KR20060087620A - 복수개의 발광셀들을 갖는 발광 소자 및 그것을 탑재한패키지 - Google Patents

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Abstract

복수개의 발광셀들을 갖는 발광 소자 및 그것을 탑재한 패키지가 개시된다. 이 발광 소자는 기판 상에 서로 이격되어 위치하는 복수개의 발광셀들을 포함한다. 복수개의 발광셀들은 각각 N형 반도체층과 N형 반도체층 일부의 상부에 위치하는 P형 반도체층을 갖는다. 복수개의 연결전극들이 이웃하는 발광셀들의 N형 반도체층과 P형 반도체층을 각각 전기적으로 연결하여 기판 상에 적어도 두개의 직렬 발광셀 어레이를 형성한다. 이에 더하여, 본딩패드들이 상기 발광셀 어레이의 양단부에 위치한다. 이에 따라, 가정용 교류 전원으로 직접 구동될 수 있는 발광 소자를 제공함과 아울러, 서브마운트 또는 리드프레임 상에 발광 소자를 탑재하는 공정이 복잡해지는 것을 방지할 수 있다.
발광 소자, 발광셀 어레이, 서브마운트, 리드프레임, 교류 전원

Description

복수개의 발광셀들을 갖는 발광 소자 및 그것을 탑재한 패키지{LIGHT EMITTING DEVICE HAVING A PLURALITY OF LIGHT EMITTING CELLS AND PACKAGE MOUNTING THE SAME}
도 1은 종래의 플립칩 발광 소자를 설명하기 위한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 복수개의 발광셀들을 갖는 발광 소자의 동작원리를 설명하기 위한 회로도이다.
도 3a 및 도 3b는 각각 본 발명의 실시예들에 따른 복수개의 발광셀들을 갖는 발광 소자를 설명하기 위한 단면도들이다.
도 4 내지 도 6은 본 발명의 실시예들에 따른 복수개의 발광셀들을 갖는 발광 소자를 탑재한 패키지를 설명하기 위한 단면도들이다.
<도면의 주요부호에 대한 간략한 설명>
31: 제1 발광셀 어레이 31a, 31b, 31c: 제1 발광셀들,
33: 제2 발광셀 어레이, 33a, 33b, 33c: 제2 발광셀들,
35: 교류전원, 50, 70: 발광 소자,
51: 기판, 53: 버퍼층,
55: N형 반도체층, 57: 활성층,
59: P형 반도체층, 61, 63: 금속층,
65, 75: 연결전극들, 67a, 67b: 본딩패드들,
100, 200, 300: 패키지, 101a, 101b: 금속 리드들,
103: 패키지 본체, 105: 몰딩수지,
107: 히트싱크, 201, 301: 서브마운트,
201a, 201b, 301a, 301b: 전극층들
본 발명은 발광 소자에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 하나의 기판 상에 직렬 어레이들을 형성하는 복수개의 발광셀들을 구비함으로써 교류전원을 사용하여 직접 구동시킬 수 있는 복수개의 발광셀들을 갖는 발광 소자에 관한 것이다.
발광 다이오드는 다수 캐리어가 전자인 n형 반도체와 다수 캐리어가 정공인 p형 반도체가 서로 접합된 구조를 가지는 광전변환 반도체 소자로서, 이들 전자와 정공의 재결합에 의하여 소정의 빛을 발산한다. 이러한 발광 다이오드는 표시소자 및 백라이트로 이용되고 있으며, 기존의 백열전구 및 형광등을 대체하여 일반 조명용도로 그 사용 영역을 넓히고 있다.
발광 다이오드는 기존의 전구 또는 형광등에 비해 소모 전력이 작고 수명이 길다. 기존의 조명 장치에 비해, 발광 다이오드의 소모 전력은 수 내지 수 십분의 1에 불과하고, 수명은 수 내지 수 십배 길어, 소모 전력의 절감과 내구성 측면에서 매우 우수하다.
이러한 발광 다이오드를 조명용으로 사용하기 위해서는 발광 소자에서 생성된 열을 외부로 효과적으로 방출할 필요가 있다. 이에 따라, 발광 소자에서 생성된 열을 외부로 효과적으로 방출할 수 있는 플립칩 형태의 발광 소자에 대한 관심이 증대되고 있다.
도 1은 종래의 플립칩 구조의 발광 소자(20)를 설명하기 위한 단면도이다.
도 1을 참조하면, 소정의 기판(10), 예컨대 서브마운트 기판 또는 리드프레임 상에 제1 및 제2 전극(12, 14)을 형성하고, 이들 전극 상에 솔더들을 형성한다. 이후, 발광 소자(20)를 상기 기판(10)에 본딩한다. 이때, 상기 발광 소자(20)의 P형 반도체층 및 N형 반도체층이 각각 상기 솔더들에 본딩된다. 그 후, 상기 발광 소자(20)가 본딩된 기판(10)을 봉지한다.
이러한 종래의 플립칩 구조의 발광 소자는 본딩와이어를 사용하는 다른 발광 소자에 비해 열 방출 효율이 높고, 광의 차폐가 거의 없어 광효율을 증가시킨다. 또한, 플립칩 구조의 발광 소자는, 본딩와이어를 사용하지 않으므로, 패키지를 소형화할 수 있는 장점이 있다.
그러나, 이러한 발광 소자는 교류전원의 위상에 따라 온/오프를 반복하며, 쉽게 파손되는 문제점이 있다. 따라서, 이러한 발광 소자를 가정용 교류전원에 직접 연결하여 일반 조명용으로 사용하는 것이 어렵다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 종래의 플립칩 구조의 발광 소자에 비해 서브마운트 또는 리드프레임에 탑재하는 공정이 복잡해지는 것을 방지하면서, 교류전원에 직접 연결하여 구동될 수 있는 발광 소자를 제공하는 데 있다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 상기 발광 소자를 탑재함으로써 교류 전원에 직접 연결하여 구동될 수 있는 패키지를 제공하는 데 있다.
상기 기술적 과제를 이루기 위하여, 본 발명은 복수개의 발광셀들을 갖는 발광 소자 및 그것을 탑재한 패키지를 제공한다. 본 발명의 일 태양에 따른 발광 소자는 기판 및 상기 기판 상에 서로 이격되어 위치하는 복수개의 발광셀들을 포함한다. 상기 복수개의 발광셀들은 각각 N형 반도체층과 상기 N형 반도체층 일부의 상부에 위치하는 P형 반도체층을 갖는다. 복수개의 연결전극들이 각각 이웃하는 상기 발광셀들의 N형 반도체층과 P형 반도체층을 전기적으로 연결하여 상기 기판 상에 적어도 두개의 직렬 발광셀 어레이를 형성한다. 이에 더하여, 상기 발광셀 어레이의 양단부에 본딩패드들이 위치한다. 이에 따라, 서브마운트 또는 리드프레임 상에 상기 본딩패드들만을 본딩함으로써 상기 발광 소자를 탑재할 수 있다. 따라서, 복수개의 발광셀들을 구비하면서도, 종래의 플립칩 구조의 발광 소자와 비교하여, 상기 발광 소자의 탑재 공정이 어려워지는 것을 방지할 수 있다.
종래의 플립칩 구조의 발광 소자(20)는 하나의 발광 다이오드가 형성된 발광칩을 의미한다. 그러나, 본 발명의 발광 소자는 하나의 기판 상에 복수개의 발광 다이오드들을 갖는다. 따라서, 상기 "발광셀"은 하나의 기판 상에 형성된 복수개의 발광 다이오드들 각각을 의미한다. 또한, "직렬 발광셀 어레이"는 다수의 발광셀들이 직렬로 연결된 구조를 의미한다.
상기 적어도 두개의 직렬 발광셀 어레이들은 서로 반대 방향으로 흐르는 전류에 의해 구동되는 셀 어레이들을 포함할 수 있다. 이에 따라, 교류-직류 변환기 등을 사용하지 않고, 상기 발광 소자를 교류전원에 직접 연결하여 일반조명용으로 사용할 수 있다.
상기 본딩패드들의 상부면은 상기 연결전극들의 상부면의 높이와 비교하여 적어도 동일한 높이에 위치할 수 있다. 즉, 상기 연결전극들의 상부면은 상기 본딩패드들의 상부면 아래 또는 동일 높이에 위치한다. 상기 연결전극들의 상부면이 상기 본딩패드들의 상부면 아래에 위치할 경우, 상기 연결전극들과 서브마운트 또는 리드프레임 사이의 전기적 단락을 방지할 수 있다. 또한, 상기 연결전극들의 상부면이 상기 본딩패드들의 상부면과 동일 높이에 위치할 경우, 상기 연결전극들의 상부면이 상기 서브마운트 또는 리드프레임에 직접 접촉하여 열 방출을 촉진시킬 수 있다.
한편, 상기 복수개의 발광셀들 각각은 상기 기판 상에 형성된 버퍼층을 포함할 수 있다. 상기 버퍼층 상에 상기 N형 반도체층이 위치하며, 상기 N형 반도체층 일부의 상에 활성층이 위치한다. 또한, 상기 활성층 상에 상기 P형 반도체층이 위치하며, 상기 P형 반도체층 상에 금속층이 위치한다. 이에 더하여, 상기 N형 반도체층 상에 또 다른 금속층이 위치할 수 있다. 상기 금속층과 또 다른 금속층은 동일한 물질일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 금속층은 제1 및 제2 금속층을 포함할 수 있으며, 상기 제1 및 제2 금속층은 각각 투명전극 및 반사막일 수 있다.
본 발명의 다른 태양에 따르면, 복수개의 발광셀을 갖는 발광 소자를 탑재한 패키지가 제공된다. 상기 패키지는 금속 리드들을 갖는 리드 프레임을 포함한다. 상기 리드프레임 상에 발광 소자가 위치한다. 상기 발광 소자는 기판 및 상기 기판 상에 서로 이격되어 위치하는 복수개의 발광셀들을 포함한다. 상기 복수개의 발광셀들은 각각 N형 반도체층과 상기 N형 반도체층 일부의 상부에 위치하는 P형 반도체층을 갖는다. 복수개의 연결전극들이 각각 이웃하는 상기 발광셀들의 N형 반도체층과 P형 반도체층을 전기적으로 연결하여 상기 기판 상에 적어도 두개의 직렬 발광셀 어레이를 형성한다. 이에 더하여, 상기 발광셀 어레이의 양단부에 본딩패드들이 위치한다. 상기 본딩패드들은 상기 금속 리드들에 전기적으로 연결된다. 이에 따라, 복수개의 발광셀을 구비하면서도, 종래의 플립칩 구조의 발광 소자를 탑재하는 공정과 비교하여, 상기 발광 소자를 탑재하는 공정이 더 복잡해지는 것을 방지할 수 있는 패키지를 제공한다.
상기 적어도 두개의 직렬 발광셀 어레이들은 서로 반대 방향으로 흐르는 전류에 의해 구동되는 셀 어레이들을 포함할 수 있다. 이에 따라, 교류-직류 변환기 등을 사용하지 않고, 상기 패키지를 교류전원에 직접 연결하여 일반조명용으로 사용할 수 있다.
이에 더하여, 상기 리드프레임과 상기 발광 소자 사이에 서브마운트가 개재될 수 있다. 상기 서브마운트는 그 상부면에 상기 본딩패드들에 대응하는 전극층들 을 갖는다. 상기 전극층들은 각각 상기 금속 리드들에 전기적으로 연결된다.
상기 전극층들은 각각 본딩와이어를 통해 상기 금속 리드들에 전기적으로 연결될 수 있으며, 또는 서브마운트에 형성된 회로를 통해 직접 상기 금속 리드들에 전기적으로 연결될 수 있다.
한편, 상기 발광 소자의 연결전극들은 상기 서브마운트의 상부면에 접촉할 수 있다. 이때, 상기 발광 소자에서 생성된 열이 상기 서브마운트를 통해 방출될 수 있어 열 방출을 촉진시킬 수 있다. 이와 달리, 상기 연결전극들은 상기 서브마운트의 상부면과 이격될 수 있다. 이에 따라, 상기 연결전극들과 상기 서브마운트 사이의 전기적 단락을 방지할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예들을 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 실시예들은 당업자에게 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 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 복수개의 발광셀들을 갖는 발광 소자의 동작원리를 설명하기 위한 회로도이다.
도 2를 참조하면, 발광셀들(31a, 31b, 31c)이 직렬 연결되어 제1 직렬 어레이(31)를 형성하고, 또 다른 발광셀들(33a, 33b, 33c)이 직렬 연결되어 제2 직렬 어레이(33)를 형성한다.
상기 제1 및 제2 직렬 어레이들(31, 33)의 양 단부들은 각각 교류전원(35) 및 접지에 연결된다. 상기 제1 및 제2 직렬 어레이들은 교류전원(35)과 접지 사이에서 병렬로 연결된다. 즉, 상기 제1 및 제2 직렬 어레이들의 양 단부들은 서로 전기적으로 연결된다.
한편, 상기 제1 및 제2 직렬 어레이들(31, 33)은 서로 반대 방향으로 흐르는 전류에 의해 발광셀들이 구동되도록 배치된다. 즉, 도시한 바와 같이, 제1 직렬 어레이(31)에 포함된 발광셀들의 양극(anode) 및 음극(cathode)과 제2 직렬 어레이(33)에 포함된 발광셀들의 양극 및 음극은 서로 반대 방향으로 배치된다.
따라서, 교류전원(35)이 양의 위상일 경우, 상기 제1 직렬 어레이(31)에 포함된 발광셀들이 턴온되어 발광하며, 제2 직렬 어레이(33)에 포함된 발광셀들은 턴오프된다. 이와 반대로, 교류전원(35)이 음의 위상일 경우, 상기 제1 직렬 어레이(31)에 포함된 발광셀들이 턴오프되고, 제2 직렬 어레이(33)에 포함된 발광셀들이 턴온된다.
결과적으로, 상기 제1 및 제2 직렬 어레이들(31, 33)이 교류전원에 의해 턴온 및 턴오프를 교대로 반복함으로써, 상기 제1 및 제2 직렬 어레이들을 포함하는 발광 소자는 연속적으로 빛을 방출한다.
하나의 발광 다이오드로 구성된 발광칩들을 도 2의 회로와 같이 연결하여 교류전원을 사용하여 구동시킬 수 있으나, 발광칩들이 점유하는 공간이 증가한다. 그러나, 본 발명의 발광 소자는 하나의 칩에 교류전원을 연결하여 구동시킬 수 있으므로, 발광 소자가 점유하는 공간이 증가하지 않는다.
한편, 도 2의 회로는 상기 제1 및 제2 직렬 어레이들의 양단부들이 교류전원(35) 및 접지에 각각 연결되도록 구성하였으나, 상기 양단부들이 교류전원의 양 단자에 연결되도록 구성할 수도 있다. 또한, 상기 제1 및 제2 직렬 어레이들은 각각 세 개의 발광셀들로 구성되어 있으나, 이는 설명을 돕기 위한 예시이고, 발광셀들의 수는 필요에 따라 더 증가될 수 있다. 그리고, 상기 직렬 어레이들의 수도 더 증가될 수 있다.
도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자(50)를 설명하기 위한 단면도이다.
도 3a를 참조하면, 발광 소자(50)는 기판(51) 및 상기 기판 상에 형성된 복수개의 발광셀들을 포함한다. 상기 기판(51)은 사파이어(Al2O3), 탄화실리콘(SiC), 산화아연(ZnO), 실리콘(Si), 갈륨비소(GaAs), 갈륨인(GaP), 산화 리튬-알루미늄(LiAl2O3), 질화붕산(BN), 질화알루미늄(AlN) 또는 질화갈륨(GaN)으로 제조될 수 있다. 상기 기판(51)은 그 위에 형성될 반도체층의 격자상수를 고려하여 선택된다. 예컨대, 상기 기판(51) 상에 GaN 계열의 반도체층이 형성될 경우, 상기 기판(51)은 사파이어로 제조될 수 있다.
상기 발광셀들은 각각 N형 반도체층(55), 활성층(57) 및 P형 반도체층(59)을 포함한다. 상기 활성층(57)은 상기 N형 반도체층(55) 일부의 상에 위치하며, 상기 P형 반도체층(59)은 상기 활성층(57) 상에 위치한다. 이에 따라, 상기 N형 반도체층의 일부는 활성층(57) 및 P형 반도체층(59)에 의해 상부면이 덮히고, 나머지 일 부는 노출된다. 한편, 상기 P형 반도체층(59) 상에 금속층(61)이 위치할 수 있으며, 상기 N형 반도체층(55)의 나머지 일부 상에 또 다른 금속층(63)이 위치할 수 있다. 상기 금속층들(61, 63)은 상기 P형 및 N형 반도체층들과 오믹콘택을 형성하여 접합저항을 낮춘다. 이때, 상기 또 다른 금속층(63)은 상기 금속층에 포함된 금속물질과 동일한 물질일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 별도의 오믹콘택을 형성하기 위한 금속층이 불필요한 경우, 상기 금속층(63)은 생략될 수 있다.
한편, 상기 N형 반도체층(55)과 상기 기판(51) 사이에 버퍼층(53)이 개재될 수 있다. 상기 버퍼층(53)은 기판(51)과 N형 반도체층(55)의 격자 상수 차이에 따른 스트레스를 완화하기 위해 사용된다. 상기 버퍼층으로는 GaN 계열의 반도체층이 사용될 수 있다.
상기 N형 반도체층(55)은 N형 불순물이 주입된 GaN 계열, 예컨대 N형 AlxGa1-xN(0≤x≤1)막일 수 있으나, 이에 한정되지 않고 다양한 반도체층으로 형성될 수 있다. 또한, P형 반도체층(59)은 P형 불순물이 주입된 GaN 계열, 예컨대 P형 AlxGa1-xN(0≤x≤1)막일 수 있으나, 이에 한정되지 않고 다양한 반도체층으로 형성될 수 있다. 상기 N형 및 P형 반도체층들은 InxGa1-xN(0≤x≤1)막일 수 있으며, 다층막으로 형성될 수 있다. 한편, 상기 N형 불순물로는 Si을 사용할 수 있으며, P형 불순물로는 마그네슘(Mg)을 사용할 수 있다. 상기 반도체층이 GaN 계열이 아니고, GaP 계열 인 경우, 상기 P형 불순물로는 Zn을 사용할 수 있다.
상기 활성층(57)은 일반적으로 양자우물층과 장벽층이 반복적으로 형성된 다층막 구조를 갖는다. 상기 양자우물층과 장벽층은 AlxInyGa1-x-yN(0≤x, y≤1, 0≤x+y≤1) 화합물을 사용하여 형성할 수 있으며, N형 또는 P형의 불순물이 주입될 수 있다.
이에 더하여, 상기 금속층(61)은 적층된 제1 금속층 및 제2 금속층을 포함할 수 있다. 상기 제1 금속층 및 제2 금속층은 각각 투명전극층 및 반사층일 수 있다. 상기 반사층은 상기 활성층에서 방출되어 상기 투명전극을 투과한 광을 다시 상기 기판(51) 방향으로 반사시키어 광효율을 증가시킨다. 상기 투명전극층은 인디움-틴 산화막(ITO)일 수 있으며, 상기 반사층은 반사율 10 내지 100%인 금속층일 수 있다.
상기 발광셀들은 기판(51) 상에 버퍼층, N형 반도체층, 활성층 및 P형 반도체층을 순차적으로 형성한 후, 사진 및 식각 공정을 사용하여 식각함으로써 형성할 수 있다. 이때, 상기 물질층들은 유기금속 화학증착법(MOCVD), 분자선 성장법(molecular beam epitaxy; MBE), 수소화물 기상 성장법(hydride vapor phase epitaxy; HVPE) 등 다양한 증착 및 성장방법을 사용하여 형성할 수 있다. 상기 사진 및 식각 공정을 수행하기 전, P형 반도체층 상에 금속층을 더 형성할 수 있다.
상기 사진 및 식각 공정을 사용하여 발광셀들을 분리한 후, 상기 또 다른 금속층(63)을 형성할 수 있다. 상기 또 다른 금속층은 분리된 발광셀들 상에 금속층 을 증착한 후, 사진 및 식각 공정을 사용하여 상기 금속층을 패터닝하여 형성할 수 있다.
한편, 이웃하는 상기 발광셀들의 N형 반도체층과 P형 반도체층을 연결전극들(65)이 각각 전기적으로 연결한다. 상기 연결전극들(65)에 의해 상기 발광셀들이 직렬로 연결되어 직렬 발광셀 어레이가 형성된다. 도 2를 참조하여 설명한 바와 같이, 상기 기판(51) 상에 적어도 두개의 직렬 발광셀 어레이가 형성된다. 상기 적어도 두개의 직렬 발광셀 어레이들은 서로 반대방향으로 흐르는 전류에 의해 구동되도록 배치되는 것이 바람직하다.
상기 N형 및 P형 반도체층들(55, 59) 상에 금속층들(61, 63)이 형성된 경우, 상기 연결전극들(65)은 P형 반도체층 상의 금속층(61)과 N형 반도체층 상의 금속층(63)을 연결한다. 상기 연결전극들(65)은 에어 브리지(air bridge) 또는 층덮힘(step coverage) 형태로 상기 금속층들을 연결할 수 있다. 상기 연결전극들(65)은 금속 증착기술, 전기도금기술 또는 무전해도금 기술을 사용하여 형성될 수 있다.
한편, 상기 직렬 발광셀 어레이의 양단부들에 본딩패드들(67a, 67b)이 위치한다. 상기 본딩패드들(67a, 67b)은, 향후 서브마운트 또는 리드프레임 상에 상기 발광 소자(50)를 탑재할 경우, 범핑역할을 하는 금속범퍼들이다.
상기 본딩패드(67a)의 두께는 0.01 내지 100 um일 수 있으며, 상기 본딩패드들(67a, 67b)의 상부면은 상기 연결전극들(65)의 상부면 보다 높게 위치한다.
한편, 상기 직렬 발광셀 어레이들의 양단부들 모두에 본딩패드들이 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 하나의 직렬 어레이의 양단부들에 본딩패 드들이 형성되고, 다른 어레이들의 양단부들은 상기 본딩패드들에 각각 전기적으로 연결될 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자(50)는 교류전원에 직접 연결되어 동작될 수 있다. 또한, 상기 발광 소자(50)은 발광셀들이 연결전극들(65)에 의해 연결되어 있어, 상기 본딩패드들(67a, 67b)을 서브마운트 또는 리드프레임에 본딩함으로써 구동될 수 있다. 따라서, 복수개의 발광셀들을 포함하면서도, 상기 발광 소자(50)를 탑재하는 공정이 복잡해지는 것을 방지할 수 있다.
도 3a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광 소자(70)를 설명하기 위한 단면도이다.
도 3a를 참조하면, 상기 발광 소자(70)는 도 3a를 참조하여 설명한 발광 소자(50)와 동일한 구성요소를 포함한다. 이하에서는, 본 실시예의 발광 소자(70)와 상기 발광 소자(50)와 다른 부분에 대해서 설명한다.
본 실시예에 따른 발광 소자(70)는 본딩패드들(67a, 67b)의 상부면과 동일한 높이에 위치하는 연결전극들(75)을 갖는다. 따라서, 상기 본딩패드들(67a, 67b)을 상기 연결전극들(75)과 동일한 공정을 사용하여 형성할 수 있다. 또한, 상기 연결전극들도 서브마운트 또는 리드프레임의 상부에 접촉하므로 도 3a의 발광 소자(50)에 비해 열방출을 촉진시킬 수 있다.
도 4 내지 도 6은 본 발명의 다른 실시예들에 따른 상기 발광 소자(70)를 탑재한 패키지들을 설명하기 위한 단면도들이다. 도 4는 리드프레임 상에 발광 소자(70)을 탑재한 패키지를 설명하기 위한 단면도이고, 도 5 및 도 6은 서브마운트 상 에 상기 발광 소자(70)를 탑재한 패키지들을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 4를 참조하면, 패키지(100)는 금속 리드들(101a, 101b)을 갖는 리드프레임을 포함한다. 상기 리드프레임은 상기 금속 리드들을 인서트 몰딩한 패키지 본체(103)를 포함할 수 있다. 또한, 상기 리드프레임은 인쇄회로기판일 수 있다.
상기 발광 소자(70)는 상기 리드프레임 상에 탑재되어 상기 금속 리드들(101a, 101b)에 전기적으로 연결된다. 이때, 상기 발광 소자(70)의 본딩패드들(67a, 67b)이 각각 상기 금속 리드들(101a, 101b)에 본딩된다. 그 결과, 상기 발광 소자(70)의 직렬 발광셀 어레이들은 상기 금속 리드들(101a, 101b)에 전기적으로 연결된다. 한편, 상기 연결전극들(75)는 상기 금속 리드들로부터 이격되어, 상기 리드프레임의 상부면에 물리적으로 접촉한다. 따라서, 상기 발광 소자(70)에서 생성된 열을 상기 연결전극들(75)을 통해 상기 리드프레임으로 쉽게 방출할 수 있다.
몰딩 부재(105)가 상기 발광 소자(70)의 상부를 덮는다. 상기 몰딩 부재는 형광체 및/또는 확산제를 포함할 수 있다. 형광체는 발광 소자(70)에서 방출된 광의 일부를 그 보다 장파장의 광으로 변환시킨다. 따라서, 자외선 또는 청색광을 방출하는 발광 소자(70)를 사용하여 백색광을 얻을 수 있다. 한편, 상기 형광체는 상기 몰딩부재(105)와 상기 발광 소자(70) 사이에 개재될 수도 있다. 상기 몰딩 부재(105)는 방출되는 광의 지향각을 조절하기 위해 렌즈 형상을 가질 수 있다.
한편, 상기 패키지(100)는 상기 패키지 본체(103)의 하부에 히트싱크(107)를 더 포함할 수 있다. 상기 히트싱크(107)는 상기 발광 소자(70)에서 전달된 열을 외부로 방출시키는 것을 촉진시킨다.
본 실시예에 따르면, 복수개의 발광셀들을 갖는 발광 소자(70)를 탑재함으로써, 교류전원을 직접 연결하여 구동시킬 수 있는 패키지(100)를 제공한다. 또한, 연결전극들(75)이 리드프레임의 상부면에 물리적으로 접촉되어 상기 발광 소자(70)에서 생성된 열의 방출이 촉진될 수 있다.
한편, 상기 발광 소자(70) 대신에 도 3a의 발광 소자(50)를 탑재할 수 있다. 이때, 상기 발광 소자(50)의 연결전극들(65)은 본딩패드들(67a, 67b)에 비해 높이가 낮으므로, 리드프레임의 상부면에 물리적으로 접촉되지 않는다. 따라서, 상기 연결전극들(65)와 상기 금속 리드들(101a, 101b)이 단락되는 것을 쉽게 방지할 수 있다.
도 5를 참조하면, 도 4를 참조하여 설명한 패키지(100)에 서브마운트(201) 및 본딩와이어들(203a, 203b)이 추가된다. 상기 서브마운트(201)는 상기 발광 소자(70)과 리드프레임의 상부면 사이에 개재된다.
상기 서브마운트(201)는 서브마운트 기판과 상기 서브마운트 기판 상에 형성된 전극층들(201a, 201b)을 포함한다. 상기 전극층들은 상기 발광 소자(70)의 본딩패드들(67a, 67b)에 대응한다. 상기 발광 소자의 본딩패드들은 상기 서브마운트의 전극층들에 각각 본딩된다.
서브마운트 기판은 열전도성이 있는 물질로 형성하는 것이 바람직하다. 상기 서브마운트 기판으로는 SiC, Si, 게르마늄(Ge), 실리콘 게르마늄(SiGe), 질화알루미늄(AlN) 및 금속 기판등을 사용할 수 있다. 한편, 상기 서브마운트 기판 상부면에 유전층이 형성될 수 있다. 상기 유전층은 상기 전극층들과 서브마운트 기판을 절연시키며, 상기 연결전극들(75)과 상기 서브마운트 기판을 절연시킨다. 한편, 상기 서브마운트 기판이 절연물질인 경우, 상기 유전층은 생략될 수 있다.
상기 전극층들(201a, 201b)과 금속 리드들(101a, 101b)은 본딩와이어들에 의해 전기적으로 연결된다.
도 4를 참조하여 설명한 바와 같이, 상기 발광 소자(70) 대신에 도 3a의 발광 소자(50)가 탑재될 수도 있다.
도 6을 참조하면, 도 5를 참조하여 설명한 바와 같이, 발광 소자(70)와 리드프레임 사이에 서브마운트(301)가 개재된다. 다만, 상기 서브마운트(301)는 도 5의 서브마운트(201)와 달리, 서브마운트 기판을 관통하는 전극층들(301a, 301b)을 갖는다. 따라서, 상기 전극층들이 금속 리드들(101a, 101b)에 각각 직접 본딩되므로, 도 5의 본딩와이어들이 생략될 수 있다.
상기 서브마운트(301)는 위에서 설명한 것에 한정되지 않으며, 다양한 변형이 가능하다. 예컨대, 상기 전극층들(301a, 301b)은 상기 서브마운트를 관통하는 대신, 상기 서브마운트 기판의 측면을 통해 상하로 연결될 수 있다.
또한, 상기 발광 소자(70) 대신에 도 3a의 발광 소자(50)가 탑재될 수도 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 복수개의 발광셀들을 직렬 연결함으로써 교류전원에 직접 연결하여 구동시킬 수 있는 발광 소자를 제공할 수 있다. 또한, 연결전극들을 사용하여 복수개의 발광셀들을 미리 전기적으로 연결함으로써, 서브마운 트 또는 리드프레임 상에 탑재하는 것이 종래의 플립칩 구조의 발광 소자에 비해 복잡해지는 것을 방지할 수 있다.
이에 더하여, 상기 발광 소자를 탑재함으로써 교류전원에 직접 연결하여 구동될 수 있는 패키지를 제공할 수 있다.

Claims (10)

  1. 기판;
    상기 기판 상에 서로 이격되어 위치하고, 각각 N형 반도체층과 상기 N형 반도체층 일부의 상부에 위치하는 P형 반도체층을 갖는 복수개의 발광셀들;
    이웃하는 상기 발광셀들의 N형 반도체층과 P형 반도체층을 각각 전기적으로 연결하여 상기 기판 상에 적어도 두개의 직렬 발광셀 어레이를 형성하는 복수개의 연결전극들; 및
    상기 발광셀 어레이들의 양단부에 위치하는 본딩패드들을 포함하는 복수개의 발광셀들을 갖는 발광 소자.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 적어도 두개의 발광셀 어레이들은 서로 반대 방향으로 흐르는 전류에 의해 구동되는 발광셀 어레이들을 포함하는 복수개의 발광셀들을 갖는 발광 소자.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 본딩패드들의 상부면은 상기 연결전극들의 상부면의 높이와 비교하여 적어도 동일한 높이에 위치하는 복수개의 발광셀들을 갖는 발광 소자.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수개의 발광셀들 각각은
    상기 기판 상에 형성된 버퍼층;
    상기 버퍼층 상에 형성된 상기 N형 반도체층;
    상기 N형 반도체층의 일부 상에 형성된 활성층;
    상기 활성층 상에 형성된 상기 P형 반도체층;
    상기 P형 반도체층 상에 형성된 제1 및 제2 금속층을 포함하는 복수개의 발광셀들을 갖는 발광 소자.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 제1 및 제2 금속층은 각각 투명전극 및 반사막인 복수개의 발광셀들을 갖는 발광 소자.
  6. 금속 리드들을 갖는 리드 프레임; 및
    상기 리드프레임 상에 위치하는 청구항 1 내지 5 중 어느 한 항의 발광 소자를 포함하되, 상기 발광 소자의 본딩패드들이 상기 금속 리드들에 전기적으로 연결된 패키지.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 리드프레임과 상기 발광 소자 사이에 개재된 서브마운트를 더 포함하되, 상기 서브마운트는 그 상부면에 상기 본딩패드들에 대응하는 전극층들을 갖고, 상기 전극층들은 각각 상기 금속 리드들에 전기적으로 연결된 패키지.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 전극층들은 각각 본딩와이어를 통해 상기 금속 리드들에 전기적으로 연결된 패키지.
  9. 청구항 7에 있어서,
    상기 연결전극들이 상기 서브마운트의 상부면에 접촉되되, 상기 전극층들과는 이격된 패키지.
  10. 청구항 7에 있어서,
    상기 연결전극들이 상기 서브마운트의 상부면과 이격된 패키지.
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