KR20090070110A - 발광다이오드 소자 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 발광다이오드 소자에 관한 것으로서, 특히 하나 이상의 소형 LED 칩과, 상기 소형 LED 칩의 일면에 형성되어 회로기판과 플립 본딩시키는 범프와, 상기 범프 및 상기 소형 LED 칩의 측면을 감싸도록 형성된 흰색 수지 및 상기 소형 LED 칩의 발광면 상에 형성된 형광체층을 포함하는 발광다이오드 소자를 제공한다.
발광다이오드, 대면적, 고출력

Description

발광다이오드 소자{Light Emitting Diode device}
본 발명은 발광다이오드 소자에 관한 것으로, 보다 상세하게는 형광체 분말을 이용하여 고유 발광색의 파장을 변환시켜 원하는 발광색을 얻는 발광다이오드 소자에 관한 것이다.
일반적으로 발광다이오드(Light Emitting Diode)는 반도체의 p-n 접합구조를 이용하여 주입된 소수캐리어(전자 또는 정공)를 만들어내고, 이들의 재결합에 의하여 발광시키는 전자부품이다. 즉, 특정 원소의 반도체에 순방향 전압을 가하면 양극과 음극의 접합 부분을 통해 전자와 정공이 이동하면서 서로 재결합하는데 전자와 정공이 떨어져 있을 때 보다 작은 에너지가 되므로 이때 발생하는 에너지의 차이로 인해 빛을 방출한다.
이러한 발광다이오드 중 형광체 분말을 이용하여 고유 발광색의 파장을 변환시켜 원하는 발광색을 얻는 파장변환형 발광다이오드라 하며, 특히 백색 구현을 위한 파장변환형 발광다이오드는, 조명장치 또는 디스플레이 장치의 백라이트를 대체 할 수 있는 고출력, 고효율 광원으로서 적극적으로 개발되고 있다.
최근 이러한 파장변환형 발광다이오드는 고출력, 고효율 광원으로 이용하기 위해서 대전류에서 동작할 수 있도록 대면적을 갖는 대형 발광다이오드로 제작하고 있으며, 주로 1㎟ 크기로 제작하고 있다.
그러면, 이하 도 1을 참조하여 종래 기술에 따른 대형 발광다이오드 소자에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 종래 기술에 따른 대형 발광다이오드 소자의 전극 및 활성영역을 나타낸 배치도이다.
도 1을 참조하면, 기판 상에 순차적으로 적층된 n형 질화물 반도체층(120), 활성층 및 p형 질화물 반도체층(도시하지 않음)으로 이루어진 1㎟ 크기의 발광다이오드 상면이 도시되어 있다.
상기 발광다이오드의 상면에는 p형 질화물 반도체층 및 n형 질화물 반도체층(120)에 각각 연결된 p형 전극(160) 및 n형 전극(150)이 형성되어 있다.
상기 n형 전극(150)은 다수개의 n형 전극 패드(155)와 그로부터 연장된 다수의 가지 전극(150', 150")을 포함하며, 상기 p형 전극(160)과 서로 맞물리는 구조 즉, 핑거(finger) 형상의 구조로 형성되어 있다. 이때, 상기 p형 전극(160)은 상기 n형 전극(150)의 가지 전극(150', 150")을 통해 발광면적이 분할되도록 분할되어 있다. 여기서, 미설명한 도면부호 165는 p형 전극 패드를 지칭한다.
즉, 상기 n형 전극(150) 상에 다수개의 n형 전극 패드(155)를 구비하여 대전 류 인가시, 인가되는 전류를 분산시키고, n형 전극(150)으로부터 연장된 다수의 가지 전극(155)과 p형 전극(160)을 핑거 형상으로 배치하여 전류확산 효율을 향상시켜 대전류 인가로 인한, 소자의 불량을 방지하였다.
그러나, 상기와 같은 종래의 대형 발광다이오드 소자는 결정 결함 등에 기인하는 전류 리크(leak)가 단 한 곳이라도 발생할 경우 특성이 불량해지며, 소자에 대전류를 인가하게 되면 인가된 전류가 열로 변환되어 소자의 온도를 상승시켜 소자의 구동전압 및 특성을 감소시키는 문제가 있다.
또한, 대형 발광다이오드 소자의 크기 변경시, 포토마스크의 변경 등 소자의 크기에 따른 별도의 공정 작업이 필요하여 공정이 복잡해지는 문제가 있다.
또한, 대형 발광다이오드 소자는 발광하는 빛이 측면으로 방출될 때까지 대형 발광다이오드 소자 내부에서 반사 및 흡수를 반복하기 때문에 측면으로 발광 시, 전체적인 발광량이 손실되는 문제가 있다.
본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 하나 이상의 소형 발광다이오드 칩을 이용하여 다양한 크기의 발광다이오드 소자를 구현하는 동시에 발광 효율 및 방열 특성을 향상시킬 수 있는 발광다이오드 소자를 제공하는 데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 하나 이상의 소형 LED 칩과, 상기 소형 LED 칩의 일면에 형성되어 회로기판과 플립 본딩시키는 범프와, 상기 범프 및 상기 소형 LED 칩의 측면을 감싸도록 형성된 흰색 수지 및 상기 소형 LED 칩의 발광면 상에 형성된 형광체층을 포함하는 발광다이오드 소자를 제공한다.
또한, 상기 본 발명의 발광다이오드 소자에서, 상기 흰색 수지는 TiO2 안료가 함유된 실리콘 수지로 이루어진 것이 바람직하다.
또한, 상기 본 발명의 발광다이오드 소자에서, 상기 형광체층은 형광체 분말이 함유된 투명 에폭시 또는 실리콘 수지로 이루어진 것이 바람직하다.
또한, 상기 본 발명의 발광다이오드 소자에서, 상기 소형 LED 칩은 가로 0.2mm, 세로 0.5mm 및 높이 0.08mm 크기로 이루어진 것이 바람직하다.
또한, 상기 본 발명의 발광다이오드 소자에서, 상기 소형 LED 칩은 기판과, 상기 기판 상에 형성되되, 제1 영역과 제2 영역으로 구분된 n형 질화물 반도체층 과, 상기 n형 질화물 반도체층의 제1 영역 상에 형성된 활성층과, 상기 활성층 상에 형성된 p형 질화물 반도체층과, 상기 p형 질화물 반도체층 상에 형성된 p형 전극 및 상기 n형 질화물 반도체층의 제2 영역 상에 형성된 n형 전극을 포함하여 이루어진 것이 바람직하다.
상기한 목적을 달성하기 위해, 다른 본 발명은 하나 이상의 소형 LED 칩과, 상기 소형 LED 칩의 일면에 형성되어 회로기판과 플립 본딩시키는 범프와, 상기 범프 및 상기 소형 LED 칩을 감싸도록 형성된 형광체층을 포함하는 발광다이오드 소자를 제공한다.
본 발명은 다수개의 소형 LED 칩을 이용하여 다양한 크기의 발광다이오드 소자를 구현함으로써, 동일한 크기의 발광다이오드 소자를 구현하기 위하여 하나의 대형 LED 칩으로 이루어진 종래 기술에 따른 발광다이오드 소자 보다 발광 효율 및 방열 특성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 다수개의 소형 LED 칩을 이용하여 다양한 크기의 발광다이오드 소자를 구현함으로써, 다양한 크기의 발광다이오드 소자를 구현하기 위하여 포토마스크의 크기를 변경시키는 등 별도의 공정이 필요하지 않으며, 결정 결함 등에 기인하는 전류 리크가 발생하면 발생된 소형 LED 칩만 교환하면 되기 때문에 소자의 제조 수율을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 발광다이오드 소자에 대한 구체적인 기술적 구성에 관한 사항은 본 발명의 바람직한 실시예가 도시된 도면을 참조하여 아래의 상세한 설명에 의해서 명확하게 이해될 것이다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다.
실시예
도 2 및 도 3을 참고하여 본 발명의 일 실시예에 따른 발광다이오드 소자의 구조에 대하여 상세히 설명한다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광다이오드 소자의 구조를 개략적으로 나타낸 평면도이고, 도 3은 도 2의 Ⅲ-Ⅲ'선을 따라 절단하여 나타낸 단면도이다.
도 2 및 도 3을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 발광다이오드 소자는 크게 하나 이상의 소형 LED 칩(100)과, 회로기판(도시하지 않음) 및 상기 소형 LED 칩(100)과 상기 회로기판을 플립 본딩시킨 범프(300)를 포함한다.
상기 소형 LED 칩(100)은, 광투과성인 기판(110) 상에 버퍼층(도시하지 않음)과 n형 질화물 반도체층(120)이 순차 적층되어 있다. 이때, 상기 n형 질화물 반도체층(120)은, 제1 영역 및 제2 영역으로 구분되어 있으며 상기 제1 영역은 발광 면을 정의하고 있으며, 그에 따라, 상기 제1 영역의 면적은 제2 영역의 면적보다 크게 형성하여 소자의 휘도 특성을 향상시키는 것이 바람직하다.
보다 상세하게, 상기 기판(110)은, 질화물 반도체 단결정을 성장시키기에 적합한 기판으로서, 바람직하게, 사파이어를 포함하는 투명한 재료를 이용하여 형성되며. 사파이어 이외에, 기판(110)은 징크 옥사이드(zinc oxide, ZnO), 갈륨 나이트라이드(gallium nitride, GaN), 실리콘 카바이드(silicon carbide, SiC) 및 알루미늄 나이트라이드(AlN)로 형성될 수 있다.
상기 버퍼층은, 상기 기판(110) 상에 n형 질화물 반도체층(120)을 성장시키기 전에 상기 기판(110)과의 격자정합을 향상시키기 위한 층으로, 공정 조건 및 소자 특성에 따라 생략 가능하다.
상기 n형 질화물 반도체층(120)은, InXAlYGa1 -X- YN 조성식(여기서, 0≤X, 0≤Y, X+Y≤1)을 갖는 반도체 물질로 이루어질 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 n형 질화물 반도체층(120)은 n형 도전형 불순물이 도핑된 GaN층 또는 GaN/AlGaN층으로 이루어질 수 있으며, n형 도전형 불순물로는 예를 들어, Si, Ge, Sn 등을 사용하고, 바람직하게는 Si를 주로 사용한다.
그리고, 상기 n형 질화물 반도체(120)의 제1 영역 상에는 활성층(130) 및 p형 질화물 반도체층(140)이 순차 적층되어 발광 구조물을 이룬다.
상기 활성층(130)은 다중 양자우물(Multi-Quantum Well) 구조의 InGaN/GaN층으로 이루어질 수 있다.
상기 p형 질화물 반도체층(140)은, InXAlYGa1 -X- YN 조성식(여기서, 0≤X, 0≤Y, X+Y≤1)을 갖는 반도체 물질로 이루어질 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 p형 질화물 반도체층(140)은 p형 도전형 불순물이 도핑된 GaN층 또는 GaN/AlGaN층으로 이루어질 수 있으며, p형 도전형 불순물로는 예를 들어, Mg, Zn, Be 등을 사용하고, 바람직하게는 Mg를 주로 사용한다.
상기 p형 질화물 반도체층(140) 상에는 p형 전극(150)이 형성되어 있다. 상기 p형 전극(150)은, 반사전극과 오믹콘택전극 및 투명전극 중 선택된 적어도 하나 이상의 층으로 이루어지는 것이 바람직하다. 예를 들어, 상기 p형 전극(150)은, 반사전극과 오믹콘택전극 및 투명전극 중 선택된 어느 하나의 층으로 이루어진 단일층 또는 반사전극/오믹콘택전극, 오믹콘택전극/투명전극, 오믹콘택전극/투명전극/반사전극 등으로 이루어진 다수층으로 공정 조건 및 소자의 특성에 맞게 선택하여 형성 가능하다.
상기 n형 질화물 반도체층(120)의 제2 영역 상에는 n형 전극(160)이 형성되어 있다. 상기 n형 질화물 반도체층(120)의 제2 영역은 발광 면의 일부가 메사 식각되어 제거된 영역이다.
또한, 본 발명에 따른 발광다이오드 소자는 상기 소형 LED 칩(100)이 플립 본딩된 회로기판(도시하지 않음)의 표면 상에 형성되되, 상기 범프(300) 및 소형 LED 칩(100)의 측면을 감싸도록 형성된 흰색 수지(400)와 상기 소형 LED 칩(100)의 발광면 상에 형성된 형광체층(500)을 더 포함한다.
상기 흰색 수지(400)는 상기 소형 LED 칩(100)의 고유색을 유지하는 동시에 상기 소형 LED 칩(110) 내부에서 발광되는 빛 중 측면으로 방출되는 빛을 발광면으로 반사시켜 빛의 직진성을 확보하기 위한 반사층의 역할을 한다. 본 실시예에서 는 상기 흰색 수지(400)로 TiO2 안료가 함유된 실리콘 수지를 사용하였다.
한편, 상기 흰색 수지(400)는 도 4에 도시한 바와 같이 소자의 특성 및 공정 조건에 따라 생략 가능하며, 상기 흰색 수지(400)가 생략된 공간에는 상기 형광체층이 위치하는 것이 바람직하다. 여기서, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광다이오드 소자의 변형예를 나타낸 단면도이다.
그리고, 상기 형광체층(500)은 형광체 분말이 함유된 투명 에폭시 또는 실리콘 수지로 이루어질 수 있다. 이때, 상기 형광체층(500)은 그 층의 두께 및 형광체 분말의 함유량에 따라 색도를 변화시킬 수 있다.
본 실시예에서는 휘도를 향상시키기 위하여 상기 형광체층(500)의 두께는 가능한 0.1mm 이하로 얇게 형성하고 형광체 분말의 함유량은 투명 에폭시 또는 실리콘 수지에 대하여 1.0배 이상으로 하였다.
즉, 본 발명에 따른 발광다이오드 소자는 상기 소형 LED 칩(100)으로부터 발생되는 빛이 상기 형광체층(500)을 거쳐 외부로 방출되게 함으로써, 파장변환을 일으킬 수 있는 구조를 갖는다. 예를 들어, 상기 소형 LED 칩(100)이 청색을 나타내는 칩일 경우, 형광체층(500)의 형광체 분말로 황색 형광체 분말을 이용하여 백색을 구현한다.
한편, 본 실시예에서는 가로 0.2mm, 세로 0.5mm 및 높이 0.08mm 크기의 소형 LED 칩(100)을 2개×5개로 배열하여 가로 1.6mm 및 세로 1.3mm 크기의 면적을 갖도록 형성된 대형 발광다이오드 소자를 도 3을 참조하여 설명하였으나, 이는 이에 한정되지 않고, 소형 LED 칩의 개수를 변경하여 원하는 크기로 다양하게 형성할 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 권리 범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
도 1은 종래 기술에 따른 대형 발광다이오드 소자의 전극 및 활성영역을 나타낸 배치도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광다이오드 소자의 구조를 개략적으로 나타낸 저면도.
도 3은 도 2의 Ⅲ-Ⅲ'선을 따라 절단하여 나타낸 단면도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광다이오드 소자의 변형예를 나타낸 단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100 : 소형 LED 칩 300 : 범프
400 : 흰색 수지 500 : 형광체층

Claims (9)

  1. 하나 이상의 소형 LED 칩;
    상기 소형 LED 칩의 일면에 형성되어 회로기판과 플립 본딩시키는 범프;
    상기 범프 및 상기 소형 LED 칩의 측면을 감싸도록 형성된 흰색 수지; 및
    상기 소형 LED 칩의 발광면 상에 형성된 형광체층;을 포함하는 발광다이오드 소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 흰색 수지는 TiO2 안료가 함유된 실리콘 수지로 이루어진 것을 특징으로 하는 발광다이오드 소자.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 형광체층은 형광체 분말이 함유된 투명 에폭시 또는 실리콘 수지로 이루어진 것을 특징으로 하는 발광다이오드 소자.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 소형 LED 칩은 가로 0.2mm, 세로 0.5mm 및 높이 0.08mm 크기로 이루어진 것을 특징으로 하는 발광다이오드 소자.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 소형 LED 칩은 기판과, 상기 기판 상에 형성되되, 제1 영역과 제2 영역으로 구분된 n형 질화물 반도체층과, 상기 n형 질화물 반도체층의 제1 영역 상에 형성된 활성층과, 상기 활성층 상에 형성된 p형 질화물 반도체층과, 상기 p형 질화물 반도체층 상에 형성된 p형 전극 및 상기 n형 질화물 반도체층의 제2 영역 상에 형성된 n형 전극을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 발광다이오드 소자.
  6. 하나 이상의 소형 LED 칩;
    상기 소형 LED 칩의 일면에 형성되어 회로기판과 플립 본딩시키는 범프;
    상기 범프 및 상기 소형 LED 칩을 감싸도록 형성된 형광체층;을 포함하는 발광다이오드 소자.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 형광체층은 형광체 분말이 함유된 투명 에폭시 또는 실리콘 수지로 이 루어진 것을 특징으로 하는 발광다이오드 소자.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 소형 LED 칩은 가로 0.2mm, 세로 0.5mm 및 높이 0.08mm 크기로 이루어진 것을 특징으로 하는 발광다이오드 소자.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 소형 LED 칩은 기판과, 상기 기판 상에 형성되되, 제1 영역과 제2 영역으로 구분된 n형 질화물 반도체층과, 상기 n형 질화물 반도체층의 제1 영역 상에 형성된 활성층과, 상기 활성층 상에 형성된 p형 질화물 반도체층과, 상기 p형 질화물 반도체층 상에 형성된 p형 전극 및 상기 n형 질화물 반도체층의 제2 영역 상에 형성된 n형 전극을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 발광다이오드 소자.
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