KR20120012912A - 발광소자 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

실시예에 따른 발광소자는 지지기판, 지지기판의 제1 면 상에 제1 전극층 및 제1 전극층 상에 발광 구조물을 포함하고, 지지기판은 투광성 석영 기판이며, 지지기판은 지지기판의 제1 면과 대향하는 지지기판의 제2 면으로부터 지지기판의 제1 면까지 관통하는 홀을 적어도 하나 포함한다. 이에 의해, 형광체가 여기 되는 면적을 향상시킬 수 있게 되어, 고효율 백색광 구현이 가능하다.

Description

발광소자 및 그 제조방법{Light emitting device and fabrication method thereof}
실시예는 발광소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.
발광소자(Light Emitting Device, LED)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.
발광소자 패키지는 발광소자를 실장하고, 발광소자에서 발생하는 광과 발광소자에서 발생하는 광의 종류에 따라 선택된 형광체의 여기 광과의 혼합에 의해 백색광을 구현할 수 있다.
발광소자 패키지에 실장되는 발광소자는 수평형, 수직형, 플립형 등일 수 있으나, 특히 수직형 발광소자의 경우는, 발광소자에서 발생한 광이 수직방향으로 방출되기 때문에 형광체 여기 광이 발광소자의 상부에 집중될 수 있다.
형광체가 여기 되는 면적을 넓힘으로써 고효율 백색광 구현이 가능한 발광소자 및 그 제조방법을 제공함에 있다.
실시예에 따른 발광소자는 지지기판, 지지기판의 제1 면 상에 제1 전극층 및 제1 전극층 상에 발광 구조물을 포함하고, 지지기판은 투광성 석영기판이며, 지지기판은 지지기판의 제1 면과 대향하는 지지기판의 제2 면으로부터 지지기판의 제1 면까지 관통하는 홀을 적어도 하나 포함할 수 있다.
또한, 지지기판의 타면에 제2 전극층을 포함할 수 있다.
또한, 제1 전극층은 적어도 홀의 내측 벽면으로 연장되어, 제2 전극층과 접속할 수 있다.
또한, 실시예에 따른 발광소자 제조방법은, 기판상에 적어도 제1 도전성 반도체층, 활성층 및 제2 도전성 반도체층을 포함하는 발광 구조물을 형성하는 단계, 발광 구조물 상에 제1 전극층을 형성하는 단계 및 제1 전극층 상에 지지기판을 형성하는 단계를 포함하고, 지지기판은 투광성 석영기판일 수 있다.
또한, 지지기판에 적어도 하나의 홀을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 홀의 적어도 내측 벽면에 도전층을 형성하는 단계 및 지지기판상에 제2 전극층을 형성하는 단계를 포함하고, 제2 전극층은 제1 전극층과 접속할 수 있다.
실시예의 발광소자는 형광체가 여기 되는 면적을 향상시킬 수 있게 되어, 고효율 백색광 구현이 가능하다.
도 1은 실시예에 따른 발광소자의 단면을 도시한 단면도,
도 2 내지 도 5는 도 1의 발광소자의 제조방법을 도시한 도,
도 6은 실시예에 따른 발광소자의 단면을 도시한 단면도,
도 7은 실시예에 따른 발광소자 패키지의 단면을 도시한 단면도,
도 8은 실시예에 따른 발광소자 패키지의 단면을 도시한 단면도,
도 9는 실시예에 따른 발광소자 패키지의 단면을 도시한 단면도,
도 10a는 실시예에 조명장치를 도시한 사시도, 도 10b는 도 10a의 조명장치의 A-A' 단면을 도시한 단면도,
도 11은 실시예에 따른 백라이트 유닛을 도시한 도, 그리고
도 12는 실시예에 따른 백라이트 유닛을 도시한 도이다.
실시예들의 설명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 층(막), 영역, 또는 패턴들의 "위(on)"에 또는 "아래(under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "위(on)"와 "아래(under)"는 "직접(directly)" 또는 "다른 층을 개재하여 (indirectly)" 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 각 층의 위 또는 아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다.
도면에서 각층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다.
이하에서는 도면을 참조하여 실시예를 보다 상세하게 설명한다.
도 1은 실시예에 따른 발광소자의 단면을 도시한 단면도이다.
도 1의 발광소자(100)는 지지기판(110), 지지기판(110)의 제1 면 상에 제1 전극층(120) 및 제1 전극층(120) 상에 발광 구조물(150)을 포함할 수 있으며, 지지기판(110)은 지지기판(110)의 제1 면과 대향하는 지지기판(110)의 제2 면으로부터 제1 면까지 관통하는 홀(170)을 적어도 하나 포함할 수 있다.
지지기판(110)은 열전도성이 우수한 물질을 이용하여 형성할 수 있으며, 실시예에 따른 지지기판(110)은 투광성 석영 기판일 수 있다.
지지기판(110)은 투광성 석영 기판으로 형성됨으로써, 후술할 활성층(152)에서 발생한 광은 발광소자(100)의 수직방향뿐 아니라, 지지기판(110)을 통한 측방향으로도 방출이 가능하며, 이에 따라, 발광소자(100)가 실장되는 발광소자패키지에 포함될 수 있는 형광체의 여기 면적이 넓어져 고효율의 백색광 구현이 가능할 수 있다.
또한, 석영은 비열이 890~1,149J/kg(20~1,000℃), 열전도율은 0℃에서 1.3W/mk, 100℃에서 1.5W/mk 정도로 발광소자(100)에서 발생한 열을 외부로 발산할 수 있다.
뿐만 아니라, 석영은 가공이 용이하기 때문에 후술하는 바와 같이, 전기를 통할 수 있도록 홀(170)을 형성하거나, 도 6에서 후술하는 바와 같이 외부로 광을 효과적으로 추출할 수 있는 구조를 형성하기가 유리할 수 있다.
제1 전극층(120)은 투광성을 가질 수 있으며, ITO, IZO(In-ZnO), GZO(Ga-ZnO), AZO(Al-ZnO), AGZO(Al-Ga ZnO), IGZO(In-Ga ZnO), IrOx, RuOx, RuOx/ITO, Ni/IrOx/Au 및 Ni/IrOx/Au/ITO 중 적어도 하나를 포함하여 형성될 수 있다.
한편, 제1 전극층(120)과 지지기판(110)은 접착층(111)에 의해 부착될 수 있다. 접착층(111)은 SOG(spin on glass) 또는 고온 분위기에서 접착성이 유지되고 용융되지 않도록 고온용 폴리머접착체일 수 있다.
발광구조물(150)은 적어도 제1 도전성 반도체층(151), 활성층(152) 및 제2 도전성 반도체층(153)을 포함할 수 있고, 제1 도전성 반도체층(151)과 제2 도전성 반도체층(153) 사이에 활성층(152)이 개재된 구성으로 이루어질 수 있다. 또한, 발광 구조물 상에는 요철(154)이 형성될 수 있으며, 전극(160)을 포함할 수 있다.
제1 도전성 반도체층(151)은 n형 반도체층으로 구현될 수 있으며, n형 반도체층은 GaN층, AlGaN층, InGAN층 등과 같은 GaN계 화합물 반도체 중 어느 하나로 이루어질 수 있고, Si, Ge, Sn 등의 n형 도펀트가 도핑될 수 있다.
제1 도전성 반도체층(151) 상부에는 니켈(Ni) 등으로 이루어지는 전극(160)이 위치할 수 있고, 전극(160)이 형성되지 않은 제1 도전성 반도체층(151)의 표면 일부 영역 또는 전체 영역에 대해 PEC(photo electro chemical) 등의 방법으로 광 추출효율을 향상시키기 위한 요철(154)을 형성해 줄 수 있다.
제1 도전성 반도체층(151)의 아래에는 활성층(152)이 위치할 수 있다. 활성층(152)은 전자와 정공이 재결합되는 영역으로, 전자와 정공이 재결합함에 따라 낮은 에너지 준위로 천이하며, 그에 상응하는 파장을 가지는 빛을 생성할 수 있다.
활성층(152)은 예를 들어, InxAlyGa1 -x- yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 가지는 반도체 재료를 포함하여 형성할 수 있으며, 단일 양자 우물 구조 또는 다중 양자 우물 구조(MQW : Multi Quantum Well)로 형성될 수 있다.
따라서, 더 많은 전자가 양자우물층의 낮은 에너지 준위로 모이게 되며, 그 결과 전자와 정공의 재결합 확률이 증가 되어 발광효과가 향상될 수 있다. 또한, 양자선(Quantum wire)구조 또는 양자점(Quantum dot)구조를 포함할 수도 있다.
활성층(152) 아래에는 제2 반도체층(153)이 위치할 수 있다. 제2 반도체층(153)은 p형 반도체층으로 구현되어, 활성층(152)에 정공을 주입할 수 있다. 예를 들어 p형 반도체층은 InxAlyGa1 -x- yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 재료, 예를 들어 GaN, AlN, AlGaN, InGaN, InN, InAlGaN, AlInN 등에서 선택될 수 있으며, Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등의 p형 도펀트가 도핑될 수 있다.
또한 제2 도전성 반도체층(153)의 아래에는 제3 도전성 반도체층(미도시)을 형성할 수도 있다. 여기서 제3 도전성 반도체층은 n형 반도체층으로 구현될 수 있다.
상술한 제1 반도체층(151), 활성층(152) 및 제2 반도체층(153)은 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), 스퍼터링(Sputtering) 등의 방법을 이용하여 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
또한, 상술한 바와는 달리 실시예에서 제1 반도체층(151)이 p형 반도체층으로 구현되고, 제2 반도체층(153)이 n형 반도체층으로 구현될 수 있으며, 이에 한정하지 않는다.
다시 도 1을 참조하면, 고온용 폴리머접착체 등에 의해 제1 전극층(120)과 접착하는 지지기판(110)은, 적어도 하나의 홀(170)을 포함할 수 있으며, 홀(170)의 적어도 내측벽면에는 도전층(180)이 형성될 수 있다. 또한, 전극층(120)과 접착되는 지지기판(110)의 제1 면과 대향하는 지지기판(110)의 제2 면에는 제2 전극층(190)이 위치할 수 있다.
도전층(180)은 제1 전극층(120)과 동일한 재질, 즉 투광성 물질로 형성될 수 있고, 도전층(180)에 의해 제1 전극층(120)과 제2 전극층(190)은 전기적으로 접속할 수 있다. 다시 말해, 제1 전극층(120)은 적어도 홀(170)의 내측 벽면으로 연장되어 도전층(180)을 이루며, 제2 전극층(190)과 접속할 수 있다. 이에 의해, 외부의 전극(미도시)과 제2 반도체층(153)은 전기적으로 도통할 수 있게 된다.
제2 전극층(190)은 제1 전극층(120)과 같이 투광성 재질로 형성될 수 있을 뿐만 아니라, 발광 구조물(150)의 활성층(152)에서 발생한 광 중 일부가 지지기판(110)을 투과하여 하부로 진행한 경우, 이를 반사하여 발광소자(100)의 광 추출효율을 향상시킬 수 있도록 Ag, Al, Pt, Rh 등의 광반사도가 높은 재질로도 형성할 수 있다.
도 2 내지 도 5는 도 1의 발광소자의 제조방법을 도시한 도이다.
도 2를 참조하면, 기판(101) 상에 발광 구조물(150) 및 제1 전극층(120)을 형성한다.
기판(101)은 사파이어 기판(Al203), GaN, SiC, ZnO, Si, GaP, InP, 그리고 GaAs 등으로 이루어진 군에서 선택될 수 있으며, 도면에 도시하지는 않았으나 기판(101)과 발광 구조물(150) 사이에는 버퍼층(미도시)이 형성될 수 있다.
버퍼층(미도시)은 3족과 5족 원소가 결합된 형태이거나 GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN 중에서 어느 하나로 이루어질 수 있으며, 도펀트가 도핑될 수도 있다.
이러한 기판(101) 또는 버퍼층(미도시) 위에는 언도프드 반도체(미도시)층이 형성될 수 있으며, 버퍼층(미도시)과 언도프드 반도체층(미도시) 중 어느 한 층 또는 두 층 모두 형성하거나 형성하지 않을 수도 있으며, 이러한 구조에 대해 한정되지는 않는다.
발광 구조물(150)은 적어도 제1 도전성 반도체층(151), 활성층(152) 및 제2 도전성 반도체층(153)을 포함할 수 있으며, 이는 도 1에서 상술한 바와 동일하므로 자세한 설명은 생략한다.
제1 전극층(120)은 발광 구조물(150) 상에 스퍼터링 등의 방법으로 상술한 투광성 재질을 이용하여 형성할 수 있다.
이어서 도 3과 같이, 제1 전극층(120) 위에 지지기판(110)을 형성할 수 있다. 지지기판(110)은 고온용 폴리머접착체 등으로 형성될 수 있는 접착층(111)에 의해 제1 전극층(120)과 접착할 수 있다. 지지기판(110)은 투광성 석영 기판으로 형성될 수 있어, 광은 발광소자(100)의 수직방향뿐 아니라, 지지기판(110)을 통한 측방향으로도 방출이 가능하다.
다음, 도 4를 참조하면, 지지기판(110)에 적어도 하나의 홀(170)을 형성할 수 있다. 홀(170)은 지지기판(110)과 접착층(111)을 관통하여 형성되며, 도 4에서 도시하는 바와 같이 도전층(180)이 형성될 수 있다. 도전층(180)은 적어도 홀(170)의 내측 벽면에 형성될 수 있으며, 도전층(180)은 제1 전극층(120)과 동일한 재질로 형성되어 투광성을 가질 수 있다.
한편, 도면에 도시하지는 않았으나, 광추출을 향상시키기 위한 구조를 지지기판(110)에 더 형성할 수 있다. 도 6에서 자세히 후술하겠지만, 지지기판(110)의 표면으로부터 내부로 갈수록 폭이 좁아지는 오목부(미도시)를 형성함으로써, 활성층(152)에서 발생 되어 지지기판(110)을 통해 수직방향으로 진행하는 광의 경로를 측방향으로 바꾸어 광의 추출효율을 향상시킬 수 있다.
다시 도 4를 참조하면, 홀(170)이 형성되고, 홀(170)의 적어도 내측 벽면에 도전층(180)이 형성된 지지기판(110)의 상에는 제2 전극층(190)이 형성될 수 있다. 제2 전극층(190)과 제1 전극층(120)은 도전층(180)에 의해 전기적으로 접속할 수 있다. 또한, 제2 전극층(190)은 Ag, Al, Pt, Rh 등의 광반사도가 높은 재질로 형성할 수 있다.
한편, 지지기판(110)이 형성되면, 상술한 기판(101)을 제거하게 된다. 여기서, 기판(101)은 물리적 또는/및 화학적 방법으로 제거할 수 있으며, 물리적 방법은 일 예로 LLO(laser lift off) 방식으로 제거할 수 있다. 도시하지는 않았으나, 기판(101)의 제거 후 발광 구조물(150)의 위에 배치된 버퍼층(미도시)을 제거해 줄 수 있다. 이때 버퍼층(미도시)은 건식 또는 습식 식각 방법, 또는 연마 공정을 통해 제거할 수 있다.
도 5를 참조하면, 제1 도전성 반도체층(151)의 표면 일부 영역 또는 전체 영역에 대해 PEC(photo electro chemical) 등의 소정의 식각 방법으로 요철(154)을 형성해 줄 수 있으며, 이러한 제1 도전성 반도체층(151)의 표면에 전극(160)을 형성할 수 있다. 여기서 요철(154) 구조는 반드시 형성하지 않을 수도 있으나, 형성하는 경우는 도 5에서 도시한 구조로 한정하지는 않는다.
도 6은 실시예에 따른 발광소자의 단면을 도시한 단면도이다.
도 6의 발광소자(200)는 지지기판(210), 지지기판(210)의 제1 면 상에 제1 전극층(220), 제1 전극층(220) 상에 발광 구조물(250), 지지기판(210)을 관통하는 홀(270), 지지기판(210)의 중앙하부에 형성된 오목부(275), 홀(270)의 적어도 내측벽면에 형성된 도전층(280) 및 지지기판(210)의 제2 면 상에 형성되고 제1 전극층(220)과 접속될 수 있는 제2 전극층(290)을 포함할 수 있다.
이하에서, 지지기판(210), 제1 전극층(220), 발광 구조물(250), 도전층(280) 및 제2 전극층(290)은 도 1 내지 도 5에서 도시하고 설명한 바와 동일하므로, 자세한 설명은 생략한다.
오목부(275)는 지지기판(210)의 표면으로부터 내부로 갈수록 폭이 좁아지는 형상을 가질 수 있으며, 일 예로 오목부(275)는 원뿔 형상일 수 있으나, 이에 한정하지는 않는다. 따라서, 도 6에 도시된 바와 같이 발광 구조물(250)의 활성층(미도시)에서 발생한 광이 투광성을 가지는 지지기판(210)을 통해 수직방향으로 진행할 때, 이의 진행 경로를 측 방향으로 바꿀 수 있다.
한편, 오목부(275)에는 제2 전극층(290)이 충진될 수 있다. 제2 전극층(290)은 Ag, Al, Pt, Rh 등의 광반사도가 높은 재질로 형성할 수 있으므로, 오목부(275)에 이러한 재질이 충진되는 경우 광의 반사도가 향상되어 발광소자(200)의 외부로 광의 추출 효율은 더욱 향상될 수 있다.
도 7은 실시예에 따른 발광소자패키지의 단면을 도시한 단면도이다.
도 7을 참조하면, 실시예에 따른 발광소자패키지(300)는 캐비티가 형성된 몸체(310), 몸체(310)의 바닥면에 실장된 광원부(320) 및 캐비티에 충진되는 봉지재(330)를 포함할 수 있고, 봉지재(330)는 형광체(340)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 광원부(320)에서 방출되는 광의 반사각이 달라질 수 있으며, 이에 따라 외부로 방출되는 광의 지향각을 조절할 수 있다. 광의 지향각이 줄어들수록 광원부(320)에서 외부로 방출되는 광의 집중성은 증가하고, 반대로 광의 지향각이 클수록 광원부(320)에서 외부로 방출되는 광의 집중성은 감소한다.
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.
광원부(320)는 몸체(310)의 바닥면에 실장되며, 일 예로 광원부(320)는 도 1 내지 도 6에서 도시하고 설명한 발광 소자일 수 있다. 발광 소자는 예를 들어, 적색, 녹색, 청색, 백색 등의 빛을 방출하는 유색 발광 소자 또는 자외선을 방출하는 UV(Ultra Violet) 발광 소자일 수 있으나, 이에 대해 한정하지는 않는다. 또한, 발광 소자는 한 개 이상 실장될 수 있다.
발광소자는 도 1 내지 도 6에서 상술한 바와 같이, 투광성 석영기판과 기판 상의 발광구조물을 포함할 수 있다. 따라서, 발광구조물의 활성층에서 발생한 광은 발광소자의 상측방향 뿐 아니라, 기판의 측 방향으로도 광의 방출이 가능해지며, 이에 따라, 특히 광원부(320)의 측면에 위치하는 형광체(340)에 의한 여기 광이 증가할 수 있다. 따라서, 실시예에 따른 발광소자패키지(300)는 고효율 백색광 구현이 가능할 수 있다.
또한, 석영기판의 중앙하부는 이러한 광 추출 효율을 더욱 향상시킬 수 있는 오목부가 형성될 수 있으며, 오목부에는 광반사도가 우수한 전극층이 충진될 수 있다.
한편, 도면에 도시하지는 않았으나, 몸체(310)는 전극(미도시)을 포함할 수 있다. 전극(미도시)은 광원부(320)와 전기적으로 연결되어 광원부(320)에 전원을 공급할 수 있다.
전극(미도시)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. 또한, 전극(미도시)은 단층 또는 다층 구조를 가지도록 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
봉지재(330)는 캐비티에 충진될 수 있으며, 형광체(340)를 포함할 수 있다.
봉지재(330)는 투명한 실리콘, 에폭시, 및 기타 수지 재질로 형성될 수 있으며, 캐비티 내에 충진한 후, 이를 자외선 또는 열 경화하는 방식으로 형성될 수 있다.
형광체(340)는 광원부(320)에서 방출되는 광의 파장에 따라 종류가 선택되어 발광소자패키지(300)가 백색광을 구현하도록 할 수 있다.
봉지재(330)에 포함되어 있는 형광체(340)는 광원부(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.
즉, 형광체(340)는 광원부(320)에서 방출되는 제1 빛을 가지는 광에 의해 여기 되어 제2 빛을 생성할 수 있다. 예를 들어, 광원부(320)가 청색 발광 다이오드이고 형광체(340)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 발광소자패키지(300)는 백색 빛을 제공할 수 있다.
이와 유사하게, 광원부(320)가 녹색 발광 다이오드인 경우는 magenta 형광체 또는 청색과 적색의 형광체(340)를 혼용하는 경우, 광원부(320)가 적색 발광 다이오드인 경우는 Cyan형광체 또는 청색과 녹색 형광체를 혼용하는 경우를 예로 들 수 있다.
이러한 형광체(340)는 YAG계, TAG계, 황화물계, 실리케이트계, 알루미네이트계, 질화물계, 카바이드계, 니트리도실리케이트계, 붕산염계, 불화물계, 인산염계 등의 공지된 것일 수 있다.
도 8은 실시예에 따른 발광소자패키지의 단면을 도시한 단면도이다.
도 8을 참조하면, 실시예에 따른 발광소자패키지(400)는, 캐비티가 형성된 몸체(410), 몸체(410)의 바닥면에 실장된 광원부(420) 및 캐비티에 충진되는 봉지재(430) 및 봉지재(430)에 포함된 형광체(440)를 포함할 수 있다. 몸체(410), 광원부(420), 봉지재(430) 및 형광체(440)는 도 7에서 설명한 바와 동일하므로 반복하여 설명하지 않는다.
도 8에 도시된 발광소자패키지(400)는 몸체(410)의 바닥에 형성된 홀(460)을 포함할 수 있으며, 홀(460)은 광원부(420)의 하부에 위치할 수 있다.
광원부(420)는 도 1 내지 도 6의 발광소자 일 수 있으며, 발광소자는 투광성 석영 기판을 포함하고, 몸체(410)에 포함되는 전극(미도시)과 전기적으로 접속될 수 있다. 이때, 광원부(420)와 전극(미도시)은 홀(460)에 의해 전기적으로 접속될 수 있다.
또한, 홀(460)은 상술한 전기적 접속뿐만 아니라, 광원부(420)에서 발생된 열이 석영 기판을 통해 전달된 경우, 이를 외부로 방열하기 위한 히트 싱크로의 기능을 아울러 수행할 수 있다.
한편, 도면에 도시하지는 않았으나, 홀(460)은 하부에서 금속재질의 방열판(미도시)과 연결되어 형성될 수 있다. 이와 같이 홀(460)에 방열특성이 우수한 금속재질의 방열판이 연결됨으로써 방열특성은 더욱 우수해질 수 있다.
도 9는 실시예에 따른 발광소자패키지의 단면을 도시한 단면도이다.
도 9를 참조하면, 발광소자패키지(500)는 캐비티가 형성된 몸체(510), 몸체(510)의 바닥면에 실장된 광원부(520) 및 캐비티에 충진되는 봉지재(530) 및 봉지재(530)에 포함되는 형광체(540)를 포함할 수 있다. 몸체(510), 광원부(520), 봉지재(530) 및 형광체(540)는 도 7에서 설명한 바와 동일하므로, 이하에서는 차이점만을 설명하기로 한다.
도 9의 발광소자패키지(500)는 광원부(520)가 실장되는 몸체(510)의 바닥면에 형성된 돌기(550)를 더 포함한다.
돌기(550)는 균일한 형태 및 일정한 패턴을 가지고 형성될 수도 있으며, 불규칙적으로 형성될 수도 있다.
형성된 돌기(550)는 발광부(520)로부터 출사된 광을 산란시켜, 발광소자패키지(500)가 넓은 시야 각을 갖도록 할 수 있으며, 색 혼합을 용이하게 하므로, 수 개의 발광소자패키지(500)가 연결되어 어레이 등을 형성할 때, 각 발광소자패키지(500)에서 발생하는 색이 자연스럽게 혼합되도록 하며, 따라서 색의 연색성을 향상시킬 수 있다.
한편, 도면에 도시하지는 않았으나, 함몰부(미도시)가 형성될 수도 있으며, 돌기(550)와 함몰부(미도시)가 동시에 형성될 수도 있다.
도 10a는 실시예에 따른 발광소자패키지를 포함하는 조명장치를 도시한 사시도이며, 도 10b는 도 10a의 조명장치의 A-A' 단면을 도시한 단면도이다.
이하에서는, 실시 예에 따른 조명장치(600)의 형상을 보다 상세히 설명하기 위해, 조명장치(600)의 길이방향(Z)과, 길이방향(Z)과 수직인 수평방향(Y), 그리고 길이방향(Z) 및 수평방향(Y)과 수직인 높이방향(X)으로 설명하기로 한다.
즉, 도 10b는 도 10a의 조명장치(600)를 길이방향(Z)과 높이방향(X)의 면으로 자르고, 수평방향(Y)으로 바라본 단면도이다.
도 10a 및 도 10b를 참조하면, 조명장치(600)는 몸체(610), 몸체(610)와 체결되는 커버(630) 및 몸체(610)의 양단에 위치하는 마감캡(650)을 포함할 수 있다.
몸체(610)의 하부면에는 발광소자모듈(640)이 체결되며, 몸체(610)는 발광소자패키지(644)에서 발생된 열이 몸체(610)의 상부면을 통해 외부로 방출할 수 있도록 전도성 및 열발산 효과가 우수한 금속재질로 형성될 수 있다.
발광소자패키지는(644)는 PCB(642) 상에 다색, 다열로 실장되어 어레이를 이룰 수 있으며, 동일한 간격으로 실장되거나 또는 필요에 따라 다양한 이격 거리를 가지고 실장될 수 있어 밝기 등을 조절할 수 있다. 이러한 PCB (642)로는 MCPCB(Metal Core PCB) 또는 FR4 재질의 PCB 등을 사용할 수 있다.
발광소자패키지(644) 투광성 석영기판과 기판상의 발광구조물을 포함하는 발광소자와 발광소자와 함께 백색광을 구현하도록 하는 형광체를 포함할 수 있다. 따라서, 발광구조물의 활성층에서 발생한 광은 발광소자의 상측방향 뿐 아니라, 기판의 측 방향으로도 광의 방출이 가능해지며, 이에 따라, 특히 발광소자의 측면에 위치하는 형광체의 여기 효율이 향상되게 된다. 따라서, 실시예에 따른 발광소자패키지(644)는 고효율 백색광 구현이 가능할 수 있다.
또한, 석영기판의 중앙하부는 이러한 광 추출 효율을 더욱 향상시킬 수 있는 오목부가 형성될 수 있으며, 오목부에는 광반사도가 우수한 재질이 충진될 수 있다.
커버(630)는 몸체(610)의 하부면을 감싸도록 원형의 형태로 형성될 수 있으나, 이에 한정되지 않음은 물론이다.
커버(630)는 내부의 발광소자모듈(640)을 외부의 이물질 등으로부터 보호한다. 또한, 커버(630)는 발광소자패키지(644)에서 발생한 광의 눈부심을 방지하고, 외부로 광을 균일하게 방출할 수 있도록 확산입자를 포함할 수 있으며, 또한 커버(630)의 내면 및 외면 중 적어도 어느 한 면에는 프리즘 패턴 등이 형성될 수 있다. 또한 커버(630)의 내면 및 외면 중 적어도 어느 한 면에는 형광체가 도포될 수도 있다.
한편, 발광소자패키지(644)에서 발생한 광은 커버(630)를 통해 외부로 방출되므로 커버(630)는 광투과율이 우수하여야하며, 발광소자패키지(644)에서 발생한 열에 견딜 수 있도록 충분한 내열성을 구비하고 있어야 하는바, 커버(630)는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylen Terephthalate; PET), 폴리카보네이트(Polycarbonate; PC) 또는 폴리메틸 메타크릴레이트(Polymethyl Methacrylate; PMMA) 등을 포함하는 재질로 형성되는 것이 바람직하다.
마감캡(650)은 몸체(610)의 양단에 위치하며 전원장치(미도시)를 밀폐하는 용도로 사용될 수 있다. 또한 마감캡(650)에는 전원핀(652)이 형성되어 있어, 실시예에 따른 조명장치(600)는 기존의 형광등을 제거한 단자에 별도의 장치 없이 곧바로 사용할 수 있게 된다.
도 11는 실시예에 따른 발광소자패키지를 포함하는 액정표시장치의 분해 사시도이다.
도 11은 에지-라이트 방식으로, 액정 표시 장치(700)는 액정표시패널(710)과 액정표시패널(710)로 빛을 제공하기 위한 백라이트 유닛(770)을 포함할 수 있다.
액정표시패널(710)은 백라이트 유닛(770)으로부터 제공되는 광을 이용하여 화상을 표시할 수 있다. 액정표시패널(710)은 액정을 사이에 두고 서로 대향하는 컬러 필터 기판(712) 및 박막 트랜지스터 기판(714)을 포함할 수 있다.
컬러 필터 기판(712)은 액정표시패널(710)을 통해 디스플레이되는 화상의 색을 구현할 수 있다.
박막 트랜지스터 기판(714)은 구동 필름(717)을 통해 다수의 회로부품이 실장되는 인쇄회로기판(718)과 전기적으로 접속되어 있다. 박막 트랜지스터 기판(714)은 인쇄회로기판(718)으로부터 제공되는 구동 신호에 응답하여 인쇄회로기판(718)으로부터 제공되는 구동 전압을 액정에 인가할 수 있다.
박막 트랜지스터 기판(714)은 유리나 플라스틱 등과 같은 투명한 재질의 다른 기판상에 박막으로 형성된 박막 트랜지스터 및 화소 전극을 포함할 수 있다.
백라이트 유닛(770)은 빛을 출력하는 발광소자모듈(720), 발광소자모듈(720)로부터 제공되는 빛을 면광원 형태로 변경시켜 액정표시패널(710)로 제공하는 도광판(730), 도광판(730)으로부터 제공된 빛의 휘도 분포를 균일하게 하고 수직 입사성을 향상시키는 다수의 필름(750, 766, 764) 및 도광판(730)의 후방으로 방출되는 빛을 도광판(730)으로 반사시키는 반사 시트(740)로 구성된다.
발광소자모듈(720)은 복수의 발광소자패키지(724)와 복수의 발광소자패키지(724)가 실장되어 어레이를 이룰 수 있도록 PCB기판(722)을 포함할 수 있다.
특히, 발광소자패키지(724)는 투광성 석영기판을 포함할 수 있으므로, 발광소자의 상측방향 뿐 아니라, 측 방향으로도 광의 방출이 가능해지며, 이에 따라, 발광소자패키지(724)는 형광체가 여기 되는 면적이 향상됨으로써, 고효율 백색광 구현이 가능하다.
한편, 백라이트유닛(770)은 도광판(730)으로부터 입사되는 빛을 액정 표시 패널(710) 방향으로 확산시키는 확산필름(766)과, 확산된 빛을 집광하여 수직 입사성을 향상시키는 프리즘필름(750)으로 구성될 수 있으며, 프리즘필름(750)를 보호하기 위한 보호필름(764)을 포함할 수 있다.
도 12는 실시예에 따른 발광소자패키지를 포함하는 액정표시장치의 분해 사시도이다. 다만, 도 11에서 도시하고 설명한 부분에 대해서는 반복하여 상세히 설명하지 않는다.
도 12은 직하 방식으로, 액정 표시 장치(800)는 액정표시패널(810)과 액정표시패널(810)로 빛을 제공하기 위한 백라이트 유닛(870)을 포함할 수 있다.
액정표시패널(810)은 도 11에서 설명한 바와 동일하므로, 상세한 설명은 생략한다.
백라이트 유닛(870)은 복수의 발광소자모듈(823), 반사시트(824), 발광소자모듈(823)과 반사시트(824)가 수납되는 하부 섀시(830), 발광소자모듈(823)의 상부에 배치되는 확산판(840) 및 다수의 광학필름(860)을 포함할 수 있다.
발광소자모듈(823) 복수의 발광소자패키지(822)와 복수의 발광소자패키지(822)가 실장되어 어레이를 이룰 수 있도록 PCB기판(821)을 포함할 수 있다.
특히, 발광소자패키지(824)는 투광성 석영기판을 포함할 수 있으므로, 발광소자의 상측방향 뿐 아니라, 측 방향으로도 광의 방출이 가능해지며, 이에 따라, 발광소자패키지(724)는 형광체가 여기 되는 면적이 향상됨으로써, 고효율 백색광 구현이 가능하다.
반사 시트(824)는 발광소자패키지(822)에서 발생한 빛을 액정표시패널(810)이 위치한 방향으로 반사시켜 빛의 이용 효율을 향상시킨다.
한편, 발광소자모듈(823)에서 발생한 빛은 확산판(840)에 입사하며, 확산판(840)의 상부에는 광학 필름(860)이 배치된다. 광학 필름(860)은 확산 필름(866), 프리즘필름(850) 및 보호필름(864)를 포함하여 구성된다.
실시예에 따른 발광소자 및 발광소자 패키지는 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.
또한, 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 이해되어져서는 안될 것이다.
100, 200 : 발광소자 101 : 기판
110, 210 : 지지기판 120, 220 : 제1 전극층
170, 270 : 홀 180, 280 : 도전층
190, 290 : 제2 전극층 275 : 오목부

Claims (15)

  1. 지지기판;
    상기 지지기판의 제1 면 상에 제1 전극층; 및
    상기 제1 전극층 상에 발광 구조물;을 포함하고,
    상기 지지기판은 투광성 석영 기판이며, 상기 지지기판은 상기 지지기판의 제1 면과 대향하는 상기 지지기판의 제2 면으로부터 상기 지지기판의 제1 면까지 관통하는 홀을 적어도 하나 포함하는 발광소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 지지기판의 제2 면에 제2 전극층을 포함하는 발광소자.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 전극층은 적어도 상기 홀의 내측 벽면으로 연장되어, 상기 제2 전극층과 접속하는 발광소자.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 지지기판의 중앙하부에는 오목부가 형성되고, 상기 오목부는 상기 지지기판의 표면에서 상기 지지기판의 내부로 갈수록 폭이 좁아지는 발광소자.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 오목부에는 상기 제2 전극층이 충진된 발광소자.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 발광 구조물의 상면은 요철구조인 발광소자.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 발광 구조물 상에 전극을 포함하는 발광소자.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 발광 구조물은 제1 도전성 반도체층, 제2 도전성 반도체층 및 상기 제1 도전성 반도체층과 상기 제2 도전성 반도체층 사이에 활성층을 포함하는 발광소자.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전극층은 투광성 전극층인 발광소자.
  10. 기판상에 적어도 제1 도전성 반도체층, 활성층 및 제2 도전성 반도체층을 포함하는 발광 구조물을 형성하는 단계;
    상기 발광 구조물 상에 제1 전극층을 형성하는 단계; 및
    상기 제1 전극층 상에 지지기판을 형성하는 단계;를 포함하고,
    상기 지지기판은 투광성 석영 기판인 발광소자 제조방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 지지기판에 적어도 하나의 홀을 형성하는 단계;를 포함하는 발광소자 제조방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 지지기판에 상기 지지기판의 표면으로부터 내부로 갈수록 폭이 좁아지는 오목부를 형성하는 단계;를 더 포함하는 발광소자 제조방법.
  13. 제11항 또는 제12항에 있어서,
    상기 홀의 적어도 내측 벽면에 도전층을 형성하는 단계; 및
    상기 지지기판상에 제2 전극층을 형성하는 단계;를 포함하고,
    상기 제2 전극층은 상기 제1 전극층과 접속하는 발광소자 제조방법.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 기판을 제거하는 단계;를 포함하는 발광소장 제조방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 발광 구조물의 상기 제1 반도체층에 요철을 형성하고,
    상기 제1 반도체층 상에 전극을 형성하는 단계를 포함하는 발광소자 제조방법.
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