KR20120130853A - 발광 소자 및 발광 소자 패키지 - Google Patents
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Abstract
발광 소자는 제1 전극, 상기 제1 전극 아래에 배치되는 발광 구조물, 상기 발광 구조물 아래에 배치되는 반사층, 상기 반사층 아래에 배치되는 제1 지지 부재, 및 상기 제1 지지 부재 아래에 배치되고, 상기 제1 지지 부재와 다른 열 전도도를 갖는 반도체 지지 부재를 포함한다.
Description
실시 예는 발광 소자와 그 제조 방법 및 발광 소자 패키지에 관한 것이다.
발광 소자가 조명용으로 응용되기 위해서는 LED를 이용하여 백색광을 얻을 수 있어야 한다. 백색 반도체 발광 장치를 구현하는 방법에는 크게 3가지가 알려져 있다.
첫 번째 방법은 빛의 삼원색인 적색, 녹색, 청색을 내는 3개의 LED를 조합하여 백색을 구현하는 방법이다. 두 번째 방법은 자외선 LED를 광원으로 이용하여 삼원색 형광체를 여기시켜 백색을 구현하는 방법으로서, R,G,B 형광체를 발광 물질로서 이용한다. 세 번째 방법은 청색 LED를 광원으로 이용하여 황색 형광체를 여기시킴으로써 백색을 구현하는 방법이며, 일반적으로 YAG:Ce 형광체를 발광 물질로서 이용한다.
실시 예는 동작 전압을 낮추고, 광 출력 효율을 향상시킬 수 있는 발광 소자 및 발광 소자 패키지를 제공한다.
실시 예에 따른 발광 소자는 제1 전극, 상기 제1 전극 아래에 배치되는 발광 구조물, 상기 발광 구조물 아래에 배치되는 반사층, 상기 반사층 아래에 배치되는 제1 지지 부재, 및 상기 제1 지지 부재 아래에 배치되고, 상기 제1 지지 부재와 다른 열 전도도를 갖는 반도체 지지 부재를 포함한다.
상기 제1 지지 부재는 텅스텐(W), 구리(Cu), 및 몰리브덴(Mo) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 반도체 지지 부재는 실리콘, GaP, Ge, GaAs, ZnO, 및 SiC 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 반도체 지지 부재의 열 전도도는 상기 제1 지지 부재의 열전도도의 1/3 이하일 수 있다. 상기 반도체 지지 부재의 두께는 1 um ~ 500um일 수 있다. 상기 발광 구조물은 제2 도전형 반도체층, 활성층, 및 제1 도전형 반도체층을 포함할 수 있다.
상기 발광 소자는 상기 반도체 지지 부재와 상기 제1 지지 부재 사이에 배치되고, 상기 반도체 지지 부재와 상기 제1 지지 부재를 접합하는 제1 접합층을 더 포함할 수 있다.
상기 발광 소자는 상기 제1 지지 부재와 상기 반사층 사이에 배치되는 제2 접합층, 상기 제2 접합층과 상기 반사층 사이에 배치되는 배리어층, 및 상기 배리어층과 상기 발광 구조물 사이에 배치되는 오믹층을 더 포함할 수 있다.
상기 발광 소자는 상기 제1 전극과 제1 방향으로 오버랩되는 전류 차단층, 및 상기 발광 구조물의 측면에 배치되는 패시베이션층을 더 포함하며, 상기 제1 방향은 상기 제2 전극층으로부터 상기 발광 구조물로 향하는 방향일 수 있다.
다른 실시 예에 따른 조명 장치는 패키지 몸체, 상기 패키지 몸체에 배치되는 제1 금속층 및 제2 금속층, 상기 제1 금속층 및 제2 금속층과 전기적으로 연결되도록 상기 패키지 몸체에 장착되는 발광 소자, 및 상기 발광 소자를 포위하는 수지층(resin layer)을 포함하며, 상기 발광 소자는 제1 전극, 상기 제1 전극 아래에 배치되는 발광 구조물, 상기 발광 구조물 아래에 배치되는 반사층, 상기 반사층 아래에 배치되는 제1 지지 부재, 및 상기 제1 지지 부재 아래에 배치되고, 상기 제1 지지 부재와 다른 열 전도도를 갖는 반도체 지지 부재를 포함할 수 있다.
상기 반도체 지지 부재는 상기 제1 지지 부재와 상기 제2 금속층 사이에 배치되고, 상기 제1 지지 부재의 열은 상기 반도체 지지 부재를 통하여 상기 제2 금속층으로 전도될 수 있다.
실시 예는 동작 전압을 낮추고, 광 출력 효율을 향상시킬 수 있다.
도 1은 실시 예에 따른 발광 소자의 평면도를 나타낸다.
도 2는 도 1에 도시된 발광 소자의 AB 방향으로 절단한 단면도를 나타낸다.
도 3은 다른 실시 예에 따른 발광 소자의 단면도를 나타낸다.
도 4는 실시 예에 따른 발광 소자를 포함하는 발광 소자 패키지를 나타낸다.
도 5는 실시 예에 따른 발광 소자를 포함하는 조명 장치를 나타낸다.
도 6a는 실시 예에 따른 발광 소자 패키지를 포함하는 표시 장치를 나타낸다.
도 6b는 도 6a에 도시된 표시 장치의 광원 부분의 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 발광 소자의 AB 방향으로 절단한 단면도를 나타낸다.
도 3은 다른 실시 예에 따른 발광 소자의 단면도를 나타낸다.
도 4는 실시 예에 따른 발광 소자를 포함하는 발광 소자 패키지를 나타낸다.
도 5는 실시 예에 따른 발광 소자를 포함하는 조명 장치를 나타낸다.
도 6a는 실시 예에 따른 발광 소자 패키지를 포함하는 표시 장치를 나타낸다.
도 6b는 도 6a에 도시된 표시 장치의 광원 부분의 단면도이다.
이하, 실시 예들은 첨부된 도면 및 실시 예들에 대한 설명을 통하여 명백하게 드러나게 될 것이다. 실시 예들의 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. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시 예에 따른 발광 소자, 그 제조 방법, 및 발광 소자 패키지에 대해 설명한다.
도 1은 실시 예에 따른 발광 소자(100)의 평면도를 나타내고, 도 2는 도 1에 도시된 발광 소자(100)를 AB 방향으로 절단한 단면도를 낸다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 발광 소자(100)는 제1 지지 부재(support assembly, 110), 제2 지지 부재(120), 배리어층(barrier layer, 130), 반사층(reflector layer, 135), 오믹층(ohmic layer, 140), 보호층(145), 전류 차단층(Current Blocking Layer, 150), 발광 구조물(160), 패시베이션층(passivation layer, 170), 및 제1 전극(180)을 포함한다.
제1 지지 부재(110), 제2 지지 부재(120), 배리어층(130), 반사층(135), 및 오믹층(140)은 발광 구조물(160)에 전원을 공급하는 제2 전극층을 구성할 수 있다.
제2 지지 부재(120)는 제1 지지 부재(110) 상에 배치된다. 제1 지지 부재(110) 및 제2 지지 부재(120)는 발광 구조물(160)을 지지한다. 발광 구조물(160)로부터 발생하는 열은 제2 지지 부재(110) 및 제1 지지 부재(120)로 전도되어 후술하는 발광 소자 패키지의 금속층으로 열을 방출한다. 회로 기판에 발광 소자가 직접 실장되는 COB(Chip On Board)의 경우에는 제2 지지 부재(120) 및 제1 지지 부재(110)를 통하여 회로 기판으로 열이 방출된다.
제1 지지 부재(110) 및 제2 지지 부재(120)는 서로 다른 열전도도(thermal conductivity)를 갖는다. 제1 지지 부재(110)는 제1 열 전도도를 갖는 물질이고, 제2 지지 부재(120)는 제2 열 전도도를 갖는 물질일 수 있다. 예컨대, 제2 지지 부재(120)는 구리(Cu) 텅스텐(W), 및 몰리브덴(Mo) 중 적어도 하나를 포함하는 금속 지지 부재일 수 있다.
제1 지지 부재(110)는 제1 지지 부재(110)와 다른 열 전도도를 갖는 반도체 물질로 이루어지는 반도체 지지 부재일 수 있다. 예컨대, 제1 지지 부재(110)는 실리콘, GaP, Ge, GaAs, ZnO, 및 SiC 중 적어도 하나를 포함하는 반도체 지지 부재일 수 있다.
제1 지지 부재(110)의 열 전도도는 제2 지지 부재(120)의 열 전도도보다 작을 수 있다. 예컨대, 제1 지지 부재(110)의 열 전도도는 제2 지지 부재(120)의 열전도도의 1/3 이하일 수 있다.
제1 지지 부재(110)의 열 전도도는 제2 지지 부재(120)의 열 전도도보다 작기 때문에, 제1 지지 부재(110)는 제2 지지 부재(120)로부터 전도되는 열의 전도를 완화시킨다.
또한 제1 지지 부재(110)의 두께에 따라 발광 소자(100)의 열 방출이 조절될 수 있다. 예컨대, 제1 지지 부재(110)의 두께가 두꺼울수록 제1 지지 부재(110)를 통하여 방출되는 열이 완화될 수 있다. 예컨대, 제1 지지 부재(110)의 두께는 1 um ~ 500um일 수 있다. 따라서 제1 지지 부재(110)의 열 전도도와 두께에 따라서 발광 소자(100)의 열 방출이 조절될 수 있다.
발광 구조물(160)로부터 발생하는 열은 제2 지지 부재(120)로 전도되고, 제2 지지 부재(120)로 전도된 열은 제1 지지 부재(110)로 전도된다. 그리고 제2 지지 부재(120)로 전도된 열은 이와 접촉하는 발광 소자 패키지의 금속층 또는 회로 기판을 통하여 방출된다.
또한 일반적으로 금속층인 지지 부재만을 갖는 발광 소자는 단위 칩 분리 공정의 어려움 때문에 지지 부재의 두께에 제약이 있을 수 있다. 이는 금속층인 지지 부재의 두께가 너무 두꺼우면, 일반적인 레이저에 의한 리프트 오프(lift-off) 공정을 통하여 칩 분리가 불가능할 수 있기 때문이다. 그러나 실시 예의 제1 지지 부재(110)는 레이저에 의한 리프트 오프(lift-off)에 의하여 용이하게 분리 가능한 반도체층이기 때문에 지지 부재의 두께의 제약이 완화될 수 있다.
또한 제1 지지 부재(110)는 반도체층이므로, 제1 지지 부재(110)의 두께는 칩 분리 공정에 따른 제약이 완화된다. 따라서 실시 예는 동작 전압을 낮추기 위하여 제1 지지 부재(110)의 두께를 조절하는데 있어서, 칩 분리 공정의 제약을 덜 받을 수 있다.
배리어층(130)은 제2 지지 부재(120)의 금속 이온이 반사층(135)과 오믹층(140)으로 확산하는 것을 방지한다. 예컨대, 배리어층(130)은 Ni, Pt, Ti, W, V, Fe, Mo 중 적어도 하나를 포함하며, 단일층(single layer) 또는 멀티층(multilayer)일 수 있다.
반사층(135)은 배리어층(130) 상에 배치된다. 반사층(135)은 발광 구조물(160)로부터 입사되는 광을 반사시켜 주어, 발광 소자(100)의 광 추출 효율을 향상시킨다. 예컨대, 반사층(135)은 Ag, Ni, Al, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au, Hf 중 적어도 하나를 포함하는 금속 또는 이들의 합금으로 형성될 수 있다.
또한 반사층(135)은 금속 또는 합금과 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) 등의 투광성 전도성 물질을 이용하여 다층으로 형성할 수 있다. 예를 들어, 반사층(135)은 IZO/Ni, AZO/Ag, IZO/Ag/Ni, AZO/Ag/Ni 등으로 형성할 수 있다. 반사층(135)은 광 추출 효율을 증가시키기 위한 것으로 반드시 형성되어야 하는 것은 아니다.
오믹층(140)은 반사층(135)과 발광 구조물(160) 사이에 배치된다. 오믹층(140)은 발광 구조물(140, 예컨대, 제2 도전형 반도체층(162))에 오믹 접촉(ohmic contact)되어 제2 전극층(110)으로부터 발광 구조물(160)로 전원이 원활히 공급되도록 한다.
예컨대, 오믹층(140)은 In, Zn, Sn, Ni, Pt, 및 Ag 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또한 오믹층(140)은 투광성 전도층과 금속을 선택적으로 사용할 수 있으며, 예컨대, 오믹층(140)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), IrOx, RuOx, RuOx/ITO, Ni, Ag, Ni/IrOx/Au, 및 Ni/IrOx/Au/ITO 중 하나 이상을 포함하며, 단층 또는 다층으로 구현할 수 있다.
오믹층(140)은 발광 구조물(160, 예컨대, 제2 도전형 반도체층(162))에 캐리어(carrier)의 주입을 원활히 하기 위한 것으로 반드시 형성되어야 하는 것은 아니다. 예를 들어, 오믹층(140)을 생략하고, 반사층(135)으로 사용되는 물질을 제2 도전형의 반도체층(162)과 오믹 접촉을 하는 물질로 선택할 수 있다.
전류 차단층(150)은 오믹층(140)과 발광 구조물(160) 사이에 배치된다. 전류 차단층(150)의 상면은 제2 도전형 반도체층(162)과 접촉하고, 전류 차단층(150)의 하면, 또는 하면과 측면은 오믹층(140)과 접촉할 수 있다.
전류 차단층(150)은 제1 방향으로 제1 전극(180)과 적어도 일부가 오버랩되도록 배치된다. 여기서 제1 방향은 제1 지지 부재(110)로부터 발광 구조물(160)로 향하는 방향일 수 있다. 전류 차단층(150)은 발광 구조물(160)의 특정 부분으로 전류가 집중되는 현상을 완화하여 발광 소자(100)의 발광 효율을 향상시킬 수 있다.
전류 차단층(150)은 반사층(135) 또는 오믹층(140)보다 전기 전도성이 낮은 물질, 또는 제2 도전형 반도체층(162)과 쇼트키 접촉(Schottky contact)을 형성하는 물질, 또는 전기 절연성 물질일 수 있다. 예를 들어, 전류 차단층(150)은 ZnO, SiO2, SiON, Si3N4, Al2O3 , TiO2, Ti, Al, Cr 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
전류 차단층(150)은 오믹층(140)과 제2 도전형 반도체층(162) 사이에 형성되거나, 반사층(135)과 오믹층(140) 사이에 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 전류 차단층(150)은 발광 구조물(160) 내에서 전류가 넓게 퍼져 흐르게 하기 위한 것으로, 반드시 형성하여야 하는 것은 아니다.
보호층(145)은 제2 지지 부재(120)의 가장 자리 영역 상에 배치된다. 예컨대, 보호층(145)은 오믹층(140)의 가장 자리 영역, 또는 반사층(135)의 가장 자리 영역, 또는 배리어층(130)의 가장 자리 영역, 또는 제2 지지 부재(112)의 가장 자리 영역 상에 배치될 수 있다.
보호층(145)은 발광 구조물(160)과 제2 전극층(110) 사이의 계면이 박리되어 발광 소자(100)의 신뢰성이 저하되는 현상을 감소시킬 수 있다. 보호층(145)은 오믹층(140) 또는 반사층(135)보다 전기 전도성이 낮은 물질, 또는 제2 도전형의 반도체층(142)과 쇼트키 접촉(schottcky contact)을 형성하는 물질, 또는 전기 절연성 물질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 보호층(145)은 ZnO, SiO2, Si3N4, TiOx(x는 양의 실수), 또는 Al2O3 등으로 형성될 수 있다. 보호층(145)은 적어도 일부가 제1 방향으로 제1 전극(180)과 오버랩될 수 있다.
발광 구조물(160)는 오믹층(140) 및 보호층(145) 상에 배치된다. 발광 구조물(160)의 측면은 단위 칩으로 구분하는 아이솔레이션(isolation) 에칭 과정에서 경사면이 될 수 있다. 즉 발광 구조물(160)의 측면의 기울기는 제1 지지 부재(110)를 기준으로 0°보다 크고 90°보다 작거나 같을 수 있다.
발광 구조물(160)은 적어도 일부분이 보호층(145)과 제1 방향으로 오버랩될 수 있다. 또한 보호층(145)의 상면의 일부는 아이솔레이션 에칭에 의해 노출될 수 있다. 따라서, 보호층(145)은 일부 영역이 발광 구조물(160)와 제1 방향으로 오버랩되고, 나머지 영역은 발광 구조물(160)과 비오버랩될 수 있다.
발광 구조물(160)는 복수의 3족 내지 5족 원소의 화합물 반도체층들을 포함할 수 있다. 발광 구조물(160)는 제1 도전형 반도체층(166), 제1 도전형 반도체층(166) 아래에 위치하는 활성층(164), 활성층(164) 아래에 위치하는 제2 도전형의 반도체층(142)을 포함할 수 있다. 즉 발광 구조물(160)는 오믹층(140) 및 보호층(145) 상에 순차적으로 적층되는 제2 도전형 반도체층(162), 활성층(164), 및 제1 도전형 반도체층(166)을 포함할 수 있다.
제2 도전형 반도체층(162)은 오믹층(140) 및 보호층(145) 상에 배치되며, 제2 도전형 도펀트가 도핑된 3족-5족 원소의 화합물 반도체일 수 있다. 제2 도전형 반도체층(162)은 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, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP, AlGaInP 등에서 선택될 수 있으며, Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등의 p형 도펀트가 도핑될 수 있다.
활성층(164)은 제2 도전형 반도체층(162) 상에 배치되며, 제2 도전형 반도체층(162) 및 제1 도전형 반도체층(166)으로부터 제공되는 전자(electron)와 정공(hole)의 재결합(recombination) 과정에서 발생하는 에너지에 의해 광을 생성할 수 있다. 활성층(164)은 단일 양자 우물 구조, 다중 양자 우물 구조(MQW), 양자점 구조 또는 양자선 구조 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
활성층(164)이 양자우물구조로 형성된 경우 예컨데, InxAlyGa1 -x- yN(0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 우물층과 InaAlbGa1 -a- bN(0≤a≤1, 0≤b≤1, 0≤a+b≤1)의 조성식을 갖는 장벽층을 갖는 단일 또는 양자우물구조를 갖을 수 있다. 상기 우물층은 상기 장벽층의 에너지 밴드 갭보다 낮은 밴드 갭을 갖는 물질로 형성될 수 있다.
제1 도전형 반도체층(166)은 활성층(164) 상에 배치되며, 제1 도전형 도펀트가 도핑된 3족-5족 원소의 화합물 반도체일 수 있다. 제1 도전형 반도체층(166)은 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, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP, AlGaInP 등에서 선택될 수 있으며, Si, Ge, Sn, Se, Te 등의 n형 도펀트가 도핑될 수 있다.
활성층(164)과 제1 도전형 반도체층(166) 사이, 또는 활성층(164)과 제2 도전형 반도체층(162) 사이에는 도전형 클래드층(clad layer)이 형성될 수도 있으며, 도전형 클래드층은 AlGaN계 반도체로 형성될 수 있다.
제1 전극(180)은 발광 구조물(160)의 상면에 배치된다. 제1 전극(180)은 소정의 패턴 형상일 수 있다. 제1 도전형 반도체층(166)의 상면은 광 추출 효율을 증가시키기 위해 러프니스 패턴(175)이 형성될 수 있다. 또한 광 추출 효율을 증가시키기 위하여 제1 전극(180)의 상면에도 러프니스 패턴(미도시)이 형성될 수 있다.
도 1 및 도 2에 도시된 제1 전극(180)은 제1 도전형 반도체층(166)의 상면 가장 자리를 따라 배치되는 외부 전극(92a 내지 92d), 외부 전극(92a 내지 92d) 내부에 배치되는 내부 전극(94a 내지 94c), 및 패드부(102a, 102b)를 포함한다.
제1 전극(180)은 적어도 일부분이 보호층(145) 및 전류 차단층(150)과 오버랩된다. 예를 들어, 외부 전극(92a 내지 92d)은 보호층(145)과 제1 방향으로 오버랩되고, 내부 전극(94a 내지 94c)은 전류 차단층(150)과 제1 방향으로 오버랩될 수 있다. 외부 전극(92a 내지 92d)의 폭은 내부 전극(94a 내지 94c)의 폭과 동일하거나 클 수 있다.
보호층(145)의 폭은 외부 전극(92a 내지 92d)의 폭보다 크며, 전류 차단층(150)의 폭은 내부 전극(94a 내지 94c)의 폭보다 클 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 외부 전극(92a 내지 92d)의 일 측은 패시베이션층(170)과 접촉한다.
패시베이션층(170)은 발광 구조물(160)을 전기적으로 보호하기 위하여 발광 구조물(160)의 측면 상에 배치되어 발광 구조물(160)의 측면을 감싼다. 또한 패시베이션층(170)은 제1 도전형 반도체층(166)의 상면의 가장 자리 상에 배치되어, 외부 전극(92a 내지 92d)의 일 측과 접촉할 수 있다. 또한 패시베이션층(170)은 보호층(145)의 상면과 접촉할 수 있다. 예컨대, 패시베이션층(170)은 SiO2, SiOx, SiOxNy, Si3N4, Al2O3 로 형성될 수 있다.
외부 전극(92a 내지 92d) 및 내부 전극(94a 내지 94c)의 일 실시 예에 대하여 설명하나, 제1 전극(180)은 도 1에 도시된 구조에 한정되는 것은 아니다.
외부 전극(92a 내지 92d)은 제1 외부 전극(92a), 제2 외부 전극(92b), 제3 외부 전극(92c), 및 제4 외부 전극(92d)을 포함할 수 있다. 내부 전극(94a 내지 94c)은 제1 내부 전극(94a), 제2 내부 전극(94b), 및 제3 내부 전극(94c)을 포함할 수 있다.
외부 전극(92a 내지 92d)은 제1 도전형 반도체층(166)의 최외곽부로부터 50㎛ 이내에 적어도 일부분이 형성될 수 있으며, 외부 전극(92a 내지 92d)의 일 측은 패시베이션층(170)과 접촉할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
외부 전극(92a 내지 92d)은 4개의 변과 4개의 꼭지점을 갖는 사각형 형태로 배치될 수 있다. 제1 외부 전극(92a) 및 제2 외부 전극(92b)은 제2 방향(예컨대, y축 방향)으로 연장될 수 있다. 제3 외부 전극(92c) 및 제4 외부 전극(92d)은 제2 방향에 수직한 제3 방향(예컨대, x축 방향)으로 연장되어 제1 외부 전극(92a)과 제2 외부 전극(92b)과 연결될 수 있다.
패드부(102a, 102b)는 제1 패드부(102a)와 제2 패드부(102b)를 포함할 수 있다. 제1 패드부(102a)는 제1 외부 전극(92a)과 제3 외부 전극(92c)이 접하는 부분에 배치되고, 제2 패드부(102b)는 제2 외부 전극(92b)과 제3 외부 전극(92c)이 접하는 부분에 배치될 수 있다.
제1 내부 전극(94a) 및 제2 내부 전극(94b) 각각은 제2 방향으로 연장되어 제3 외부 전극(92c) 및 제4 외부 전극(92d)을 연결한다. 제3 내부 전극(94c)은 제3 방향으로 연장되어 제1 외부 전극(92a) 및 제2 외부 전극(92b)을 연결한다.
제3 외부 전극(92c)과 제3 내부 전극(94c) 사이의 거리(L1)는 제4 외부 전극(92d)과 제3 내부 전극(94c) 사이의 거리(L2) 보다 클 수 있다. 또한 제1 외부 전극(92a)과 제1 내부 전극(94a) 사이의 거리(m1), 제1 내부 전극(94a)과 제2 내부 전극(94b) 사이의 거리(m2), 제2 내부 전극(94b)과 제2 외부 전극(92b) 사이의 거리(m3)는 동일할 수 있다.
내부 전극(94a 내지 94c)은 외부 전극(92a 내지 92d)에 의해 둘러싸인 내부 영역을 복수의 영역들(112,114,116,122,124,126)로 구분한다. 복수의 영역들 중 제3 외부 전극(92c)과 접하는 영역들(112 내지 116)은 제4 외부 전극(92d)과 접하는 영역들(122 내지 126)에 비해 면적이 넓다.
발광 구조물을 지지하는 지지 부재는 일반적으로 열 전도도가 높은 금속층으로 이루어진다. 발광 소자의 온도가 상대적으로 높을수록, 발광 소자의 동작 전압은 낮아질 수 있다.
실시 예에 따른 발광 소자(100)는 열 전도도가 서로 다른 제1 지지 부재(110) 및 제2 지지 부재(120)를 포함하며, 제1 지지 부재(120)에 의하여 발광 소자(100)의 열 방출이 완화되어 발광 소자(100)의 동작 전압을 낮출 수 있다.
도 3은 다른 실시 예에 따른 발광 소자(200)의 단면도를 나타낸다. 도 3에 도시된 발광 소자(200)의 평면도는 도 1과 동일할 수 있다. 도 2에 개시된 실시 예와 동일한 부분에 대해서는 동일 부호로 처리하며, 중복 설명은 생략한다.
도 3을 참조하면, 발광 소자(200)는 제1 지지 부재(110), 제1 접합층(210), 제2 지지 부재(120), 제2 접합층(220), 배리어층(barrier layer, 130), 반사층(reflector layer, 135), 오믹층(ohmic layer, 140), 보호층(145), 전류 차단층(Current Blocking Layer, 150), 발광 구조물(160), 패시베이션층(passivation layer, 170), 및 제1 전극(180)을 포함한다.
제1 접합층(210)은 제1 지지 부재(110)와 제2 지지 부재(120) 사이에 배치되며, 제1 지지 부재(110)와 제2 지지 부재(120)를 접합한다. 예컨대, 제1 접합층(210)은 반도체층(110)인 제1 지지 부재(110)가 금속층인 제2 지지 부재(120)에 접합되도록 한다. 예컨대, 제1 접합층(210)은 Au, Sn, Ni, Nb, In, Cu, Ag 및 Pd 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
제2 접합층(220)은 제2 지지 부재(120)와 배리어층(130) 사이에 배치되고, 제2 지지 부재(120)를 배리어층(130)에 접합시킨다. 예컨대, 제2 접합층(220)은 Au, Sn, Ni, Nb, In, Cu, Ag 및 Pd 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 제2 접합층(220)은 제2 지지 부재(120)를 본딩 방식으로 배리어층(130)에 접합하기 위해 형성하는 것이므로, 제2 지지 부재(120)를 도금이나 증착 방법으로 형성하는 경우에는 제2 접합층(220)은 생략될 수 있다.
일반적으로 발광 소자의 동작 전압("순방향 동작 전압"이라고도 함, Vf)은 발광 소자의 온도가 증가할수록 감소한다. 실시 예에 제1 지지 부재(110)는 제2 지지 부재(120)보다 열전도도가 낮기 때문에, 발광 구조물(160)로부터 발생하는 열이 제1 지지 부재(110)를 통하여 외부로 방출되는 것을 완화하는 역할을 한다. 따라서 제1 지지 부재(110)에 의하여 발광 소자(100,200)의 열 방출이 완화됨에 따라 발광 소자(100,200)의 동작 전압을 감소시켜, 발광 소자(100,200)의 광 출력 효율을 향상시킬 수 있다. 또한 제1 지지 부재(110)의 두께를 조절함으로써 제1 지지 부재(110)의 열 전도도를 조절할 수 있으며, 이로 인하여 발광 소자(100,200,300)의 동작 전압도 조절될 수 있다.
도 4는 실시 예에 따른 발광 소자를 포함하는 발광 소자 패키지를 나타낸다. 도 4을 참조하면, 발광 소자 패키지는 패키지 몸체(610), 제1 금속층(612), 제2 금속층(614), 발광 소자(620), 반사판(625), 와이어(630), 및 수지층(resin layer, 640)을 포함한다.
패키지 몸체(610)는 일측 영역에 캐버티(cavity)가 형성된 구조이다. 이때 캐버티의 측벽은 경사지게 형성될 수 있다. 패키지 몸체(610)는 실리콘 기반의 웨이퍼 레벨 패키지(wafer level package), 실리콘 기판, 실리콘 카바이드(SiC), 질화알루미늄(aluminum nitride, AlN) 등과 같이 절연성 또는 열전도도가 좋은 기판으로 형성될 수 있으며, 복수 개의 기판이 적층되는 구조일 수 있다. 실시 예는 상술한 몸체의 재질, 구조, 및 형상으로 한정되지 않는다.
제1 금속층(612) 및 제2 금속층(614)은 열 배출이나 발광 소자(620)의 장착을 고려하여 서로 전기적으로 분리되도록 패키지 몸체(610)의 표면에 배치된다. 발광 소자(620)는 제1 금속층(612) 및 제2 금속층(614)과 전기적으로 연결되며, 발광 소자(620)로부터 발생하는 열은 제1 지지 부재(110)로부터 제1 금속층(612) 및 제2 금속층(614)으로 전달되어 방출될 수 있다. 여기서 발광 소자(720)는 도 1 내지 도 3에 도시된 발광 소자(100,200)일 수 있다.
발광 소자(100,200)의 제1 지지 부재(110)는 제2 금속층(614)에 전기적으로 연결된다. 즉 제1 지지 부재(110)는 제2 지지 부재(120)와 제2 금속층(614) 사이에 배치되고, 제1 지지 부재(110)는 제2 금속층(614)과 전기적으로 접촉할 수 있다. 제2 지지 부재(120)의 열은 제1 지지 부재(110)를 통하여 제2 금속층(614)으로 전도되어 외부로 방출된다.
발광 소자(100,200)의 열은 제1 지지 부재(110)를 통하여 제2 전극층(614)으로 전달되어 방출되기 때문에, 제1 지지 부재(110)는 발광 소자(100,200)의 제2 지지 부재(120)로부터 제2 전극층(614)으로의 열 전도를 조절하거나 완화할 수 있다.
일반적으로 발광 소자 패키지가 열 방출 효율이 좋기 때문에, 온도에 따른 발광 소자의 동작 전압의 변동은 발광 소자 자체보다 발광 소자 패키지에서 크게 나타난다. 그러나 실시 예에 따른 발광 소자 패키지는 제2 지지 부재(120)와 제2 전극층(614) 사이에 배치되어 열 전도 완충 역할을 하는 제1 지지 부재(110)를 포함하기 때문에, 온도에 다른 발광 소자 패키지의 동작 전압의 변동을 감소시킬 수 있다.
제1 전극(180)은 와이어(630)의 일측과 접합되고, 와이어(630)의 타측은 제1 금속층(612)에 접합될 수 있다. 예컨대, 와이어(630)의 일측의 제1 전극(180)의 제1 패드부(102a) 및 제2 패드부(102b)에 접합될 수 있다.
반사판(625)은 발광 소자(620)에서 방출된 빛을 소정의 방향으로 지향하도록 패키지 몸체(610)의 캐버티 측벽에 형성된다. 반사판(625)은 광반사 물질로 이루어지며, 예컨대, 금속 코팅이거나 금속 박편일 수 있다.
수지층(640)은 패키지 몸체(610)의 캐버티 내에 위치하는 발광 소자(620)를 포위하여 발광 소자(620)를 외부 환경으로부터 보호한다. 수지층(640)은 에폭시 또는 실리콘과 같은 무색 투명한 고분자 수지 재질로 이루어진다. 수지층(640)은 발광 소자(620)에서 방출된 광의 파장을 변화시킬 수 있도록 형광체가 포함될 수 있다.
실시 예에 따른 발광 소자 패키지는 복수 개가 기판 상에 어레이되며, 발광 소자 패키지의 광 경로 상에 광학 부재인 도광판, 프리즘 시트, 확산 시트 등이 배치될 수 있다. 이러한 발광 소자 패키지, 기판, 광학 부재는 백라이트 유닛으로 기능할 수 있다.
또 다른 실시 예는 상술한 실시 예들에 기재된 발광 소자 또는 발광 소자 패키지를 포함하는 표시 장치, 지시 장치, 조명 시스템으로 구현될 수 있으며, 예를 들어, 조명 시스템은 램프, 가로등을 포함할 수 있다.
도 5는 실시 예에 따른 발광 소자 패키지를 포함하는 조명 장치의 분해 사시도이다. 도 5를 참조하면, 실시 예에 따른 조명 장치는 광을 투사하는 광원(750)과 광원(750)이 내장되는 하우징(700)과 광원(750)의 열을 방출하는 방열부(740) 및 광원(750)과 방열부(740)를 하우징(700)에 결합하는 홀더(760)를 포함한다.
하우징(700)은 전기 소켓(미도시)에 결합되는 소켓 결합부(710)와, 소켓 결합부(710)와 연결되고 광원(750)이 내장되는 몸체부(730)를 포함한다. 몸체부(730)에는 하나의 공기 유동구(720)가 관통하여 형성될 수 있다.
하우징(700)의 몸체부(730) 상에 복수 개의 공기 유동구(720)가 구비되며, 공기 유동구(720)는 하나이거나, 복수 개일 수 있다. 공기 유동구(720)는 몸체부(730)에 방사상으로 배치되거나 다양한 형태로 배치될 수 있다.
광원(750)은 기판(754) 상에 구비되는 복수 개의 발광 소자 패키지(752)를 포함한다. 기판(754)은 하우징(700)의 개구부에 삽입될 수 있는 형상일 수 있으며, 후술하는 바와 같이 방열부(740)로 열을 전달하기 위하여 열전도율이 높은 물질로 이루어질 수 있다. 광원(750)의 발광 소자 패키지(752)는 도 4에 도시된 실시 예에 따른 발광 소자 패키지(100,200)일 수 있다.
광원(750)의 하부에는 홀더(760)가 구비되며, 홀더(760)는 프레임 및 다른 공기 유동구를 포함할 수 있다. 또한, 도시되지는 않았으나 광원(750)의 하부에는 광학 부재가 구비되어 광원(750)의 발광 소자 패키지(752)에서 투사되는 빛을 확산, 산란 또는 수렴시킬 수 있다. 실시 예에 따른 조명 장치는 동작 전압이 낮은 발광 소자를 포함하는 발광 소자 패키지를 사용하여, 조명 장치의 광 출력 효율을 향상시킬 수 있다.
도 6a는 실시 예에 따른 발광 소자 패키지를 포함하는 표시 장치를 나타내고, 도 6b는 도 6a에 도시된 표시 장치의 광원 부분의 단면도이다.
도 6a 및 도 6b를 참조하면, 표시 장치는 백라이트 유닛 및 액정 표시 패널(860), 탑 커버(Top cover, 870), 고정부재(850)를 포함한다.
백라이트 유닛은 바텀 커버(Bottom cover, 810)와, 바텀 커버(810)의 내부의 일측에 마련되는 발광 모듈(880)과, 바텀 커버(810)의 전면에 배치되는 반사판(820)과, 반사판(820)의 전방에 배치되며 발광 모듈(880)에서 발산되는 빛을 표시 장치 전방으로 안내하는 도광판(830)과, 도광판(30)의 전방에 배치되는 광학 부재(840)를 포함한다. 액정 표시 장치(860)는 광학 부재(840)의 전방에 배치되며, 탑 커버(870)는 액정 표시 패널(860)의 전방에 마련되며, 고정 부재(850)는 바텀 커버(810)와 탑 커버(870) 사이에 배치되어 바텀 커버(810)와 탑 커버(870)를 함께 고정시킨다.
도광판(830)은 발광 모듈(880)에서 방출되는 광이 면광원 형태로 출사되도록 안내하는 역할을 하고, 도광판(830)의 후방에 배치되는 반사판(820)은 발광 모듈(880)에서 방출된 광이 도광판(830)방향으로 반사되도록 하여 광 효율을 높이는 역할을 한다. 다만, 반사판(820)은 본 도면처럼 별도의 구성요소로 마련될 수도 있고, 도광판(830)의 후면이나, 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.
도광판(830)은 발광 모듈(880)에서 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.
광학 부재(840)가 도광판(830)의 상부에 구비되어 도광판(830)에서 출사되는 빛을 소정 각도로 확산시킨다. 광학 부재(840)는 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.
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. 바텀 커버(810) 상에는 반사판(820)이 놓이게 되고, 반사판(820)의 위에는 도광판(830)이 놓이게 된다. 그리하여 반사판(820)은 방열부재(미도시)와 직접 접촉될 수도 있다. 발광 모듈(880)은 발광 소자 패키지(882) 및 인쇄회로기판(881)을 포함한다. 발광 소자 패키지(882)는 인쇄회로기판(881) 상에 실장된다. 여기서 발광 소자 패키지(881)은 도 4에 도시된 실시 예일 수 있다.
인쇄회로기판(881)은 브라켓(812) 상에 접합될 수 있다. 여기서, 브라켓(812)은 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 인쇄회로기판(881)을 고정할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 상술한 실시 예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 종래의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.
110: 제1 지지 부재, 120: 제2 지지 부재,
130: 배리어층, 135: 반사층,
140: 오믹층, 145: 보호층,
150: 전류 차단층, 160: 발광 구조물,
162: 제2 도전형 반도체층, 164: 활성층,
166: 제1 도전형 반도체층, 170: 패시베이션층,
175: 러프니스 패턴, 180: 제1 전극,
210: 제1 접합층, 220: 제2 접합층.
130: 배리어층, 135: 반사층,
140: 오믹층, 145: 보호층,
150: 전류 차단층, 160: 발광 구조물,
162: 제2 도전형 반도체층, 164: 활성층,
166: 제1 도전형 반도체층, 170: 패시베이션층,
175: 러프니스 패턴, 180: 제1 전극,
210: 제1 접합층, 220: 제2 접합층.
Claims (12)
- 제1 전극;
상기 제1 전극 아래에 배치되는 발광 구조물;
상기 발광 구조물 아래에 배치되는 반사층;
상기 반사층 아래에 배치되는 제1 지지 부재; 및
상기 제1 지지 부재 아래에 배치되고, 상기 제1 지지 부재와 다른 열 전도도를 갖는 반도체 지지 부재를 포함하는 발광 소자. - 제1항에 있어서,
상기 제1 지지 부재는 금속인 발광 소자. - 제2항에 있어서, 상기 제1 지지 부재는,
텅스텐(W), 구리(Cu), 및 몰리브덴(Mo) 중 적어도 하나를 포함하는 발광 소자. - 제1항에 있어서, 상기 반도체 지지 부재는,
실리콘, GaP, Ge, GaAs, ZnO, 및 SiC 중 적어도 하나를 포함하는 발광 소자. - 제1항에 있어서,
상기 반도체 지지 부재의 열 전도도는 상기 제1 지지 부재의 열전도도의 1/3 이하인 발광 소자. - 제1항에 있어서, 상기 발광 구조물은,
제2 도전형 반도체층, 활성층, 및 제1 도전형 반도체층을 포함하는 발광 소자. - 제1항에 있어서,
상기 반도체 지지 부재의 두께는 1um ~ 500um인 발광 소자. - 제1항에 있어서, 상기 발광 소자는,
상기 반도체 지지 부재와 상기 제1 지지 부재 사이에 배치되고, 상기 반도체 지지 부재와 상기 제1 지지 부재를 접합하는 제1 접합층을 더 포함하는 발광 소자. - 제8항에 있어서, 상기 발광 소자는,
상기 제1 지지 부재와 상기 반사층 사이에 배치되는 제2 접합층;
상기 제2 접합층과 상기 반사층 사이에 배치되는 배리어층; 및
상기 배리어층과 상기 발광 구조물 사이에 배치되는 오믹층을 더 포함하는 발광 소자. - 제9항에 있어서, 상기 발광 소자는,
상기 제1 전극과 제1 방향으로 오버랩되는 전류 차단층; 및
상기 발광 구조물의 측면에 배치되는 패시베이션층을 더 포함하며,
상기 제1 방향은 상기 제2 전극층으로부터 상기 발광 구조물로 향하는 방향인 발광 소자. - 패키지 몸체;
상기 패키지 몸체에 배치되는 제1 금속층 및 제2 금속층;
상기 제1 금속층 및 제2 금속층과 전기적으로 연결되도록 상기 패키지 몸체에 장착되는 발광 소자; 및
상기 발광 소자를 포위하는 수지층(resin layer)을 포함하며,
상기 발광 소자는,
제1 전극;
상기 제1 전극 아래에 배치되는 발광 구조물;
상기 발광 구조물 아래에 배치되는 반사층;
상기 반사층 아래에 배치되는 제1 지지 부재; 및
상기 제1 지지 부재 아래에 배치되고, 상기 제1 지지 부재와 다른 열 전도도를 갖는 반도체 지지 부재를 포함하는 조명 장치. - 제11항에 있어서, 상기 반도체 지지 부재는,
상기 제1 지지 부재와 상기 제2 금속층 사이에 배치되고, 상기 제1 지지 부재의 열은 상기 반도체 지지 부재를 통하여 상기 제2 금속층으로 전도되는 조명 장치.
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| KR1020110048875A KR101904323B1 (ko) | 2011-05-24 | 2011-05-24 | 발광 소자 및 발광 소자 패키지 |
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| KR20120130853A true KR20120130853A (ko) | 2012-12-04 |
| KR101904323B1 KR101904323B1 (ko) | 2018-10-05 |
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| KR1020110048875A KR101904323B1 (ko) | 2011-05-24 | 2011-05-24 | 발광 소자 및 발광 소자 패키지 |
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| KR (1) | KR101904323B1 (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20190004136A (ko) * | 2017-07-03 | 2019-01-11 | 엘지전자 주식회사 | 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치 |
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2011
- 2011-05-24 KR KR1020110048875A patent/KR101904323B1/ko active IP Right Grant
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