KR20120050089A - 발광소자 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

실시예는 제1 도전형 반도체층과 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하는 발광 구조물; 상기 제1 도전형 반도체층 상의 제1 전극; 상기 제2 도전형 반도체층 상의 적어도 1개 이상의 홀이 형성된 절연성 기판; 및 상기 홀을 통해서 상기 제2 도전형 반도체층과 통전되는 제2 전극을 포함하는 발광소자를 제공한다.

Description

발광소자 및 그 제조방법{LIGHT EMITTING DEVICE ANT METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}
실시예는 발광소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.
반도체의 3-5족 또는 2-6족 화합물 반도체 물질을 이용한 발광 다이오드나 레이저 다이오드와 같은 발광소자는 박막 성장 기술 및 소자 재료의 개발로 적색, 녹색, 청색 및 자외선 등 다양한 색을 구현할 수 있으며, 형광 물질을 이용하거나 색을 조합함으로써 효율이 좋은 백색 광선도 구현이 가능하다.
이러한 기술의 발달로 디스플레이 소자뿐만 아니라 광 통신 수단의 송신 모듈, LCD(Liquid Crystal Display) 표시 장치의 백라이트를 구성하는 냉음극관(CCFL: Cold Cathode Fluorescence Lamp)을 대체하는 발광 다이오드 백라이트, 형광등이나 백열 전구를 대체할 수 있는 백색 발광 다이오드 조명 장치, 자동차 헤드 라이트 및 신호등에까지 응용이 확대되고 있다.
여기서, LED의 구조는 기판 상에 P 전극, 활성층, N 전극이 순차적으로 적층되고, 기판과 N 전극이 와이어 본딩되어 있으므로 전류가 상호 통전될 수 있다.
이때, 기판에 전류를 인가하면, 전류가 P전극과 N전극에 공급되기 때문에, P전극으로부터 활성층으로 정공(+)이 방출되고, N 전극으로부터 활성층으로 전자(-)가 방출된다. 따라서, 활성층에서 정공과 전자가 결합하면서 에너지 준위가 낮아지게 되고, 에너지 준위가 낮아짐과 동시에 방출되는 에너지가 빛의 형태로 발산된다.
실시예는 발광소자의 안정성과 제조공정의 효율을 향상시키고자 한다.
실시예는 제1 도전형 반도체층과 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하는 발광 구조물; 상기 제1 도전형 반도체층 상의 제1 전극; 상기 제2 도전형 반도체층 상의 적어도 1개 이상의 홀이 형성된 절연성 기판; 및 상기 홀을 통해서 상기 제2 도전형 반도체층과 통전되는 제2 전극을 포함하는 발광소자를 제공한다.
여기서, 상기 절연성 기판은 Al2O3, SiO2 및 SiC 중 적어도 하나일 수 있다.
그리고, 상기 절연성 기판은 비저항이 1×10-4 이상인 물질로 이루어질 수 있다.
그리고, 상기 홀은 상기 절연성 기판 상에 복수 개가 형성되고, 상기 제2 전극은 상기 홀의 적어도 일부에 채워질 수 있다.
그리고, 상기 홀의 수평 방향의 단면은 다각형, 원형 및 스트라이프형 중 적어도 하나일 수 있다.
그리고, 상기 홀의 크기는 5 내지 100 마이크로 미터일 수 있다.
또한, 상기 홀의 수직 방향의 단면은 스트라이프 형상일 수 있다.
다른 실시예는 절연성 기판에 관통홀을 적어도 1개 형성하는 단계; 상기 절연성 기판 상에, 제1 도전형 반도체층과 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하는 발광 구조물을 결합하는 단계; 상기 제1 도전형 반도체층 상에 제1 전극을 형성하는 단계; 및 상기 홀에 도전성 재료를 주입하여 제2 전극을 형성하는 단계를 포함하는 발광소자의 제조방법을 제공한다.
여기서, 상기 관통홀을 형성하는 단계는 상기 절연성 기판을 Cl2또는 BCl3로 식각할 수 있다.
그리고, 상기 관통홀을 형성하는 단계는 상기 절연성 기판을 드릴로 가공할 수 있다.
그리고, 상기 관통홀을 형성하는 단계는 상기 절연성 기판을 스크래칭할 수 있다.
또한, 상기 도전성 물질은 전기 도금(electro-plating)이나 전자 빔 증착(E-beam deposition) 또는 스퍼터링(Sputtering) 방법으로 상기 홀에 주입될 수 있다.
실시예에 따른 발광소자는 절연성 기판에 의해 지지되어 소자 구조가 안정되며, 절연성 기판에 형성된 관통 홀에 도전성 물질이 주입되어 발광 구조물에 전류 공급도 충분하다.
도 1은 발광소자의 일실시예의 단면도이고,
도 2a 내지 도 2g는 도 1의 발광소자의 제조공정의 일실시예를 나타낸 도면이고,
도 3a 내지 도 3d는 발광소자의 기판 상의 홀의 일실시예들을 나타낸 도면이고,
도 4a 내지 도 4c는 발광소자의 절연성 기판 상에 홀을 형성하는 공정을 나타낸 도면이고,
도 5는 발광소자의 다른 실시예를 나타낸 도면이고,
도 6은 발광소자 패키지의 일실시예를 나타낸 도면이고,
도 7은 상술한 발광소자 패키지를 포함하는 조명장치의 일실시예의 분해사시도이고,
도 8a 및 도 8b는 발광소자 패키지를 포함하는 백라이트의 일실시예를 나타낸 도면이다.
이하 본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.
상기의 실시예들의 설명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 층(막), 영역, 패드 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.
도 1은 발광소자의 일실시예의 단면도이다.
도시된 바와 같이 발광소자(100)는 제1 도전형 반도체층(122)과 활성층(124) 및 제2 도전형 반도체층(126)을 이룬다. 상기 제1 도전형 반도체층(122)은 예를 들어, n형 반도체층을 포함할 수 있는데, 상기 n형 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, Si, Ge, Sn, Se, Te 등의 n형 도펀트가 도핑될 수 있다.
상기 제1 도전형 반도체층(122) 상에 활성층(124)이 형성될 수 있다. 상기 활성층(124)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, 양자선(Quantum wire) 구조, 양자점(Quantum dot) 구조, 단일 양자 우물 구조 또는 다중 양자 우물 구조(MQW: Multi Quantum Well) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 활성층(124)은 상기 제1 도전형 반도체층(122) 및 하기의 제2 도전형 반도체층(126)으로부터 제공되는 전자 및 정공의 재결합(recombination) 과정에서 발생되는 에너지에 의해 광을 생성할 수 있다.
그리고, 상기 활성층(124) 상에는 제2 도전형 반도체층(126)이 형성될 수 있다. 상기 제2 도전형 반도체층(126)은 예를 들어 p형 반도체층으로 구현될 수 있는데, 상기 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.
여기서, 상술한 바와 다르게, 상기 제1 도전형 반도체층(122)이 p형 반도체층을 포함하고 상기 제2 도전형 반도체층(126)이 n형 반도체층을 포함할 수도 있다. 또한, 상기 제1 도전형 반도체층(122) 상에는 n형 또는 p형 반도체층을 포함하는 제3 도전형 반도체층(미도시)이 형성될 수도 있는데, 이에 따라 본 실시예에 따른 상기 발광 소자는 np, pn, npn, pnp 접합 구조 중 적어도 어느 하나를 가질 수 있다.
또한, 상기 제1 도전형 반도체층(122) 및 상기 제2 도전형 반도체층(126) 내의 도전형 도펀트의 도핑 농도는 균일 또는 불균일하게 형성될 수 있다. 즉, 상기 복수의 반도체층의 구조는 다양하게 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
그리고, 상기 제2 도전형 반도체층(126) 상에는 오믹층(130)이 약 200 옹스트롱 정도의 두께로 배치된다. 상기 오믹층(130)은 ITO(indium tin oxide), IZO(indium zinc oxide), IZTO(indium zinc tin oxide), IAZO(indium aluminum zinc oxide), IGZO(indium gallium zinc oxide), IGTO(indium gallium tin oxide), AZO(aluminum zinc oxide), ATO(antimony tin oxide), GZO(gallium zinc oxide), IZON(IZO Nitride), AGZO(Al-Ga ZnO), IGZO(In-Ga ZnO), ZnO, IrOx, RuOx, NiO, RuOx/ITO, Ni/IrOx/Au, 및 Ni/IrOx/Au/ITO, Ag, Ni, Cr, Ti, Al, Rh, Pd, Ir, Sn, In, Ru, Mg, Zn, Pt, Au, Hf 중 적어도 하나를 포함하여 형성될 수 있으며, 이러한 재료에 한정되는 않는다.
그리고, 상기 오믹층(130) 상에 반사층(140)이 약 2500 옹스르통의 두께로 배치될 수 있다. 상기 반사층(140)은 알루미늄(Al), 은(Ag), 니켈(Ni), 백금(Pt), 로듐(Rh), 혹은 Al이나 Ag이나 Pt나 Rh를 포함하는 합금을 포함하는 금속층으로 이루어질 수 있다. 알루미늄이나 은 등은 상기 활성층(160)에서 발생된 빛을 효과적으로 반사하여 발광소자의 광추출 효율을 개선할 수 있다. 상기 오믹층(130)과 반사층(140)이 제2 전극으로 작용할 수 있다.
그리고, 상기 오믹층(130)가 반사층(140)을 감싸는 형태로 도전층(150)이 배치될 수 있는데, 상기 도전층(150)은 Ni, Pt, Ti, W, V, Fe 및 Mo로 구성되는 군으로부터 선택되는 물질 중 적어도 하나 이상으로 이루어지며, 하나의 층 또는 복수 개의 층으로 이루어지고, 발광 구조물(120)에서 방출된 빛의 확산층(diffusion layer)로 작용할 수 있다.
그리고, 상기 도전층(150) 상에 절연성 기판(170)이 배치될 수 있다. 상기 절연성 기판(170)은 발광소자(100)를 지지하는 역할을 하며 비저항이 1×10-4 이상인 물질로 이루어질 수 있고, 일 예로써 Al2O3, SiO2 및 SiC 등 절연설 물질과 이들의 합금으로 이루어질 수 있다. 이러한 절연성 기판(170)은 통상적인 금속보다 강성이어서, 발광소자(100)의 소자 안정성에 도움이 된다.
상기 절연성 기판(170)은 50~100 마이크로 미터의 두께를 가지는데, 너무 얇으면 소자 지지에 충분하지 않고 너무 두꺼우면 소자의 두께와 무게를 증가시키는 원인이 될 수 있다.
여기서, 상기 도전층(150)과 상기 절연성 기판(170)과의 결합을 위하여, 상기 도전층(150)이 결합층의 역할을 기능을 수행하거나, 금(Au), 주석(Sn), 인듐(In), 알루미늄(Al), 실리콘(Si), 은(Ag), 니켈(Ni) 및 구리(Cu)로 구성되는 군으로부터 선택되는 물질 또는 이들의 합금으로 결합층(160)이 배치될 수 있다.
그리고, 상기 절연성 기판(170) 에는 적어도 1개의 홀(hole)이 형성되며, 상기 홀에는 도전성 물질이 채워져서 제2 전극(185b)을 형성할 수 있다. 여기서, 상기 제2 전극(185b)은 상기 홀 내의 도전성 물질과 오믹층(130) 및 반사층(140) 등이 함께 작용하여, 상기 제2 도전형 반도체층(126)과 통전될 수 있다.
그리고, 상기 제2 전극(185b)은 상기 홀 내에 삽입되고, 상기 절연성 기판(170) 상에 하나의 층을 이룰 수 있는데, 패키지에 실장될 때 컨택을 용이하게 할 수 있다.
즉, 상기 발광소자의 지지기판으로 절연성 물질을 사용하되, 제2 도전형 반도체층(126)과 컨택하는 전극을 형성하기 위하여, 상기 절연성 기판(170) 상에 홀을 형성하고 홀에 도전성 물질을 채우는데, 상기 도전성 물질은 Au, Cu, Ni, Mo, Al 및 W 등으로 이루어질 수 있다.
여기서, 상기 홀은 상기 절연성 기판(170) 상에 하나로 형성되지 않고 복수 개가 형성될 수 있고, 이때 상기 제2 전극(185b)을 이루는 도전성 물질은 상기 모든 홀에 채워지지 않을 수 있다. 복수 개의 홀에 도전성 물질이 채워져서 전류를 발광소자(100)에 고루 공급할 수 있으며, 열방출도 고르게 할 수 있다.
도 3a 내지 도 3d는 발광소자의 기판 상의 홀의 일실시예들을 나타낸 도면이다. 도 3a 내지 도 3c는 도 1의 발광소자의 절연성 기판(170)의 I-I'축 방향의 단면도이고, 도 3d는 I-I'축과 수직한 방향의 단면도이다.
도시된 바와 같이 상기 절연성 기판(170) 상의 홀(185a)의 단면은 원형, 삼각형, 사각형 등의 다각형 형상이나, 스트라이프 형상을 이룰 수 있다. 이때, 상기 홀(185a)의 수직 방향의 단면은 도 3d에 도시된 바와 같이 소정 폭을 갖는 기둥 형상일 수 있다. 그리고, 상기 홀(185a)에는 도전성 물질이 채워져서 제2 전극(185b)을 이룰 수 있다.
그리고, 상기 절연성 기판(170) 하나의 크기는 850 내지 2000 마이크로 미터인데, 여기서 크기는 사각형의 경우 한 변의 길이를 원형일 경우 직경을 뜻한다. 그리고, 상기 홀의 크기는 5 내지 100 마이크로 미터이며, 스트라이프 타입의 경우 폭이 5 내지 100 마이크로 미터이고 길이는 상기 절연성 기판(170) 전체보다 작다.
도 2a 내지 도 2g는 도 1의 발광소자의 제조공정의 일실시예를 나타낸 도면이다.
먼저, 도 2a에 도시된 바와 같이 기판(110) 상에 제1 도전형 반도체층(122)과 활성층(124) 및 제2 도전형 반도체층(126)을 포함하는 발광 구조물(120)을 성장시킨다.
이때, 상기 기판(110)과 발광 구조물(120) 사이에는 버퍼층(미도시)을 성장시킬 수 있는데, 기판(110)과 발광 구조물(120) 사이의 재료의 격자 부정합 및 열 팽창 계수의 차이를 완화하기 위한 것이며, 저온에서 성장된 3족-5족 화합물 반도체 예컨대, GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN 중 적어도 하나로 형성될 수 있다. 그리고, 상기 버퍼층(미도시) 위에는 언도프드(undoped) 반도체층이 형성될 수 있다.
상기 제1 도전형 반도체층(122)과 활성층(124)과 제2 도전형 반도체층(126)은, MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition), MBE(Molecular Beam Epitaxy), HVPE(Hydride Vapor Phase Epitaxy)법과 같은 기상 증착법에 의해 성장될 수 있다.
구체적으로, 상기 제1 도전형 반도체층(122)은 화학증착방법(CVD) 혹은 분자선 에피택시 (MBE) 혹은 스퍼터링 혹은 수산화물 증기상 에피택시(HVPE) 등의 방법을 사용하여 N형 GaN층을 형성할 수 있다. 또한, 상기 제1 도전형 반도체층(122)은 챔버에 트리메틸 갈륨 가스(TMGa), 암모니아 가스(NH3), 질소 가스(N2), 및 실리콘(Si)와 같은 n 형 불순물을 포함하는 실란 가스(SiH4)가 주입되어 형성될 수 있다.
상기 활성층(124)은 트리메틸 갈륨 가스(TMGa), 암모니아 가스(NH3), 질소 가스(N2), 및 트리메틸 인듐 가스(TMIn)가 주입되어 다중 양자우물구조가 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
그리고, 상기 제2 도전형 반도체층(126)은 챔버에 트리메틸 갈륨 가스(TMGa), 암모니아 가스(NH3), 질소 가스(N2), 및 마그네슘(Mg)이나 알루미늄(Al)과 같은 p형 불순물을 포함하는 비세틸 사이클로 펜타디에닐 마그네슘(EtCp2Mg){Mg(C2H5C5H4)2}가 주입되어 p형 GaN층이 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
그리고, 도 2b에 도시된 바와 같이 상기 제2 도전형 반도체층(126)의 일부 상에 오믹층(130)과 반사층(140)을 형성할 수 있는데, 그 조성은 상술한 바와 같으며 상기 오믹층(130)은 스퍼터링법이나 전자빔 증착법으로 형성될 수 있다.
그리고, 도 2c에 도시된 바와 같이 상기 제2 도전형 반도체층(126)의 노출된 영역과 반사층(140) 상에 도전층(150)을 형성하여, 상기 오믹층(130)과 반사층(140)을 고정시킬 수 있다.
그리고, 도 2d에 도시된 바와 같이 상기 기판(110)을 분리한다.
상기 기판(110)의 제거는 엑시머 레이저 등을 이용한 레이저 리프트 오프(Laser Lift Off: LLO)의 방법으로 할 수도 있으며, 건식 및 습식 식각의 방법으로 할 수도 있다.
레이저 리프트 오프법을 예로 들면, 상기 기판(110) 방향으로 일정 영역의 파장을 가지는 엑시머 레이저 광을 포커싱(focusing)하여 조사하면, 상기 기판(110)과 발광 구조물(120)의 경계면에 열 에너지가 집중되어 경계면이 갈륨과 질소 분자로 분리되면서 레이저 광이 지나가는 부분에서 순간적으로 기판(110)의 분리가 일어난다.
그리고, 도 2e에 도시된 바와 같이 각각의 발광 소자 단위로 다이싱(dicing)한 후, 도 2f에 도시된 바와 같이 상기 절연성 기판(170) 상에 도전층(150) 등을 결합한다. 이때, 상기 절연성 기판(170)은 전기화학적인 금속증착방법이나 유테틱 메탈을 이용한 본딩 방법 등으로 형성될 수 있는데, 일 예로써 결합층(160)을 통하여 본딩될 수 있다. 통상의 금속보다 강성인 절연성 기판(170)을 사용하여, 공정 상의 편의와 완성된 발광소자의 안정적인 지지 구조를 확보할 수 있다.
그리고, 도 2g에 도시된 바와 같이 상기 절연성 기판(170) 상에 홀을 형성하고, 상기 홀에 도전성 물질을 주입하여 제2 전극(185b)를 형성한다. 본 실시예에서, 상기 절연성 기판(170)을 본딩한 후 (관통)홀을 형성하였으나, 홀이 형성된 절연성 기판(170)을 본딩할 수도 있다.
그리고, 상기 도전성 물질은 전기 도금(electro-plating)이나 전자 빔 증착(E-beam deposition) 또는 스퍼터링(Sputtering)으로 상기 홀에 주입될 수 있다. 상술한 바와 같이, 절연성 기판(170)에 홀을 형성 및 도전성 물질을 주입한 후에 발광 구조물(120)과 본딩할 수 있으나, 상기 절연성 기판(170)에 발광 구조물(120)을 본딩한 후에 도전성 물질의 주입 공정 또는 홀을 형성 및 도전성 물질의 주입 공정 전체가 수행될 수도 있다.
금속보다 강성의 절연성 기판을 사용하여 버(Burr)의 발생이 예방되어, 발광소자의 제조공정에서 휨을 방지할 수도 있다.
그리고, 상기 제1 도전형 반도체층(122) 상에 알루미늄(Al), 티타늄(Ti), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 구리(Cu), 금(Au) 중 적어도 하나를 포함하는 제1 전극(180)을 형성하는데, 단층 또는 다층 구조로 형성할 수 있다.
도 4a 내지 도 4c는 발광소자의 절연성 기판 상에 홀을 형성하는 공정을 나타낸 도면이다. 이하에서, 도 4a 내지 도 4c를 참조하여 발광소자의 절연성 기판 상에 홀을 형성하는 공정을 설명한다.
절연성 기판(170) 상에는 (관통)홀이 적어도 2개 형성되는데, 도 4a에 도시된 바와 같이 절연성 기판(170) 상에 마스크(200)를 씌우고 Cl2 또는 BCl3 등의 식각액(210)으로 에칭하여 홀을 형성할 수 있다.
그리고, 도 4b에 도시된 바와 같이 상기 절연성 기판(170)을 드릴(220)로 가공하여 홀을 형성하거나, 도 4c에 도시된 바와 같이 상기 절연성 기판(170)을 송곳(230) 등으로 스크래칭할 수도 있다. 특히, 스크래칭의 경우에 관통홀이 스트라이프 타입으로 형성될 수 있다.
그리고, 상기 도전성 물질은 상기 절연성 기판(170)의 외측면에 하나 또는 복수 개의 층을 이룰 수 있는데, Ni/TiW/Ni의 3층 구조로 각각 200 옹스트롱/300 옹스트롱/500 옹스트롱의 두께를 가질 수 있다.
도 5는 발광소자의 다른 실시예를 나타낸 도면이다. 본 실시예는 발광소자(100)의 채널에 에칭 스톱층(190)이 형성되는데, SiO2, Si3N4, TiOx 및 Al2O3 등의 절연성 물질을 채널 부근에 패터닝하여 도전형 반도체층(120)의 다이싱 등의 공정에서 제1 도전형 반도체층(122)과 제2 도전형 반도체층(126)의 단락을 방지할 수 있다.
그리고, 상기 발광 구조물(120)의 측면에 패시베이션층(195)을 형성한다. 상기 패시베이션층(195)은 절연물질로 이루어질 수 있으며, 상기 절연물질은 비전도성인 산화물이나 질화물로 이루어질 수 있다. 일 예로서, 상기 패시베이션층(195)은 실리콘 산화물(SiO2)층, 산화 질화물층, 산화 알루미늄층으로 이루어질 수 있다
도 6은 발광소자 패키지의 일실시예를 나타낸 도면이다. 본 실시예에 따른 발광소자 패키지는 상술한 발광소자가 배치된 패키지이다.
도시된 바와 같이, 실시예에 따른 발광 소자 패키지는 패키지 몸체(320)와, 상기 패키지 몸체(320)에 설치된 제1 전극층(311) 및 제2 전극층(312)과, 상기 패키지 몸체(320)에 설치되어 상기 제1 전극층(311) 및 제2 전극층(312)과 전기적으로 연결되는 실시예에 따른 발광 소자(100)와, 상기 발광 소자(100)를 포위하는 충진재(340)를 포함한다.
상기 패키지 몸체(320)는 실리콘 재질, 합성수지 재질, 또는 금속 재질을 포함하여 형성될 수 있으며, 상기 발광 소자(100)의 주위에 경사면이 형성되어 광추출 효율을 높일 수 있다.
상기 제1 전극층(311) 및 제2 전극층(312)은 서로 전기적으로 분리되며, 상기 발광 소자(100)에 전원을 제공한다. 또한, 상기 제1 전극층(311) 및 제2 전극층(312)은 상기 발광 소자(100)에서 발생된 광을 반사시켜 광 효율을 증가시킬 수 있으며, 상기 발광 소자(100)에서 발생된 열을 외부로 배출시키는 역할을 할 수도 있다.
상기 발광 소자(100)는 상기 패키지 몸체(320) 상에 설치되거나 상기 제1 전극층(311) 또는 제2 전극층(312) 상에 설치될 수 있다.
상기 발광 소자(100)는 상기 제1 전극층(311) 및 제2 전극층(312)과 와이어 방식, 플립칩 방식 또는 다이 본딩 방식 중 어느 하나에 의해 전기적으로 연결될 수도 있다.
상기 충진재(340)는 상기 발광 소자(100)를 포위하여 보호할 수 있다. 또한, 상기 충진재(340)에는 형광체가 포함되어 상기 발광 소자(100)에서 방출된 광의 파장을 변화시킬 수 있다.
상기 발광소자 패키지는 평탄한 기판 상에 크랙 없는 발광 소자가 구비되어, 소자의 안정성이 향상되는데, 상기 발광소자 패키지는 상기에 개시된 실시 예들의 발광소자 중 적어도 하나를 하나 또는 복수개로 탑재할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
실시 예에 따른 발광소자 패키지는 복수개가 기판 상에 어레이되며, 상기 발광소자 패키지의 광 경로 상에 광학 부재인 도광판, 프리즘 시트, 확산 시트 등이 배치될 수 있다. 이러한 발광소자 패키지, 기판, 광학 부재는 라이트 유닛으로 기능할 수 있다. 또 다른 실시 예는 상술한 실시 예들에 기재된 반도체 발광소자 또는 발광소자 패키지를 포함하는 표시 장치, 지시 장치, 조명 시스템으로 구현될 수 있으며, 예를 들어, 조명 시스템은 램프, 가로등을 포함할 수 있다.
도 7은 상술한 발광소자 패키지를 포함하는 조명장치의 일실시예의 분해사시도이다.
실시예에 따른 조명 장치는 광을 투사하는 광원(600)과 상기 광원(600)이 내장되는 하우징(400)과 상기 광원(600)의 열을 방출하는 방열부(500) 및 상기 광원(600)과 방열부(500)를 상기 하우징(400)에 결합하는 홀더(700)를 포함하여 이루어진다.
상기 하우징(400)은 전기 소켓(미도시)에 결합되는 소켓 결합부(410)와, 상기 소켓결합부(410)와 연결되고 광원(600)이 내장되는 몸체부(420)를 포함한다. 몸체부(420)에는 하나의 공기유동구(430)가 관통하여 형성될 수 있다.
상기 하우징(400)의 몸체부(420) 상에 복수 개의 공기유동구(430)가 구비되어 있는데, 상기 공기유동구(430)는 하나의 공기유동구로 이루어지거나, 복수 개의 유동구를 도시된 바와 같은 방사상 배치 이외의 다양한 배치도 가능하다.
그리고, 상기 광원(600)은 기판(610) 상에 복수 개의 발광소자 패키지(650)가 구비된다. 여기서, 상기 기판(610)은 상기 하우징(400)의 개구부에 삽입될 수 있는 형상일 수 있으며, 후술하는 바와 같이 방열부(500)로 열을 전달하기 위하여 열전도율이 높은 물질로 이루어질 수 있다.
그리고, 상기 광원의 하부에는 홀더(700)가 구비되는데 상기 홀더(700)는 프레임과 또 다른 공기 유동구를 포함할 수 있다. 또한, 도시되지는 않았으나 상기 광원(100)의 하부에는 광학 부재가 구비되어 상기 광원(100)의 발광소자 패키지(150)에서 투사되는 빛을 확산, 산란 또는 수렴시킬 수 있다.
상기 조명 장치는 광원으로 사용되는 발광소자에서 기판이 휘는 보잉 현상이 감소하고, 발광 구조물 내의 질화물 반도체층의 결함(defect)이 발생하지 않아서 전기적 또는 광학적 특성의 저하가 방지
도 8a 및 도 8b는 발광소자 패키지를 포함하는 백라이트의 일실시예를 나타낸 도면이다.
도 8a에 도시된 바와 같이, 백라이트는 바텀 커버(Bottom cover, 810)와, 상기 바텀 커버의 내부의 일측에 마련되는 발광 소자 패키지 모듈(미도시)과, 상기 바텀 커버(810)의 전면에 배치되는 반사판(820)과, 상기 반사판(820)의 전방에 배치되며 상기 발광모듈에서 발산되는 빛을 표시장치 전방으로 안내하는 도광판(830)과, 상기 도광판(30)의 전방에 배치되는 광학 부재(840)를 포함한다. 그리고, 백라이트를 포함하는 디스플레이 장치는 상술한 구성 외에 상기 광학 부재(840)의 전방에 배치되는 액정 표시 패널(860)과, 상기 액정 표시 패널(860)의 전방에 마련되는 탑 커버(Top cover, 870)와, 상기 바텀 커버(810)와 상기 탑 커버(870) 사이에 배치되어 상기 바텀 커버(810)와 상기 탑 커버(870)를 함께 고정시키는 고정부재(850)를 포함할 수 있다.
상기 도광판(830)은 상기 발광모듈(미도시)에서 방출되는 광이 면광원 형태로 출사되도록 안내하는 역할을 하고, 상기 도광판(30)의 후방에 배치되는 반사판(820)은 상기 발광 소자 패키지 모듈(미도시)에서 방출된 광이 상기 도광판(830)방향으로 반사되도록 하여 광효율을 제고하는 역할을 한다.
다만, 상기 반사판(820)은 본 도면처럼 별도의 구성요소로 마련될 수도 있고, 상기 도광판(830)의 후면이나, 상기 바텀 커버(810)의 전면에 반사도가 높은 물질로 코팅되는 형태로 마련되는 것도 가능하다.
여기서, 반사판(820)은 반사율이 높고 초박형으로 사용 가능한 소재를 사용할 수 있고, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PolyEthylene Terephtalate; PET)를 사용할 수 있다.
그리고, 도광판(830)은 발광 소자 패키지 모듈에서 방출되는 빛을 산란시켜 그 빛이 액정 표시 장치의 화면 전영역에 걸쳐 균일하게 분포되도록 한다. 따라서, 도광판(830)은 굴절률과 투과율이 좋은 재료로 이루어지는데, 폴리메틸메타크릴레이트(PolyMethylMethAcrylate; PMMA), 폴리카보네이트(PolyCarbonate; PC), 또는 폴리에틸렌(PolyEthylene; PE) 등으로 형성될 수 있다.
그리고, 광학 부재(840)가 상기 도광판(830)의 상부에 구비되어 도광판(830)에서 출사되는 빛을 소정 각도로 확산시킨다. 광학 부재(840)는 상기 도광판(830)에 의해 인도된 빛을 액정 표시 패널(860) 방향으로 균일하게 조사되도록 하다.
광학 부재(840)로는 확산 시트, 프리즘 시트 또는 보호 시트 등의 광학 시트가 선택적으로 적층되거나, 마이크로 렌즈 어레이를 사용할 수도 있다. 이때, 복수 개의 광학 시트를 사용할 수도 있으며, 광학 시트는 아크릴 수지, 폴리우레탄 수지 또는 실리콘 수지 등과 같은 투명 수지로 이루어질 수 있다. 그리고, 상술한 프리즘 시트 내에 형광 시트가 포함될 수도 있음은 상술한 바와 동일하다.
그리고, 상기 광학 부재(840)의 전면에는 액정 표시 패널(860)이 구비될 수 있다. 여기서, 액정 표시 패널(860) 외에 광원을 필요로 하는 다른 종류의 디스플레이 장치가 구비될 수 있음은 당연하다.
도 8b는 백라이트의 광원 부분의 단면도이다.
도시된 바와 같이, 바텀 커버(810) 상에는 상기 반사판(820)이 놓이게 되고, 상기 반사판(820)의 위에는 상기 도광판(830)이 놓이게 된다. 그리하여 상기 반사판(820)은 상기 방열부재(미도시)와 직접 접촉될 수도 있다.
그리고, 각각의 발광 소자 패키지(882)가 고정된 인쇄회로기판(881)은 브라켓(812) 상에 접합될 수 있다. 여기서, 브라켓(812)은 상기 발광 소자 패키지(882)의 고정 외에 열방출을 위하여 열전도율이 높은 물질로 이루어질 있고, 도시되지는 않았으나, 브라켓(812)과 발광 소자 패키지(882) 사이에는 열 패드가 구비되어 열 전달을 용이하게 할 수 있다.
그리고, 브라켓(812)는 도시된 바와 같이 'ㄴ'자 타입으로 구비되어, 가로부(812a)는 바텀 커버(810)에 의하여 지지되고, 세로부(812b)는 상기 인쇄회로기판(881)을 고정할 수 있다.
상기 백라이트 유닛은 광원으로 사용되는 발광소자에서 기판이 휘는 보잉 현상이 감소하고, 발광 구조물 내의 질화물 반도체층의 결함(defect)이 발생하지 않아서 전기적 또는 광학적 특성의 저하가 방지된다.
이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100 : 발광소자 110 : 기판
120 : 발광 구조물 122 : 제1 도전형 반도체층
124 : 활성층 126 : 제2 도전형 반도체층
130 : 오믹층 140 : 반사층
150 : 도전층 160 : 결합층
170 : 절연성 기판 180a : 홀
185b : 제2 전극 190 : 에칭 스톱층
195 : 패시베이션층 200 : 마스크
210 : 식각액 220 : 드릴
230 : 송곳 311 : 제1 전극층
312 : 제2 전극층 320 : 패키지 몸체
340 : 충진재 400 : 하우징
500 : 방열부 600 : 광원
700 : 홀더 810 : 바텀 커버
820 : 반사판 830 : 도광판
840 : 광학부재 860 : 액정 표시 패널
870 : 탑 커버

Claims (12)

  1. 제1 도전형 반도체층과 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하는 발광 구조물;
    상기 제1 도전형 반도체층 상의 제1 전극;
    상기 제2 도전형 반도체층 상의 적어도 1개 이상의 홀이 형성된 절연성 기판; 및
    상기 홀을 통해서 상기 제2 도전형 반도체층과 통전되는 제2 전극을 포함하는 발광소자.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 절연성 기판은 Al2O3, SiO2 및 SiC 중 적어도 하나인 발광소자.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 절연성 기판은 비저항이 1×10-4 이상인 물질로 이루어진 발광소자.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 홀은 상기 절연성 기판 상에 복수 개가 형성되고, 상기 제2 전극은 상기 홀의 적어도 일부에 채워진 발광소자.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 홀의 수평 방향의 단면은 다각형, 원형 및 스트라이프형 중 적어도 하나인 발광소자.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 홀의 크기는 5 내지 100 마이크로 미터인 발광소자.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 홀의 수직 방향의 단면은 스트라이프 형상인 발광소자.
  8. 절연성 기판에 관통홀을 적어도 1개 형성하는 단계;
    상기 절연성 기판 상에, 제1 도전형 반도체층과 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하는 발광 구조물을 결합하는 단계;
    상기 제1 도전형 반도체층 상에 제1 전극을 형성하는 단계; 및
    상기 홀에 도전성 물질을 주입하여 제2 전극을 형성하는 단계를 포함하는 발광소자의 제조방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 관통홀을 형성하는 단계는 상기 절연성 기판을 Cl2또는 BCl3로 식각하는 발광소자의 제조방법.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 관통홀을 형성하는 단계는 상기 절연성 기판을 드릴로 가공하는 발광소자의 제조방법.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 관통홀을 형성하는 단계는 상기 절연성 기판을 스크래칭하는 발광소자의 제조방법.
  12. 제 8 항에 있어서,
    상기 도전성 물질은 전기 도금(electro-plating)이나 전자 빔 증착(E-beam deposition) 또는 스퍼터링(Sputtering) 방법으로 상기 홀에 주입되는 발광소자의 제조방법.
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