, 제1 전극(370) 및 제1 물질 층(331) 사이에서는 제1 확장된 전극(375)에 의하여 전기적인 접속이 형성된다. 또한 제1 확장된 전극(375), 제1 확장된 트렌치(371), 및 트렌치 분리 층(377)은 직선 및 원 등과 같은 다양한 기하학적 형태로 표면 분리 층(379) 전체에 걸쳐 개별 위치에서 분포될 수 있으며, 이로써 휘도 향상, 서비스 수명 연장, 및 균일하게 분포된 동작 전류로부터 기인한 고 전력 발광 장치에 대한 적용이라는 목적을 효과적으로 달성할 수 있다.
또한 PN 접합으로부터 발생된 전면 광원은 제1 전극(370) 또는 제2 전극(350)에 의하여 반사되어 반사 광원(L4)을 형성하고 그 후 제1 전극(370) 및 제2 전극(350)에 고유한 광 반사 효과로 인하여 정확하게 광 출력 방향으로 향하게 된다. 더욱이 PN 접합의 활성 영역을 더 확장하기 위하여 제2 물질 층(335)의 상부면이 투과 접촉 층(TCL) 또는 옴 접촉 층(355)과 함께 더 제공되어, 활성 전류가 제1 전극(370)으로부터 수직으로 확장하는 방향으로 위치한 PN 접합을 통과하여 지나가는 것을 용이하게 하고 후면 광(L3)을 발생시킨다. 옴 접촉 층(355)은 물론 광 반사 물질로 이루어지거나 광 반사 층 자체이며, 균일하게 PN 접합으로부터 발생된 전면 광원을 반사하여 반사 광원(L4)이 되게 한다.
한편 도 5a 및 5b를 참조하면 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 단면 및 상부 구조도가 도시된다. 이 도면들에서 도시된 바와 같이 본질적으로 제2 물질 층(335)의 상부면의 대부분은 도 3a에 도시된 실시예의 전체 제2 전극(352)으로 덮혀 있는 반면, 그 나머지 부분은 표면 분리 층(379)이 제공된다. 표면 분리 층(379)에 의하여 제공된 활성 영역 내에, 제1 확장된 트렌치(371), 트렌치 분리 층(377), 및 제1 확장된 전극(375)이 동등하게 제공된다. 이로써 PN 접합으로부터 발생된 전면 광원은 제2 전극(352)에 의하여 반사되어 직접 정확한 광 출력 방향으로 향하게 되고 따라서 반사 광원(L4)이 얻어진다.
또한 도 6을 참조하면 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 단면 구조도가 도시된다. 상기 실시예에 있어서, 상기 도면에서 도시된 바와 같이, 제1 전극(370)이 제1 전기 전도성 범프(479)를 통하여 기판(49) 상에 배치된 제1 전기 전도성 라인(497)에 전기적으로 연결되는 한편, 제2 전극(350)은 제2 전기 전도성 범프(459)를 통하여 기판(49) 상에 배치된 제2 전기 전도성 라인(495)에 연결될 수 있는 방식으로 앞에서 언급한 실시예의 발광 장치(40)를 거꾸로 하는 것이 필수적이다. 이로써 플립 칩 발광 다이오드를 형성할 수 있다.
제1 전기 전도성 범프(479) 및 제2 전기 전도성 범프(459)는 물론 납과 주석의 합금 물질(solder material), 주석구(tin ball), 금속 함유 물질, 또는 임의의 전기 전도성 물질로 이루어질 수 있고, 이들은 전기 전도성을 특징으로 할 수 있다. 더욱이 기판(49)은 세라믹, 유리, AlN, SiC, Al2O3, 에폭시(epoxy), 요소 수지(urea resin), 플라스틱, 다이아몬드, BeO, BN, 회로판, 인쇄 회로판, PC 보드, 및 금속 함유 화합물로 구성된 그룹으로부터 선택된 물질로 이루어진다.
수반하는 프로세스를 위하여 요구되는 제1 전기 전도성 범프(479) 및 제2 전기 전도성 범프(459)는 본 발명의 발광 장치(50)의 제1 전극(370) 및 제2 전극(350)으로 채워진 유사하거나 동등한 수평 위치로 인하여 동일한 부피를 가질 수 있다. 이러한 경우 제1 전기 전도성 범프(479) 및 제2 전기 전도성 범프(459)에 의하여 제공되는 양 측에서 작용하는 힘은 각각 발광 장치(50)를 바이어스함 없이 동등한 상태 하에 있게 된다는 사실로 인하여 제조 공정을 용이하게 하고 구성 요소의 동작 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 이로써 상대적으로 향상된 구성 요소의 동작 신뢰성을 이룰 수 있다.
또한 과도한 활성 영역은 발광 장치(50)의 PN 접합(333)의 발광 영역에 의하여 전혀 제거되지 않는다는 사실로 인하여, 종래의 플립 칩 발광 다이오드 구조에서의 보통의 후면 투사 광원(L2) 및 반사 광원(L4) 이외에 후면 투사 광원(L3)이 부가될 수도 있다. 이로써 확장된 활성 발광 영역으로 인하여, 일정 영역에서, 증가된 휘도와, 동작 전류 및 동작 온도의 상대적으로 감소된 전류 밀도를 달성할 수 있고, 또한 발광 장치 서비스 수명을 효과적으로 연장할 수 있다.
다음으로 도 7a 및 7b를 참조하면 본 발명의 다른 실시예에 따른 단면 및 상부 구조도가 도시된다. 상기 실시예에 있어서 상기 도면에서 도시된 바와 같이, 제1 전극(57)에 인접한 소정의 위치에 있는 발광 장치(60)의 제2 물질 층(335) 상에서 파내어지고, 제2 물질 층(335) 및 제1 물질 층(331)의 일부분을 관통하도록 허용된 분리 트렌치(576)가 주를 이룬다. 또한 분리 효과를 향상시킬 수 있는 분리 층(577)이 선택적으로 앞에서 언급한 실시예의 트렌치 분리 층(377) 또는 표면 분리 층(379) 대신에 분리 트렌치(576) 내부로 제공될 수 있다. 다시 제1 확장된 트렌치(571) 및 제1 확장된 전극(575)이 분리 트렌치(576)의 한 쪽에서 제공될 수 있는 한편, 제1 확장된 전극(575)은 제2 물질 층(335)의 표면의 일부분 상에 배치된 제1 전극(57)에 전기적으로 연결될 수도 있다.
상기 실시예에 있어서 투과 접촉 층(TCL) 또는 옴 접촉 층(39)이 제2 물질 층(335) 표면의 일부분 상에서 제공될 수 있고, 전극(35)은 또한 동작 전류의 균일한 분포를 위해 차례로 상기 투과 접촉 층(TCL) 또는 옴 접촉 층(39) 표면의 일부분 상에 단단하게 제공될 수 있다. 또한, 분리 트렌치(576)는 제2 물질 층(335)의 적당한 위치에 제공될 수 있고 분리 트렌치(576)의 측면을 따라 제1 전극(57)이 배치되어 있다. 이러한 제1 전극(57)의 일부분 상에서, 동작 전류가 더 균일하게 분포될 수 있는 방식으로, 제1 물질 층(331)의 일부분 및 제2 물질 층(335)을 통해 지나가도록 허용된 제3 확장된 전극(579) 및 적어도 하나의 제2 확장된 전극(578)이 넓게 제공될 수 있다. 상기 실시예에 있어서 분리 트렌치(576)는 주로 제1 전극(57) 및 제2 전극(35)을 분리하는 목적으로 이용되며, 이들 모두는 제2 물질 층(335)의 표면 일부분 상의 동일한 수평 레벨에 배치되어 이하의 제조 공정 프로세스에 유리할 수 있다.
제2 확장된 전극(578) 또는 제3 확장된 전극(579)은 물론 포인트(point), 바(bar), 원, 직사각형, 직선, 및 이들의 조합으로 구성된 그룹으로부터 선택된 형태로 제시될 수 있다. 상기 실시예에 있어서, 예를 들면 제2 확장된 전극(578)은 포인트로 제시되는 반면 제3 확장된 전극(579)은 측면을 전체적으로 뒤덮는 바 형태 모드로 제시된다.
또한, 도 8a 및 8b를 참조하면 본 발명의 또 다른실시예에 따른 단면 구조도 및 상부 구조도가 각각 도시되고 있다. 이러한 도면에서 도시되고 있는 바와 같이 상술한 실시예서 도시된 제1 전극(570) 및 제2 전극(350)에 의하여 제2 물질 층(335)의 상부면을 넓은 영역으로 덮는 것이 필수적이며, 전기적인 접속은 제1 확장된 전극(575)에 의하여 제1 전극(570) 및 제1 물질 층(331) 사이에서 형성된다. 또한, 제1 확장된 전극(575), 제2 확장된 전극(578), 및 제3 확장된 전극(579)은 직선 또는 원과 같은 다양한 기하학적 모드로 제2 물질 층(335)의 한쪽 면에 분포되고 전기적으로 제1 전극(570)에 연결된다.
물론, 제1 전극(570) 및 제2 전극(350), 또는 제2 물질 층(335) 및 제2 전극(350) 사이에 배치된 광 반사 층, 옴 접촉 층 또는 투과 접촉 층(355)에 의하여 제공되는 광 반사 효과는 PN 접합으로부터 생성된 전면 광원을 반사하기 위해 동등하게 이용되어 반사 광원 L4를 형성하며, 이로써 휘도를 개선할 수 있는 장점이 있다.
또한, 도 9a 및 9b를 참조하면 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 단면 구조도 및 상부 구조도 각각이 도시된다. 이러한 도면에서 도시되고 있는 바와 같이 이러한 실시예에 있어서 본 발명의 범위는 주로 3성분(AlGaAs) 또는 4성분(AlGaInP) 발광 장치에 적용된다. GaAs 기판과 같은 반도체 기판(89) 상에서, 3성분 및 4성분 화합물로 구성된 그룹으로부터 선택된 것으로 이루어진 에피택시얼 층(83)이 성장한다. 또한, 제2 물질 층(835)의 상부면 상에서, GaP 기판, 유리, 사파이어, SiC, GaAsP, ZnSe, ZnS, ZnSSe 및 석영과 같은 투과 기판(81)과 함께 형성된다. 한편 투사 광원을 흡수하도록 불투명 GaAs 기판(89)이 제거될 수도 있다.
다음으로 제1 물질 층(831)의 표면에서 제1 물질 층(831) 및 제2 물질 층(835)의 일부분을 지나가도록 제1 분리 트렌치(571) 및 분리 트렌치(576)가 파져 있다. 분리 트렌치(576) 내부로 분리 층(577)이 바람직하게 선택적으로 제공된다; 반면에 제1 분리 트렌치(571) 내부로 제1 확장된 전극(575)이 제공되어 제1 물질 층(831) 표면의 일부분 상에 배치된 제1 전극(570)에 전기적으로 연결될 수 있다. 제1 물질 층(831) 표면의 다른 부분 상에 배치된 제2 전극(350)은 분리 트렌치(576)에 의해 제1 전극(570)에서 분리될 수 있는 반면, 전기 전도성 경로가 이러한 두 전극 사이에 형성될 수도 있다.
다음으로 도 10a 및 10b를 참조하면 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 단면 구조도 및 상부 구조도가 각각 도시된다. 이러한 도면에 도시된 바와 같이 이러한 실시예에 있어서, 먼저 제1 물질 층(331)의 일부분 및 제2 물질 층(335)을 지나가도록 제3 확장된 트렌치(또는 제1 확장된 트렌치로 언급됨)(671)가 발광 장치(90) 주변에 파져 있을 수 있다. 더욱이 전기 전도성 또는 광 반사 효과를 지닌 발광 층(77), 투과 접촉 층, 또는 옴 접촉 층이 제2 물질 층(335)의 상부면 상에 배치되고, 그 후 분리 층(677)은 발광 층(77) 및 제2 물질 층(355) 주변 상에 제공된다. 제2 확장된 트렌치(651)는 분리 층(677)의 적절한 위치에 파져서, 제2 전극(65)이 직접적으로 또는 광 반사 층(77)을 통하여 제2 물질 층(335)에 전기적으로 연결되도록 한다. 제1 주변 전극(perimeter electrode)(674)은 제1 전극(67)에 전기적으로 연결되도록 분리 층(677)에 의해 제2 전극에서 분리되어 제2 물질 층(335) 주변에 배치된다. 이에 따라 동작 전류를 균일하게 분포시키고, 활성 발광 영역을 확장시키고, 제1 전극(67) 및 제2 전극(65)을 동일 수평 레벨에 위치시키려는 목적은 달성될 수 있다.
물론, 제2 물질 층(335)의 주변 상에서 적어도 하나의 포인트 형태의 제4 확장된 전극(678)을 또한 이용하여 고리 형태의 환상(annular) 제1 주변 전극(674)을 대체할 수 있다. 각각의 제4 확장된 전극(678) 및 제1 전극(67) 사이의 전기적인 접속을 위하여 표면 전극(surface electrode)(676)이 요구된다.
마지막으로 도 11을 참조하면 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 단면 구조도가 도시된다. 이러한 도면에서 도시된 바와 같이 이러한 실시예에 있어서, 상술한 발광 장치(40)(도 4a에 도시됨)를 기판(91) 내부로 파여진 수용 트렌치(accommodating trench)(917)로 넣고 투과 층(40) 또는 열 방산 층(heat-dissipating layer)(99)에 의해 이를 고정시키는 것이 필수적이다. 기판(91) 상에 배치된 제1 전기 전도성 라인(979) 및 발광 장치(40)의 전극(370) 사이의 전기적인 접속은 제1 전기 전도성 도선(977)에 의하여 이루어진다. 동일한 이유로 제2 전극(350)은 제2 전기 전도성 도선(957)에 의하여 기판(91)의 다른 측면에 배치된 제2 전기 전도성 라인(959)에 전기적으로 접속된다. 후면 투사 광원(L2, L3)은 제1 전기 전도성 라인(979), 제1 전기 전도성 도선(977), 제1 전극(370), 및 제2 전극(350), 제2 전기 전도성 도선(957), 제2 전기 전도성 라인(959)에서 비롯된 PN 접합의 효과에 의해 생성될 수 있는 반면, 반사 광원(L4)은 전면 투사 광원을 제1 전극(370), 제2 전극(350), 또는 광 반사 층을 통해 정확한 광 출력 방향으로 향하게 함으로써 형성된다. 그럼으로써 구 배치 장치 또는 주석 구 정렬 기술에 대한 필요 없이 종래의 제조 공정 프로세스에 의해 플립 칩 발광 다이오드의 광 수율과 동등한 광 수율을 달성할 수 있다. 그러므로 단순화된 제조 공정 프로세스 및 상당히 감소된 제조 비용을 이룰 수 있다.
또한, 기판(91)은 세라믹, 유리, AlN, SiC, Al2O3, 에폭시, 요소 수지, 플라스틱, 다이아몬드, BeO, BN, 회로판, 인쇄 회로판, PC 보드, 및 금속 함유 화합물로 구성된 그룹으로부터 선택된 것으로 이루어질 수 있고, 그 수용 트렌치(917)는 고리, 직사각형, 또는 테이퍼(taper) 모드로 설계될 수 있다. 더욱이 광 반사 층(915)은 휘도를 효과적으로 향상시키기 위하여 보통의 반사 광원(L2, L3, L4)을 제외한 반사 광원(L5)이 얻어질 수 있는 방식으로 수용 트렌치(917) 주변 상에서 제공될 수 있다.
또한, 투과 층(94) 내에서 색 변형 층(color transformation layer)(945)이 제공되며, 상기 색 변형 층은 형광 물질, 인광 물질, 및 이들의 조합으로 구성되는 그룹으로부터 선택된 것으로 이루어지고 반사 색 광의 파장 및 색을 변화시키기 위하여 이용된다.
또한, 발광 장치(40)가 동작할 때 생성되는 높은 동작 온도는 열 방산 층(99)을 통하여 발광 장치(40)의 외부로 전도될 수 있으며, 상기 열 방산 장치(99)는 열 방산 기능을 특징으로 하고 PN 접합의 주변을 덮으며 결과적으로 고전력 발광 장치에 적합하게 한다.
요약하면 본 발명은 발광 장치, 보다 구체적으로 휘도를 효과적으로 향상시키고 서비스 수명을 연장시키는 확장된 활성 발광 영역을 지닌 발광 장치에 관한 것임을 알 수 있다.
상술한 명세서는 단지 본 발명의 일실시예일 분이며, 이에 제한되지 않는다. 본 발명의 범위를 벗어 나지 않은 채로, 첨부된 청구항에 따른 프로세스, 방법, 특징, 및 의도 내에서 모든 동등한 변화 및 변경이 이루어질 수 있다.
종래의 발광 장치에서 요구된 제1 전극의 형성을 위한 제2 물질 층의 제거된 부분이 필요하지 않다는 사실로 인하여, 제조 공정 프로세스를 용이하게 할 뿐만 아니라 PN 접합의 활성 발광 영역을 확장하는 것이 가능하며 이로써 효과적으로 개선된 휘도 및 연장된 서비스 수명이 달성될 수 있다.
도 1a는 종래의 평면 발광 장치의 단면 구조도.
도 1b는 종래의 평면 발광 장치의 상부 구조도.
도 2는 종래의 플립 칩 발광 장치의 단면 구조도.
도 3a는 본 발명의 한 바람직한 실시예에 따른 발광 장치의 단면 구조도.
도 3b는 도 3a에 도시된 본 발명의 실시예에 따른 상부 구조도.
도 4a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광 장치의 단면 구조도.
도 4b는 도 4a에 도시된 본 발명의 실시예에 따른 상부 구조도.
도 5a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 장치의 단면 구조도.
도 5b는 도 5a에 도시된 본 발명의 실시예에 따른 상부 구조도.
도 6은 플립 칩 발광 장치에 적용된 본 발명의 단면 구조도.
도 7a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 단면 구조도.
도 7b는 도 7a에 도시된 본 발명의 실시예에 따른 상부 구조도.
도 8a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 단면 구조도.
도 8b는 도 8a에 도시된 본 발명의 실시예에 따른 상부 구조도.
도 9a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 단면 구조도.
도 9b는 도 9a에 도시된 본 발명의 실시예에 따른 상부 구조도.
도 10a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 단면 구조도.
도 10b는 도 10a에 도시된 본 발명의 실시예에 따른 상부 구조도.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 상부 구조도.
10 발광 장치
11 LED 기판
13 에피택시얼 층
131 제1 물질 층
133 PN 접합
135 제2 물질 층
136 제거된 제2 물질 층
137 제거된 PN 접합
15 제2 전극
150 제2 전극
155 광 반사 층
17 제1 전극
19 투과 접촉 층
20 플립 칩 발광 장치
259 제2 전기 전도성 범프
279 제1 전기 전도성 범프
29 기판
295 제2 전기 전도성 층
297 제1 전기 전도성 층
30 발광 장치
31 LED 기판
33 에피택시얼 층
331 제1 물질 층
333 PN 접합
335 제2 물질 층
35 제2 전극
350 제2 전극
352 제2 전극
355 옴 접촉 층
37 제1 전극
370 제1 전극
371 제1 확장된 트렌치
375 제1 확장된 전극
377 트렌치 분리 층
379 표면 분리 층
40 플립 칩 발광 장치
459 제2 전기 전도성 범프
479 제1 전기 전도성 범프
49 기판
495 제2 전기 전도성 층
497 제1 전기 전도성 층
50 발광 장치
57 제1 전극
571 제1 확장된 트렌치
575 제1 확장된 전극
576 분리 트렌치
577 분리 층
578 제2 확장된 전극
579 제3 확장된 전극
60 발광 장치
65 제2 전극
651 제2 확장된 트렌치
67 제1 전극
671 제3 확장된 트렌치
674 제1 주변 전극
676 표면 전극
677 분리 층
678 제4 확장된 전극
70 발광 장치
77 광 반사 층
80 발광 장치
81 투과 기판
83 에피택시얼 층
831 제1 물질 층
835 제2 물질 층
89 GaAs 기판
91 기판
915 광 반사 층
917 수용 트렌치
945 색 변형 층
957 제2 전기 전도성 도선
959 제2 전기 전도성 라인
977 제1 전기 전도성 도선
979 제1 전기 전도성 라인
99 열 방산 층

Claims (41)

  1. 확장된 활성 발광 영역을 지닌 발광 장치로서,
    LED 기판과;
    제1 물질 층 및 제2 물질 층과 상기 제1 물질 층 및 상기 제2 물질 층 사이에 자연스럽게 포함된 발광 영역을 포함하는 에피택시얼 층과;
    상기 제2 물질 층을 지나가고 상기 제1 물질 층의 일부분 내로 확장하도록 허용된 적어도 하나의 제1 확장된 트렌치와;
    상기 제2 물질 층의 상부면 일부분 상에 단단하게(securely) 제공되고, 표면 분리 층에 의하여 상기 제2 물질 층과 분리되고 제1 확장된 전극에 전기적으로 연결된 제1 전극과;
    상기 제2 물질 층의 상부면의 나머지 다른 부분 상에 단단하게 제공된 제2 전극을 포함하고,
    상기 제1 물질 층은 상기 LED 기판의 상부면 상에 형성되고, 이 후 상기 제2 물질 층은 상기 제1 물질 층의 상부면 상에 형성되며,
    트렌치 분리 층 및 상기 제1 확장된 전극은 차례로 상기 제1 확장된 트렌치 내부로 제공되고, 상기 제1 확장된 전극 및 상기 제2 물질 층은 상기 트렌치 분리 층에 의해 전기적으로 분리되는 것인 발광 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전극 및 상기 제2 전극은 대략 수평 레벨에 위치하고 있는 것인 발광 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 확장된 전극은 상기 제1 전극으로부터 수직으로 확장하는 곳에 위치하고 있는 것인 발광 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2 전극 및 상기 제2 물질 층 사이에, 투과 접촉 층, 옴 접촉 층, 광 반사 층, 및 이들의 조합으로 구성된 그룹에서 선택된 것이 더 제공되는 것인 발광 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 표면 분리 층 및 상기 제2 물질 층 사이에, 투과 접촉 층, 옴 접촉 층, 광 반사 층, 및 이들의 조합으로 구성된 그룹에서 선택된 것이 더 제공되는 것인 발광 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    기판의 상부면 상에 제1 전기 전도성 층 및 제2 전기 전도성 층이 각각 제공되는 기판을 더 포함하고,
    상기 제1 전기 전도성 층은 제1 전기 전도성 범프에 의하여 상기 제1 전극에 전기적으로 접속되어 있고, 상기 제2 전기 전도성 층은 제2 전기 전도성 범프에 의하여 상기 제2 전극에 전기적으로 접속되어 있는 것인 발광 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 발광 장치는 플립 칩 발광 다이오드인 것인 발광 장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 기판은 세라믹, 유리, AlN, SiC, Al2O3, 에폭시, 요소 수지, 플라스틱, 다이아몬드, BeO, BN, 회로 기판, 인쇄된 회로 기판, PC 보드, 금속 함유 화합물, 및 이들의 조합으로 구성된 그룹으로부터 선택된 것으로 이루어지는 것인 발광 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 발광 장치는 평면 발광 다이오드인 것인 발광 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 LED 기판은 GaP 기판, 유리, 사파이어, SiC, GaAsP, ZnSe, ZnS, ZnSSe, 석영, 및 이들의 조합으로 구성된 그룹으로부터 선택되는 것인 발광 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 에피택시얼 층은 3성분 모드, 4성분 모드, 및 이들의 조합으로 구성된 그룹으로부터 선택된 모드로서 제공된 물질로 이루어지는 것인 발광 장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 발광 장치를 수용하기 위하여 파여진 수용 트렌치를 구비하는 기판을 더 포함하고,
    상기 제1 전극은 제1 전기 전도성 도선에 의하여 상기 기판 상에 배치된 제1 전기 전도성 라인에 전기적으로 접속되고, 상기 제2 전극은 제2 전기 전도성 도선에 의하여 상기 기판 상에 배치된 제2 전기 전도성 라인에 전기적으로 접속되는 것인 발광 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 수용 트렌치 내에서, 상기 발광 장치 주변에 투과 층이 더 제공되는 것인 발광 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 투과 층(94) 내에서, 형광 물질, 인광 물질, 및 이들의 조합으로 구성된 그룹으로부터 선택된 것으로 이루어진 색 변형 층(color transformation layer)이 더 제공되는 것인 발광 장치.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 수용 트렌치 내에서, 상기 발광 장치 주변에 열 방산 층(heat dissipating layer)이 더 제공되는 것인 발광 장치.
  16. 제12항에 있어서,
    상기 기판은 세라믹, 유리, AlN, SiC, Al2O3, 에폭시, 요소 수지, 플라스틱, 다이아몬드, BeO, BN, 회로 기판, 인쇄 회로 기판, PC 보드, 금속 함유 화합물, 및 이들의 조합으로 구성된 그룹으로부터 선택된 것으로 이루어지는 것인 발광 장치.
  17. 제12항에 있어서,
    상기 수용 트렌치는 테이퍼(taper), 원, 및 고리로 구성된 그룹으로부터 선택된 모드로서 제공되는 것인 발광 장치.
  18. 제12항에 있어서,
    광 반사 층은 상기 수용 트렌치의 내부 면 상에 더 제공되는 것인 발광 장치.
  19. 제1항에 있어서,
    상기 제1 확장된 트렌치는 상기 제1 전극의 주변에 제공되는 것인 발광 장치.
  20. 제19항에 있어서,
    적어도 하나의 제1 확장된 전극이 상기 제1 확장된 트렌치 내부에로 제공되고, 각각의 확장된 전극은 그 상부면 상에 배치된 표면 전극에 의하여 상기 제1 전극에 전기적으로 접속되는 것인 발광 장치.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 제1 확장된 전극은 포인트, 바, 고리, 원, 직사각형, 직선, 반고리, 및 이들의 조합으로 구성된 그룹으로부터 선택된 형태로서 제공되는 것인 발광 장치.
  22. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전극 및 제2 전극은 상기 제2 물질 층 상부면으로부터 수직으로 확장된 위치를 전체적으로 덮도록 허용되고, 각각 전기 전도성 물질 및 광 반사 물질로 이루어지는 것인 발광 장치.
  23. 제1항에 있어서,
    상기 제1 확장된 트렌치는 상기 제2 물질 층 주변에 제공되고 상기 제1 물질 층의 일부분을 통과하여 지나가도록 허용되며, 상기 트렌치 분리 층 및 상기 제1 확장된 전극은 상기 제1 확장된 트렌치 내부에로 차례로 제공되는 것인 발광 장치.
  24. 제23항에 있어서,
    상기 제1 확장된 전극은 주변 전극(perimeter electrode)인 것인 발광 장치.
  25. 제23항에 있어서,
    제2 확장된 트렌치는 상기 표면 분리 층에서 파여져 상기 제2 물질 층 상부면의 일부분을 노출시키고, 상기 제2 전극은 상기 제2 확장된 트렌치 내부 및 상기 제2 물질 층 상부면의 나머지 다른 부분 상에 고정되는 것인 발광 장치.
  26. 확장된 활성 발광 영역을 지닌 발광 장치로서, 상기 발광 장치의 주요 구조는,
    LED 기판과;
    제1 물질 층 및 제2 물질 층과 상기 제1 물질 층 및 상기 제2 물질 층 사이에 자연스럽게 포함된 발광 영역을 포함하는 에피택시얼 층과;
    상기 제2 물질 층 상부면의 일부분 상에 단단하게 제공된 제2 전극과;
    상기 제2 물질 층 상부면의 나머지 다른 부분 상에 단단하게 제공된 제1 전극과;
    상기 제1 전극의 적절한 위치에 제공되는 적어도 하나의 확장된 트렌치와;
    상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이에서 제공되고 상기 제1 물질 층의 일부분 및 상기 제2 물질 층을 통과하여 지나가도록 허용된 적어도 하나의 분리 트렌치를 포함하고,
    상기 제1 물질 층은 상기 LED 기판의 상부면 상에 형성되고, 이 후 상기 제2 물질 층은 상기 제1 물질 층의 상부면 상에 형성되며,
    상기 각 확장된 트렌치는 상기 제2 물질 층 및 상기 제1 물질 층의 일부를 통과하여 지나가고, 적어도 하나의 확장된 전극이 상기 확장된 트렌치 내부에서 제공되고 있는 상기 제1 전극에 전기적으로 접속되는 것인 발광 장치.
  27. 제26항에 있어서,
    상기 제1 전극 및 상기 제2 전극은 대략 수평 레벨 내에 위치하고 있는 것인 발광 장치.
  28. 제26항에 있어서,
    상기 제1 물질 층 및 상기 제1 전극 사이에서, 투과 접촉 층, 옴 접촉 층, 광 반사 층, 및 이들의 조합으로 구성된 그룹으로부터 선택된 것이 더 제공되는 것인 발광 장치.
  29. 제26항에 있어서,
    기판의 상부면 상에 제1 전기 전도성 층 및 제2 전기 전도성 층이 각각 제공되는 기판을 더 포함하고,
    상기 제1 전기 전도성 층은 제1 전기 전도성 범프에 의하여 상기 제1 전극에 전기적으로 접속되고, 상기 제2 전기 전도성 층은 제2 전기 전도성 범프에 의하여 상기 제2 전극에 전기적으로 접속되는 것인 발광 장치.
  30. 제29항에 있어서,
    상기 기판은 세라믹, 유리, AlN, SiC, Al2O3, 에폭시, 요소 수지, 플라스틱, 다이아몬드, BeO, BN, 회로 기판, 인쇄된 회로 기판, PC 보드, 금속 함유 화합물, 및 이들의 조합으로 구성된 그룹으로부터 선택된 것으로 이루어지는 것인 발광 장치.
  31. 제29항에 있어서,
    상기 발광 장치는 플립 칩 발광 다이오드인 것인 발광 장치.
  32. 제26항에 있어서,
    상기 발광 장치를 수용하기 위하여 내부에 파여진 수용 트렌치를 구비하는 기판을 더 포함하고,
    상기 제1 전극은 제1 전기 전도성 도선에 의하여 상기 기판 상에 배치된 제1 전기 전도성 라인에 전기적으로 접속되고, 상기 제2 전극은 제2 전기 전도성 도선에 의하여 상기 기판 상에 배치된 제2 전기 전도성 라인에 전기적으로 접속되는 것인 발광 장치.
  33. 제26항에 있어서,
    상기 확장된 트렌치는 포인트, 바, 고리, 원, 직사각형, 직선, 반고리, 및 이들의 조합으로부터 선택된 형태로서 제공되는 것인 발광 장치.
  34. 제26항에 있어서,
    분리 층은 상기 분리 트렌치 내부에로 더 제공되는 것인 발광 장치.
  35. 제26항에 있어서,
    상기 제1 전극 및 제2 전극은 상기 제2 물질 층 상부면 전체를 덮도록 허용되고, 각각 전기 전도성 물질 및 광 반사 물질로 이루어져 있는 것인 발광 장치.
  36. 제26항에 있어서,
    상기 제1 물질 층 및 상기 제1 전극 사이에서, 투과 접촉 층, 옴 접촉 층, 광 반사 층, 및 이들의 조합으로 구성된 그룹으로부터 선택된 것이 더 제공되는 것인 발광 장치.
  37. 제26항에 있어서,
    상기 LED 기판은 GaP 기판, 유리, 사파이어, SiC, GaAsP, ZnSe, ZnS, ZnSSe, 석영, 및 이들의 조합으로 구성된 그룹으로부터 선택되는 것인 발광 장치.
  38. 제37항에 있어서,
    상기 에피택시얼 층은 3성분 모드, 4성분 모드, 및 이들의 조합으로 구성된 그룹으로부터 선택된 모드로서 제공된 물질로 이루어지는 것인 발광 장치.
  39. 제26항에 있어서,
    상기 확장된 트렌치는 상기 제2 물질 층 주변에 제공되고 상기 제1 물질 층의 일부분을 통해 지나가도록 허용되고, 상기 확장된 전극은 상기 확장된 트렌치 내부에 차례로 제공되는 것인 발광 장치.
  40. 제39항에 있어서,
    상기 확장된 전극은 주변 전극인 것인 발광 장치.
  41. 제39항에 있어서,
    표면 분리 층은 상기 제2 물질 층의 표면 상에 더 제공되고, 제2 확장된 트렌치는 상기 표면 분리 층에서 파여져 상기 제2 물질 층 상부면의 일부분을 노출시키며, 상기 제2 전극은 상기 제2 확장된 트렌치 내부 및 상기 제2 물질 층 상부면의 나머지 다른 부분 상에 고정되는 것인 발광 장치.
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