KR20130038558A - 발광소자 - Google Patents
발광소자 Download PDFInfo
- Publication number
- KR20130038558A KR20130038558A KR1020110102986A KR20110102986A KR20130038558A KR 20130038558 A KR20130038558 A KR 20130038558A KR 1020110102986 A KR1020110102986 A KR 1020110102986A KR 20110102986 A KR20110102986 A KR 20110102986A KR 20130038558 A KR20130038558 A KR 20130038558A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- light emitting
- emitting device
- semiconductor layer
- cavity
- layer
- Prior art date
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 85
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 24
- 239000008393 encapsulating agent Substances 0.000 claims description 37
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 26
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 26
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N magnesium oxide Inorganic materials [Mg]=O CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000000395 magnesium oxide Substances 0.000 claims description 6
- AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N magnesium;oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[Mg+2] AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 claims description 4
- QVQLCTNNEUAWMS-UHFFFAOYSA-N barium oxide Chemical compound [Ba]=O QVQLCTNNEUAWMS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims description 3
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 claims description 3
- 239000004408 titanium dioxide Substances 0.000 claims description 3
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 238000005538 encapsulation Methods 0.000 claims 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 165
- 239000004973 liquid crystal related substance Substances 0.000 description 18
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 18
- 239000010408 film Substances 0.000 description 9
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 7
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 7
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 6
- 238000009877 rendering Methods 0.000 description 6
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 6
- 229910002704 AlGaN Inorganic materials 0.000 description 5
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N nickel Substances [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 4
- -1 for example Substances 0.000 description 4
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 4
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 4
- 239000012788 optical film Substances 0.000 description 4
- KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N Palladium Chemical compound [Pd] KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 3
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 3
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 3
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 3
- 238000012858 packaging process Methods 0.000 description 3
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 3
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 2
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 description 2
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 2
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 2
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 2
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 2
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000002248 hydride vapour-phase epitaxy Methods 0.000 description 2
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 2
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000000623 plasma-assisted chemical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 229920003229 poly(methyl methacrylate) Polymers 0.000 description 2
- 229920000139 polyethylene terephthalate Polymers 0.000 description 2
- 239000005020 polyethylene terephthalate Substances 0.000 description 2
- 239000004926 polymethyl methacrylate Substances 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910000679 solder Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 2
- 229910001316 Ag alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910018229 Al—Ga Inorganic materials 0.000 description 1
- BTBUEUYNUDRHOZ-UHFFFAOYSA-N Borate Chemical compound [O-]B([O-])[O-] BTBUEUYNUDRHOZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004593 Epoxy Substances 0.000 description 1
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-M Fluoride anion Chemical compound [F-] KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N Orthosilicate Chemical compound [O-][Si]([O-])([O-])[O-] BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910019142 PO4 Inorganic materials 0.000 description 1
- KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N Ruthenium Chemical compound [Ru] KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UCKMPCXJQFINFW-UHFFFAOYSA-N Sulphide Chemical compound [S-2] UCKMPCXJQFINFW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000003848 UV Light-Curing Methods 0.000 description 1
- 229910001361 White metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000007792 addition Methods 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004645 aluminates Chemical class 0.000 description 1
- 229910052788 barium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 description 1
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003086 colorant Substances 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 238000001312 dry etching Methods 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N germanium atom Chemical compound [Ge] GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000004313 glare Effects 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052735 hafnium Inorganic materials 0.000 description 1
- VBJZVLUMGGDVMO-UHFFFAOYSA-N hafnium atom Chemical compound [Hf] VBJZVLUMGGDVMO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000013007 heat curing Methods 0.000 description 1
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 description 1
- APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N indium atom Chemical compound [In] APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 238000001451 molecular beam epitaxy Methods 0.000 description 1
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 238000001579 optical reflectometry Methods 0.000 description 1
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 1
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-K phosphate Chemical compound [O-]P([O-])([O-])=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- 239000010452 phosphate Substances 0.000 description 1
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 1
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004417 polycarbonate Substances 0.000 description 1
- 229920000515 polycarbonate Polymers 0.000 description 1
- 229920001296 polysiloxane Polymers 0.000 description 1
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 description 1
- 239000002096 quantum dot Substances 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 1
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 1
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 1
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 229910052707 ruthenium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 239000002210 silicon-based material Substances 0.000 description 1
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 1
- 230000007480 spreading Effects 0.000 description 1
- 238000003892 spreading Methods 0.000 description 1
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 229910052712 strontium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920003002 synthetic resin Polymers 0.000 description 1
- 239000000057 synthetic resin Substances 0.000 description 1
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 description 1
- GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N tantalum atom Chemical compound [Ta] GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 1
- 239000012780 transparent material Substances 0.000 description 1
- 238000001039 wet etching Methods 0.000 description 1
- 239000010969 white metal Substances 0.000 description 1
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/48—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor body packages
- H01L33/50—Wavelength conversion elements
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
- H01L33/20—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a particular shape, e.g. curved or truncated substrate
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
- H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/10—Bump connectors; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/12—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors prior to the connecting process
- H01L2224/13—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors prior to the connecting process of an individual bump connector
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/10—Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
- H01L2924/1015—Shape
- H01L2924/10155—Shape being other than a cuboid
- H01L2924/10158—Shape being other than a cuboid at the passive surface
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Led Device Packages (AREA)
Abstract
실시 예에 따른 발광소자는, 지지부재 및 상기 지지부재 상에 배치되는 제1 반도체층, 제2 반도체층 및 상기 제1 반도체층과 상기 제2 반도체층 사이에 활성층을 포함한 발광구조물 및 상기 지지부재에 형성되어 하측으로 개방된 적어도 하나의 캐비티를 포함하고, 상기 캐비티를 밀봉하는 봉지재를 포함하며, 상기 봉지재는 형광체를 포함할 수 있다.
Description
실시 예는 제조공정이 간단하고 방열성이 우수한 발광소자에 관한 것이다.
발광소자의 대표적인 예로, LED(Light Emitting Diode; 발광 다이오드)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.
보통, 소형화된 LED는 PCB(Printed Circuit Board) 기판에 직접 장착하기 위해서 표면실장소자(Surface Mount Device)형으로 만들어지고 있고, 이에 따라 표시소자로 사용되고 있는 LED 램프도 표면실장소자 형으로 개발되고 있다. 이러한 표면실장소자는 기존의 단순한 점등 램프를 대체할 수 있으며, 이것은 다양한 칼라를 내는 점등표시기용, 문자표시기 및 영상표시기 등으로 사용된다.
이와 같이 LED의 사용 영역이 넓어지면서, 생활에 사용되는 전등, 구조 신호용 전등 등에 요구되는 휘도가 높이지는 바, LED의 발광휘도를 증가시키는 것이 중요하다.
실시 예는 패키지 공정에서 봉지재(몰딩부재)를 생략할 수 있는 발광소자를 제공한다.
실시 예에 따른 발광소자는, 지지부재 및 상기 지지부재 상에 배치되는 제1 반도체층, 제2 반도체층 및 상기 제1 반도체층과 상기 제2 반도체층 사이에 활성층을 포함한 발광구조물 및 상기 지지부재에 형성되어 하측으로 개방된 적어도 하나의 캐비티를 포함하고, 상기 캐비티를 밀봉하는 봉지재를 포함하며, 상기 봉지재는 형광체를 포함할 수 있다.
지지부재에 형광체를 포함하는 캐비티가 형성되는 경우 발광소자 패기지 공정에서 봉지재 및 형광체를 생략할 수 있어, 공정이 단축되고, 방열이 유리한 이점이 있다.
또한, 지지부재의 캐비티에 충진하기 때문에 봉지재의 양 조절이 용이하고, 지지부재와 접착성이 향상될 수 있다.
도 1a은 실시 예에 따른 발광소자를 나타내는 평면도이다.
도 1b는 도 1a의 발광소자를 나타내는 저면도이다.
도 1c는 도 1a의 발광소자의 A-A′단면을 나타내는 단면도이다.
도 1d는 도 1a의 발광소자가 패키지 기판에 플립칩 본딩된 형태를 도시하는 도면이다.
도 2는 다른 실시 예에 따른 발광소자를 나타내는 단면도이다.
도 3은 또 다른 실시 예에 따른 발광소자를 나타내는 단면도이다.
도 4는 또 다른 실시 예에 따른 발광소자를 나타내는 단면도이다.
도 5는 또 다른 실시 예에 따른 발광소자를 나타내는 단면도이다.
도 6은 또 다른 실시 예에 따른 발광소자를 나타내는 단면도이다.
도 7은 또 다른 실시 예에 따른 발광소자를 나타내는 단면도이다.
도 8은 또 다른 실시 예에 따른 발광소자를 나타내는 단면도이다.
도 9는 또 다른 실시 예에 따른 발광소자를 나타내는 단면도이다.
도 10은 또 다른 실시 예에 따른 발광소자를 나타내는 단면도이다.
도 11은 도 10의 발광소자가 패키지 기판에 플립칩 본딩된 형태를 도시하는 도면이다.
도 12는 실시 예에 따른 발광소자를 포함한 발광소자 패키지의 단면을 도시한 단면도이다.
도 13는 실시예에 따른 발광소자를 포함하는 조명장치를 도시한 사시도이다.
도 14은 도 13의 조명장치의 C-C' 단면을 도시한 단면도이다.
도 15은 실시예에 따른 발광소자를 포함하는 액정표시장치의 분해 사시도이다.
도 16은 실시예에 따른 발광소자를 포함하는 액정표시장치의 분해 사시도이다.
도 1b는 도 1a의 발광소자를 나타내는 저면도이다.
도 1c는 도 1a의 발광소자의 A-A′단면을 나타내는 단면도이다.
도 1d는 도 1a의 발광소자가 패키지 기판에 플립칩 본딩된 형태를 도시하는 도면이다.
도 2는 다른 실시 예에 따른 발광소자를 나타내는 단면도이다.
도 3은 또 다른 실시 예에 따른 발광소자를 나타내는 단면도이다.
도 4는 또 다른 실시 예에 따른 발광소자를 나타내는 단면도이다.
도 5는 또 다른 실시 예에 따른 발광소자를 나타내는 단면도이다.
도 6은 또 다른 실시 예에 따른 발광소자를 나타내는 단면도이다.
도 7은 또 다른 실시 예에 따른 발광소자를 나타내는 단면도이다.
도 8은 또 다른 실시 예에 따른 발광소자를 나타내는 단면도이다.
도 9는 또 다른 실시 예에 따른 발광소자를 나타내는 단면도이다.
도 10은 또 다른 실시 예에 따른 발광소자를 나타내는 단면도이다.
도 11은 도 10의 발광소자가 패키지 기판에 플립칩 본딩된 형태를 도시하는 도면이다.
도 12는 실시 예에 따른 발광소자를 포함한 발광소자 패키지의 단면을 도시한 단면도이다.
도 13는 실시예에 따른 발광소자를 포함하는 조명장치를 도시한 사시도이다.
도 14은 도 13의 조명장치의 C-C' 단면을 도시한 단면도이다.
도 15은 실시예에 따른 발광소자를 포함하는 액정표시장치의 분해 사시도이다.
도 16은 실시예에 따른 발광소자를 포함하는 액정표시장치의 분해 사시도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
공간적으로 상대적인 용어인 "아래(below)", "아래(beneath)", "하부(lower)", "위(above)", "상부(upper)" 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 소자 또는 구성 요소들과 다른 소자 또는 구성 요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작 시 소자의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. 예를 들면, 도면에 도시되어 있는 소자를 뒤집을 경우, 다른 소자의 "아래(below)"또는 "아래(beneath)"로 기술된 소자는 다른 소자의 "위(above)"에 놓여질 수 있다. 따라서, 예시적인 용어인 "아래"는 아래와 위의 방향을 모두 포함할 수 있다. 소자는 다른 방향으로도 배향될 수 있고, 이에 따라 공간적으로 상대적인 용어들은 배향에 따라 해석될 수 있다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않은 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
도면에서 각층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기와 면적은 실제크기나 면적을 전적으로 반영하는 것은 아니다.
또한, 실시예에서 발광소자의 구조를 설명하는 과정에서 언급하는 각도와 방향은 도면에 기재된 것을 기준으로 한다. 명세서에서 발광소자를 이루는 구조에 대한 설명에서, 각도에 대한 기준점과 위치관계를 명확히 언급하지 않은 경우, 관련 도면을 참조하도록 한다.
도 1a은 실시 예에 따른 발광소자를 나타내는 평면도, 도 1b는 도 1a의 발광소자를 나타내는 저면도, 도 1c는 도 1a의 발광소자의 A-A′단면을 나타내는 단면도, 도 1d는 도 1a의 발광소자가 패키지 기판에 플립칩 본딩된 형태를 도시하는 도면이다.
도 1a, 도 1b 및 도 1c를 참조하면, 발광소자(100)는 지지부재(110), 지지부재(110) 상에 배치되는 발광구조물을 포함하고, 발광구조물은 제1 반도체층(120), 제2 반도체층(140) 및 제1 반도체층(120)과 제2 반도체층(140) 사이의 활성층(130)을 포함할 수 있다. 그리고, 지지부재(110)는 캐비티(c)를 포함하고, 캐비티(c)는 형광체(116)를 가지는 봉지재(114)를 포함할 수 있다.
지지부재(110)는 광 투과적 성질을 가지는 재질, 예를 들어 사파이어(Al2O3), GaN, ZnO, AlO 중 어느 하나를 포함하여 형성될 수 있으나, 이에 한정하지는 않는다. 또한, 사파이어(Al2O3) 지지부재에 비해 열전도성이 큰 SiC 지지부재일 수 있다. 다만, 지지부재(110)의 굴절율은 광 추출 효율을 위해 제1 반도체층(120)의 굴절율보다 작은 것이 바람직하다. 지지부재(110)에 대한 자세한 설명은 후술한다.
한편, 지지부재(110) 상에는 지지부재(110)와 제1 반도체층(120) 사이의 격자 부정합을 완화하고 반도체층이 용이하게 성장될 수 있도록 하는 버퍼층(미도시)이 위치할 수 있다. 버퍼층(미도시)은 저온 분위기에서 형성할 수 있으며, 반도체층과 지지부재와의 격자상수 차이를 완화시켜 줄 수 있는 물질로 이루어 질 수 있다. 예를 들어, GaN, InN, AlN, AlInN, InGaN, AlGaN, 및 InAlGaN 과 같은 재질 중 선택할 수 있으며 이에 한정되지 않는다.
버퍼층(미도시) 상에는 제1 반도체층(120), 활성층(130) 및 제2 반도체층(140)을 포함한 발광 구조물이 형성될 수 있다.
버퍼층(미도시) 상에는 제1 반도체층(120)이 위치할 수 있다. 제1 반도체층(120)은 n형 반도체층으로 구현될 수 있으며, 활성층(130)에 전자를 제공할 수 있다. 제1 반도체층(120)은 예를 들어, 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 등의 n형 도펀트가 도핑될 수 있다.
또한, 제1 반도체층(120)아래에 언도프트 반도체층(미도시)을 더 포함할 수 있으나, 이에 대해 한정하지는 않는다. 언도프트 반도체층은 제1 반도체층(120)의 결정성 향상을 위해 형성되는 층으로, n형 도펀트가 도핑되지 않아 제1 반도체층(120)에 비해 낮은 전기전도성을 갖는 것을 제외하고는 제1 반도체층(120)과 같을 수 있다.
상기 제1 반도체층(120) 상에는 활성층(130)이 형성될 수 있다. 활성층(130)은 3족-5족 원소의 화합물 반도체 재료를 이용하여 단일 또는 다중 양자 우물 구조, 양자 선(Quantum-Wire) 구조, 또는 양자 점(Quantum Dot) 구조 등으로 형성될 수 있다.
활성층(130)이 양자우물구조로 형성된 경우 예컨대, 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 다중 양자우물구조를 가질 수 있다. 우물층은 장벽층의 밴드 갭보다 작은 밴드 갭을 갖는 물질로 형성될 수 있다.
활성층(130)의 위 또는/및 아래에는 도전성 클래드층(미도시)이 형성될 수 있다. 도전성 클래드층(미도시)은 AlGaN계 반도체로 형성될 수 있으며, 상기 활성층(130)의 밴드 갭보다는 큰 밴드 갭을 가질 수 있다.
제2 반도체층(140)은 활성층(130)에 정공을 주입하도록 p형 반도체층으로 구현될 수 있다. 제2 반도체층(140)은 예를 들어, 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.
한편, 활성층(130)과 제2 반도체층(140) 사이에 중간층(미도시)이 형성될 수 있으며, 중간층은 고 전류 인가 시 제1 반도체층(120)으로부터 활성층(130)으로 주입되는 전자가 활성층(130)에서 재결합되지 않고, 제2 반도체층(140)으로 흐르는 현상을 방지하는 전자 차단층(Electron blocking layer)일 수 있다. 중간층은 활성층(130)보다 상대적으로 큰 밴드갭을 가짐으로써, 제1 반도체층(120)으로부터 주입된 전자가 활성층(130)에서 재결합되지 않고 제2 반도체층(140)으로 주입되는 현상을 방지할 수 있다. 이에 따라 활성층(130)에서 전자와 정공의 재결합 확률을 높이고 누설전류를 방지할 수 있다.
한편, 상술한 중간층은 활성층(130)에 포함된 장벽층의 밴드갭보다 큰 밴드갭을 가질 수 있으며, p 형 AlGaN 과 같은 Al 을 포함한 반도체층으로 형성될 수 있고, 이에 한정하지 아니한다.
상술한 제1 반도체층(120), 활성층(130) 및 제2 반도체층(140)은 예를 들어, 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, 제1 반도체층(120) 및 제2 반도체층(140) 내의 도전형 도펀트의 도핑 농도는 균일 또는 불균일하게 형성될 수 있다. 즉, 복수의 반도체층은 다양한 도핑 농도 분포를 갖도록 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
또한, 제1 반도체층(120)이 p형 반도체층으로 구현되고, 제2 반도체층(140)이 n형 반도체층으로 구현될 수 있으며, 제2 반도체층(140) 상에는 n형 또는 p형 반도체층을 포함하는 제3 반도체층(미도시)이 형성될 수도 있다. 이에 따라, 발광 소자(100)는 np, pn, npn, pnp 접합 구조 중 적어도 어느 하나를 가질 수 있다.
또한, 제2 반도체층(140) 상에는 투광성전극층(150)이 배치될 수 있으며, 이때 제 2전극(180)은 상기 제2 반도체층(140)과 연결되거나, 투광성전극층(150)과 연결되어 형성될 수 있다. 다만, 이에 한정되지는 않는다.
투광성전극층(150)은 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 있으며, 제2 반도체층(140)의 외측 일면 전체에 형성됨으로써, 전류군집현상을 방지할 수 있다.
또한, 발광소자(100)는 제1 반도체층(120)의 상면 일부가 노출되며, 노출된 제1 반도체층(120) 상에 배치되는 제1 전극(172)과 제2 반도체층(140) 상에 배치되는 제2 전극(182)을 포함할 수 있다.
제1 전극(172) 또는 제2 전극(182)은 전류의 스프레딩을 위해서 적어도 하나 이상의 전극윙(미도시)을 포함할 수 있다.
한편, 제1 전극 및 제2 전극(170, 180)은 전도성 물질, 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, 제1 전극(172) 또는 제2 전극(182))은 단층 또는 다층 구조를 가지도록 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
다시, 도 1b 및 도 1c를 참조하면, 지지부재(110)는 캐비티(c)를 포함할 수 있다.
여기서, 캐비티(c)는 내부에 일정한 공간을 가지는 형태를 모두 포함하고, 예를 들면, 상측에서 바라본 형상이 사각형, 다각형 또는 원형을 포함할 수 있다. 캐비티(c)의 단면 형상은 컵 형상, 오목한 용기 형상 등으로 형성될 수 있으며, 캐비티(c)의 내 측면은 하부에 대해 수직한 측면이거나 경사진 측면을 포함할 수 있다.
또한, 캐비티(c)의 전면 형상은 원형, 사각형, 다각형, 타원형 등의 형상일 수 있으며, 이에 한정을 두지 않는다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니고 자유로운 형상을 가질 수 있다.
한편, 캐비티(c)의 깊이(h)가 너무 깊게 형성되는 경우 지지부재(110)의 강성을 저하시킬 수 있고, 너무 얕게 형성되는 경우 활성층(130)에서 발생된 광이 백색광으로 여기되기 위한 충분한 공간이 확보되지 못하므로, 캐비티(c)의 깊이(h)는 지지부재(110)의 두께 대비 0.3배 내지 0.7배일 수 있다. 다만, 이에 한정되지는 않는다.
캐비티(c)의 길이(L1)(도면에서 Y축)가 너무 길게 형성되는 경우 지지부재(110)의 강성을 저하시킬 수 있고, 너무 짧게 형성되는 경우 활성층(130)에서 발생된 광이 백색광으로 여기되기 위한 충분한 공간이 확보되지 못하고 캐비티(c)가 없는 곳으로 광이 진행하여서 연색성이 저하되므로, 캐비티(c)의 길이(L1)는 지지부재(110)의 길이 대비 0.8배 내지 0.95배일 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니다.
캐비티(c)의 폭(L2)(도면에서 X축)이 너무 길게 형성되는 경우 지지부재(110)의 강성을 저하시킬 수 있고, 너무 짧게 형성되는 경우 활성층(130)에서 발생된 광이 백색광으로 여기되기 위한 충분한 공간이 확보되지 못하고 캐비티(c)가 없는 곳으로 광이 진행하여서 연색성이 저하되므로, 캐비티(c)의 폭(L2)은 지지부재(110)의 길이 대비 0.8배 내지 0.95배일 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니다.
캐비티(c)는 지지부재(110)의 하측으로 개방되어 봉지재(114)를 포함할 수 있다. 즉, 캐비티(c)는 봉지재(114)에 의해 충진되어 밀봉될 수 있다.
발광소자(100)의 길이가 발광소자(100)의 두께 대비 너무 긴 경우 제조공정 상에 문제가 있고, 너무 짧은 경우 측면으로 향하는 광이 많아져서 지지부재(110)의 형광체(116)에 의해 여기되지 못하는 광이 증가하므로, 발광소자(100)의 길이는 발광소자(100)의 두께 대비 6배 내지 12배를 가질 수 있다. 다만, 이에 한정되지는 않는다.
여기서, 봉지재(114)는 실리콘 또는 에폭시와 같은 투광성 수지 재료로 형성될 수 있으며, 상기 재료를 캐비티(c) 내에 충진한 후, 이를 자외선 또는 열 경화하는 방식으로 형성될 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 봉지재(114)는 형광체(116)를 포함할 수 있다. 여기서, 형광체(116)는 활성층(130)에서 방출되는 광의 파장에 따라 종류가 선택되어 발광소자패키지(100)가 백색광을 구현하도록 할 수 있다. 따라서, 형광체(116)는 예를 들면, 적색, 청색, 황색 형광체 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있고, 여러 종류의 형광체가 사용될 수 있다. 다만, 이에 한정되지 않는다.
즉, 형광체는 활성층(130)에서 방출되는 제1 빛을 가지는 광에 의해 여기 되어 제2 빛을 생성할 수 있는바, 예를 들어, 활성층(130)에서 발생되는 광이 청색이고 형광체가 황색 형광체인 경우, 황색 형광체는 청색 빛에 의해 여기 되어 백색 빛을 방출할 수 있다.
이와 유사하게, 활성층(130)에 발생되는 빛이 녹색인 경우는 magenta 형광체 또는 청색과 적색의 형광체를 혼용하는 경우, 활성층(130)에서 발생되는 빛이 적색 인 경우는 Cyan형광체 또는 청색과 녹색 형광체를 혼용하는 경우를 예로 들 수 있다.
이러한 형광체(116)는 YAG계, TAG계, 황화물계, 실리케이트계, 알루미네이트계, 질화물계, 카바이드계, 니트리도실리케이트계, 붕산염계, 불화물계, 인산염계 등의 공지된 형광체일 수 있다.
도 1d를 참조하면, 패키지기판(390)상에 플립칩 본딩된 발광소자(100)가 도시되어 있다. 한편, 패키지기판(390)상에는 도체패턴(392,394)이 형성되며, 도체패턴(392,394)은 솔더(396,398)를 통해 플립칩형 발광소자의 제2 전극(182) 및 제1 전극(172)과 전기적으로 접속된다.
플립칩형 발광소자의 경우 발광소자의 휘도가 증가할수록 방열이 가장 큰 문제가 된다. 이와 같이, 지지부재(110)에 형광체(116)를 포함하는 캐비티(c)가 형성되는 경우 발광소자 패기지 공정에서 봉지재 및 형광체를 생략할 수 있어, 공정이 단축되고, 방열이 유리한 이점이 있다. 또한, 지지부재(110)의 캐비티(c)에 충진하기 때문에 봉지재(114)의 양 조절이 용이하고, 지지부재(110)와 접착성이 향상될 수 있다.
또한, 봉지재(114)는 활성층(130)에서 방출되는 빛을 확산시키는 광확산재를 더 포함하는 할 수 있다. 여기서, 광확산재는 백색 금속 산화물인, 이산화티탄TiO2), 산화바륨(BaO), 이산화규소(SiO2), 산화마그네슘(MgO) 및 Y2O3 중 어느 하나이거나, 또는 이산화티탄TiO2), 산화바륨(BaO), 이산화규소(SiO2), 산화마그네슘(MgO) 및 Y2O3 중 적어도 2이상이 혼합될 수 있다. 광확산재를 사용하여서 발광소자에서 발생되는 빛의 난반사를 유도할 수 있다.
도 2는 다른 실시 예에 따른 발광소자를 나타내는 단면도이다.
도 2를 참조하면, 실시예의 발광소자(100)은 도 1의 실시예와 비교하면, 지지부재(110)에 캐비티(c)가 복수 개로 형성되는 차이가 존재한다. 이하에서는 도 1에서 설명한 구성요소와 동일한 구성요소의 설명은 생략한다.
여기서, 캐비티(c)의 개수는 제한이 없고, 발광소자(100)의 크기, 종류, 방출되는 빛의 종류에 따라서 다양한 개수를 가질 수 있다.
그리고, 서로 인접한 캐비티들(예컨대 c1, c2, c3) 사이의 거리는 캐비티(c) 의 길이 보다 작을 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니다.
이와 같이 복수 개의 캐비티(c)가 형성되는 경우, 캐비티(c)가 있는 영역과 없는 영역 사이의 굴절율의 차이로 난반사가 유도되어 발광소자(100)의 발광효율 및 연색성이 향상되는 이점이 있다.
여기서, 캐비티(c)는 내부에 일정한 공간을 가지는 형태를 모두 포함하고, 예를 들면, 상측에서 바라본 형상이 사각형, 다각형 또는 원형을 포함할 수 있다. 캐비티(c)의 단면 형상은 컵 형상, 오목한 용기 형상 등으로 형성될 수 있으며, 캐비티(c)의 내 측면은 하부에 대해 수직한 측면이거나 경사진 측면이 될 수 있다.
또한, 캐비티(c)의 전면 형상은 원형, 사각형, 다각형, 타원형 등의 형상일 수 있으며, 이에 한정을 두지 않는다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니고 자유로운 형상을 가질 수 있다.
도 3은 또 다른 실시 예에 따른 발광소자를 나타내는 단면도, 도 4는 또 다른 실시 예에 따른 발광소자를 나타내는 단면도이다.
도 3을 참조하면, 실시예의 발광소자(100)은 도 1의 실시예와 비교하여, 캐비티(c) 또는 지지부재(110)의 하면에는 요철패턴(111,112)이 형성될 수 있다.
요철패턴(111,112)은 반구, 원뿔 및 원기둥 중 어느 하나 이상의 형상을 가질 수 있고, 규칙적 또는 불규칙적으로 복수의 형상을 가지며 배치될 수 있다. 그 형성방법은 식각방법으로 형성될 수 있고 바람직하게는 건식 식각, 습식 식각 등을 방법이 사용될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
요철패턴(111,112)은 활성층(130)에서 발생된 광의 난반사를 유도하여서 발광소자(100)의 연색성을 향상시키고, 빛의 전반사를 방지하여 광추출 효율을 증가시킨다.
도 4을 참조하면, 실시예의 발광소자(100)은 도 2의 실시예와 비교하여, 캐비티(c) 또는 지지부재(110)의 하면에는 요철패턴(111,112)이 형성될 수 있다.
요철패턴(111,112)은 도 3에서 설명한 바와 같다. 요철패턴(111,112)은 활성층(130)에서 발생된 광의 난반사를 유도하여서 발광소자(100)의 연색성을 향상시키고, 빛의 전반사를 방지하여 광추출 효율을 증가시킨다. 및 발광효율을 개선하는 효과를 가진다.
도 5는 또 다른 실시 예에 따른 발광소자를 나타내는 단면도이다.
도 5를 참조하면, 실시예의 발광소자(100)은 도 1의 실시예와 비교하여, 캐비티(c)의 측면형상에 차이가 존재한다. 즉, 제1 반도체층(120)의 하부면에 인접할수록 캐비티(c)의 길이가 증가할 수 있다.
다시 설명하면, 도 5에서 도시하는 대로 제1 반도체층(120)의 하부면에 인접할수록 캐비티(c)의 길이가 길어져, 측 단면 형상이 역사다리꼴을 가질 수 있다.
도 5에서, 캐비티(c)의 측면은 직선인 것으로 도시되어 있으나, 곡선 또는 곡면을 갈 수 있고, 단차를 가질 수도 있다. 다만, 이에 한정되는 않는다.
이와 같은 캐비티(c)를 가지는 경우, 봉지재(114)가 지지부재(110) 에서 이탈이 방지될 수 있고, 활성층(130)에 인접한 캐비티(c)의 길이가 길어서 백색광 구현에 유리한 이점이 있고, 동시에 지지부재(110)의 바닥부의 캐비티(c) 길이는 짧아서 지지부재(110)의 강성 저하를 최소화 할 수 있다.
도 6은 또 다른 실시 예에 따른 발광소자를 나타내는 단면도이다.
도 6을 참조하면, 실시예의 발광소자(100)은 도 5의 실시예와 비교하여, 캐비티(c)의 측면형상에 차이가 존재한다. 즉, 캐비티(c)의 측면은 계단을 가질 수 있다.
다시 설명하면, 도 6에서 도시하는 대로 제1 반도체층(120)의 하부면에 인접할수록 캐비티(c)의 길이가 길어지면서, 측면이 계단을 가질 수 있다.
계단의 개수는 제한이 없고 발광소자의 크기 및 종류에 따라 다양한 개수를 가질 수 있다. 또한, 계단은 곡선 또는 곡면을 가질 수도 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니다.
이와 같은 캐비티(c)를 가지는 경우, 봉지재(114)가 지지부재(110) 에서 이탈이 방지될 수 있고, 활성층(130)에 인접한 캐비티(c)의 길이가 길어서 백색광 구현에 유리한 이점이 있고, 동시에 지지부재(110)의 바닥부의 캐비티(c) 길이는 짧아서 지지부재(110)의 강성 저하를 최소화 할 수 있다. 또한, 계단을 가짐으로써, 지지부재(110)에서 봉지재(114)의 이탈을 더욱 더 방지할 수 있다.
도 7은 또 다른 실시 예에 따른 발광소자를 나타내는 단면도이다.
도 7을 참조하면, 실시예의 발광소자(100)는 도 1의 실시예와 비교하여, 봉지재(114)가 캐비티(c)의 바닥에 적층되는 제1 봉지재(114a) 및 제1 봉지재(114a) 하부에 적층되는 제2 봉지재(114b)를 포함할 수 있다.
여기서, 제1 봉지재(114a)는 발광소자에서 방출되는 빛을 확산시키는 광확산재(118)를 포함할 수 있다. 그리고, 제1 봉지재(114a) 및 제2 봉지재(114b)는 형광체(116)를 포함할 수 있다. 활성층(130)에서 발생된 광은 광확산재(118)를 통하여 연색성이 더욱 향상되는 효과를 가진다.
도 8은 또 다른 실시 예에 따른 발광소자를 나타내는 단면도이다.
도 8을 참조하면, 실시예의 발광소자(100)는 도 1의 실시예와 비교하여, 봉지재(114)의 하부면 중심부가 오목한 형상을 가질 수 있다.
봉지재(114)는 중심부가 오목한 형상인 경우, 렌즈처럼 작용하여 활성층(130)에서 방출되는 빛의 조사각을 줄여 방출되는 빛의 집중도를 높일 수도 있다.
도 9는 또 다른 실시 예에 따른 발광소자를 나타내는 단면도이다.
도 9를 참조하면, 실시예의 발광소자(100)는 도 1의 실시예와 비교하여, 봉지재(114)의 하부면 중심부가 볼록한 형상을 가질 수 있다.
봉지재(114)는 중심부가 볼록한 형상인 경우, 렌즈처럼 작용하여 활성층(130)에서 방출되는 빛의 조사각을 크게 하여 방출되는 빛의 확산도를 높일 수도 있다.
도 10은 또 다른 실시 예에 따른 발광소자를 나타내는 단면도, 도 11은 도 10의 발광소자가 패키지 기판에 플립칩 본딩된 형태를 도시하는 도면이다.
도 10을 참조하면, 실시예의 발광소자(100)는 도 1의 실시예와 비교하여, 투광성전극층(150)과 제2 전극(182)의 사이에 반사층(160)을 포함할 수 있다.
여기서, 제2 전극(182)은 반사층(160)의 개구부를 통하여 투광성전극층(150)과 연결될 수 있다. 다만, 이에 한정되지 않고 다양한 방법으로 제2 전극(182)과 투광성전극층(150)이 연결될 수 있다.
여기서, 반사층(160)은 빛을 반사할 수 재질을 포함할 수 있고, 예를 들면, 은(Ag) 또는 은 합금일 수 있다. 또한, 반사층(160)은 제1 굴절률을 갖는 제1 층 및 제1 굴절률과 상이한 제2 굴절률을 갖는 제2 층을 포함하여 형성할 수 있다. 즉, 반사층(160)은 굴절율이 서로 다른 층들이 교번적으로 반복 적층된 구조를 이룰 수 있다. 일 예로 제1 층은 저굴절율층일 수 있으며, 제2 층은 고굴절율층일 수 있으나, 이에 한정하지는 않는다.
한편, λ가 활성층(130)에서 발생한 광의 파장이고 n이 매질의 굴절율이고, m을 홀수라 할 때, 반사층(160)은, mλ/4n의 두께로 저굴절율을 가지는 제1 층과 고굴절율을 가지는 제2 층을 교대로 반복 적층하여 특정 파장대(λ)의 광에서 95% 이상의 반사율을 얻을 수 있는 반도체 적층 구조로 이루어진다.
따라서, 저굴절율을 가지는 제1 층과 고굴절율을 가지는 제2 층은 기준 파장의 λ/4배의 두께를 가질 수 있으며, 이때 각 층의 두께는 2Å 내지 10um로 형성할 수 있다.
또한, 반사층(160)을 형성하는 각 층은 MxOy 또는 MxOyNz (M: Metal or Ceramics, O: Oxide, N: Nitride, X, Y, Z: 상수)로 구성될 수 있다.
일 예로 저굴절율을 가지는 제1 층은 굴절율 1.4의 SiO2 또는 굴절율 1.6의 Al2O3가 이용될 수 있으며, 고굴절율을 가지는 제2 층은 굴절율 2 이상의 TiO2 등을 이용할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 저굴절율을 가지는 제1 층과 고굴절율을 가지는 제2 층들 사이의 매질의 굴절율을 크게 하는 것에 의해 반사율을 보다 크게 할 수 있다.
이와 같은 반사층(160)은 발진 파장보다 밴드갭 에너지가 커서 광의 흡수가 잘 일어나지 않아, 광의 반사도가 크다.
그리고, 반사층(160)은 제2 반도체층(140)의 상면으로부터 제2 반도체층(140)의 측면 및 활성층(130)의 측면을 따라 제1 반도체층(120)의 상면까지 배치될 수 있다. 따라서 광 추출 효율을 극대화 할 수 있다.
도 11을 참조하면, 이하 실시예에 따른 발광소자가 플립칩 본딩되어 반사층(160)에 의해 광추출 효율이 향상되는 원리를 상세히 설명한다.
도 11을 참조하면, 패키지기판(190)상에 플립칩 본딩된 발광소자(100)가 도시되어 있다. 한편, 패키지기판(190)상에는 도체패턴(192,194)이 형성되며, 도체패턴(192,194)은 제2 전극(182) 및 제1 전극(172)과 전기적으로 접속된다.
플립칩형 발광소자의 경우 발광소자의 휘도가 증가할수록 방열이 가장 큰 문제인데 실시예는 패키지에 실장 시에 봉지재를 생략할 수 있으므로, 방열이 효율적이어서 고휘도 발광소자에 적합하다.
이와 같이 형성된 반사층(160)은 투광성전극층(150) 또는 제1 반도체층(120)을 보호하는 보호층으로서의 역할뿐 아니라, 광 흡수를 방지하고, 지지부재(110) 쪽으로 광을 배출하게 함으로써, 발광소자의 광 추출효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 지지부재(110) 방향으로 광을 진행시켜서 광이 형광체(116)에 의해 여기되어 발광소자(100)가 백색광을 구현하도록 할 수 있다.
도 12는 실시 예에 따른 발광소자를 포함한 발광소자 패키지의 단면을 도시한 단면도이다.
도 12를 참조하면, 실시예에 따른 발광 소자 패키지(500)는 몸체(531)와, 몸체(531)에 설치된 제1 전극층(538), 제2 전극층(539) 및 몸체(531)에 설치되어 제1 전극층(538) 및 제2 전극층(539)과 전기적으로 연결되는 실시예에 따른 발광소자(536)를 포함할 수 있다. 발광소자(536)는 플립칩 방식에 의해 솔더(535)를 통해 제1 전극층(538) 및 제2 전극층(539)과 연결될 수 있다.
몸체(531)는 실리콘 재질, 합성수지 재질, 또는 금속 재질을 포함하여 형성될 수 있으며, 발광소자(536)의 주위에 경사면이 형성될 수 있다.
제1 전극층(538) 및 제2 전극층(539)은 서로 전기적으로 분리되어 형성되며, 발광소자(536)에 전원을 제공한다. 또한, 제1 전극층(538) 및 제2 전극층(539)은 발광소자(536)에서 발생된 빛을 반사시켜 광 효율을 증가시킬 수 있으며, 발광소자(536)에서 발생된 열을 외부로 배출시키는 역할을 할 수도 있다.
한편, 보다 효과적으로 발광소자(536)의 광 방출을 전면 방향으로 집중시키기 위해 몸체(531)상에 반사층(532)을 형성할 수 있다. 일반적으로 이러한 반사층(532)은 반사계수가 높은 은(Ag)이나 알루미늄(Al) 등의 금속을 사용할 수 있으며, 이때, 전극층(538,539)과의 전기적인 접촉을 방지하기 위해 반사층(532) 상부에는 절연층(533)을 더 형성해 주는 것이 바람직하다.
본 실시예는 플립 칩 타입의 발광 소자를 중심으로 기술하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 수평형 구조 또는 수직형 구조에 적용될 수도 있다.
도 13는 실시예에 따른 발광소자를 포함하는 조명장치를 도시한 사시도이며, 도 14 는 도 13 의 조명장치의 C-C' 단면을 도시한 단면도이다.
도 13 및 도 14을 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 발광소자 모듈(640)이 체결되며, 몸체(610)는 발광소자 패키지(644)에서 발생된 열이 몸체(610)의 상부면을 통해 외부로 방출할 수 있도록 전도성 및 열발산 효과가 우수한 금속재질로 형성될 수 있다.
발광소자 패키지(644)는 PCB(642) 상에 다색, 다열로 실장되어 어레이를 이룰 수 있으며, 동일한 간격으로 실장되거나 또는 필요에 따라서 다양한 이격 거리를 가지고 실장될 수 있어 밝기 등을 조절할 수 있다. 이러한 PCB(642)로 MPPCB(Metal Core PCB) 또는 FR4 재질의 PCB 등을 사용할 수 있다.
발광소자 패키지(644)는 연장된 리드 프레임(미도시)를 포함하여 향상된 방열 기능을 가질 수 있으므로, 발광소자 패키지(644)의 신뢰성과 효율성이 향상될 수 있으며, 발광소자 패키지(622) 및 발광소자 패키지(644)를 포함하는 조명장치(600)의 사용 연한이 연장될 수 있다.
커버(630)는 몸체(610)의 하부면을 감싸도록 원형의 형태로 형성될 수 있으나, 이에 한정되지 않음은 물론이다.
커버(630)는 내부의 발광소자 모듈(640)을 외부의 이물질 등으로부터 보호한다. 또한, 커버(630)는 발광소자 패키지(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, 발광소자 패키지(644)에서 발생한 광은 커버(630)를 통해 외부로 방출되므로 커버(630)는 광 투과율이 우수하여야 하며, 발광소자 패키지(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 15 은 실시예에 따른 발광소자를 포함하는 액정표시장치의 분해 사시도이다.
도 15 은 에지-라이트 방식으로, 액정표시장치(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 인쇄회로 기판(718)과 전기적으로 접속되어 있다. 박막 트랜지스터 기판(714)은 인쇄회로 기판(718)으로부터 제공되는 구동 신호에 응답하여 인쇄회로 기판(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 발광소자 모듈(720), 발광소자 모듈(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(752, 766, 764) 및 도광판(730)의 후방으로 방출되는 빛을 도광판(730)으로 반사시키는 반사 시트(747)로 구성된다.
발광소자 모듈(720)은 복수의 발광소자 패키지(724)와 복수의 발광소자 패키지(724)가 실장되어 어레이를 이룰 수 있도록 PCB기판(722)을 포함할 수 있다. 이 경우 굽어진 발광소자 패키지(724)의 실장의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
한편, 백라이트 유닛(770)은 도광판(730)으로부터 입사되는 빛을 액정 표시 패널(710) 방향으로 확산시키는 확산필름(766)과, 확산된 빛을 집광하여 수직 입사성을 향상시키는 프리즘필름(752)으로 구성될 수 있으며, 프리즘필름(750)를 보호하기 위한 보호필름(764)을 포함할 수 있다.
도 16 은 실시예에 따른 발광소자를 포함하는 액정표시장치의 분해 사시도이다. 다만, 도 15 에서 도시하고 설명한 부분에 대해서는 반복하여 상세히 설명하지 않는다.
도 16은 직하 방식으로, 액정표시장치(800)는 액정표시패널(810)과 액정표시패널(810)로 빛을 제공하기 위한 백라이트 유닛(870)을 포함할 수 있다.
액정표시패널(810)은 위에서 설명한 바와 동일하므로, 상세한 설명은 생략한다.
백라이트 유닛(870)은 복수의 발광소자 모듈(823), 반사시트(824), 발광소자 모듈(823)과 반사시트(824)가 수납되는 하부 섀시(830), 발광소자 모듈(823)의 상부에 배치되는 확산판(840) 및 다수의 광학필름(860)을 포함할 수 있다.
발광소자 모듈(823) 복수의 발광소자 패키지(822)와 복수의 발광소자 패키지(822)가 실장되어 어레이를 이룰 수 있도록 PCB기판(821)을 포함할 수 있다.
반사 시트(824)는 발광소자 패키지(822)에서 발생한 빛을 액정표시패널(810)이 위치한 방향으로 반사시켜 빛의 이용 효율을 향상시킨다.
한편, 발광소자 모듈(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 구성될 수 있다.
또한, 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.
110: 지지부재 120: 제1 반도체층
130: 활성층 140: 제2 반도체층
150: 투광성전극층 160: 반사층
172: 제1 전극 182: 제2 전극
130: 활성층 140: 제2 반도체층
150: 투광성전극층 160: 반사층
172: 제1 전극 182: 제2 전극
Claims (20)
- 지지부재; 및
상기 지지부재 상에 배치되는 제1 반도체층, 제2 반도체층 및 상기 제1 반도체층과 상기 제2 반도체층 사이에 활성층을 포함한 발광구조물; 및
상기 지지부재에 형성되어 하측으로 개방되고 봉지재로 밀봉된 적어도 하나의 캐비티; 를 포함하고,
상기 봉지재는 형광체를 포함하는 발광소자. - 제1항에 있어서,
상기 캐비티는, 복수개가 배치되고, 서로 인접한 캐비티들 사이의 거리는 캐비티의 길이 보다 작은 발광소자. - 제1항에 있어서,
상기 캐비티는, 상측에서 바라본 형상이 사각형, 다각형 또는 원형을 포함하는 발광소자. - 제1항에 있어서,
상기 캐비티는, 상기 제1 반도체층의 하부면에 인접할수록 길이가 증가하는 발광소자. - 제4항에 있어서,
상기 캐비티의 측면은 계단 형상을 포함하는 발광소자. - 제1항에 있어서,
상기 캐비티의 깊이는 상기 지지부재의 두께 대비 0.3배 내지 0.7배를 가지는 발광소자. - 제1항에 있어서,
상기 캐비티의 길이는, 상기 지지부재의 길이 대비 0.8배 내지 0.95배를 가지는 발광소자. - 제1항에 있어서,
상기 캐비티의 폭은, 상기 지지부재의 폭 대비 0.8배 내지 0.95배를 가지는 발광소자. - 제1항에 있어서,
상기 캐비티 또는 지지부재의 하면에는 요철패턴이 형성되는 발광소자. - 제1항에 있어서,
상기 지지부재는 Al2O3 또는 SiC 또는 GaN을 포함하는 발광소자. - 제1항에 있어서,
상기 봉지재는 발광소자에서 방출되는 빛을 확산시키는 광확산재를 더 포함하는 발광소자. - 제 11항에 있어서, 상기 광확산재는,
이산화티탄TiO2), 산화바륨(BaO), 이산화규소(SiO2), 산화마그네슘(MgO) 및 Y2O3 중 적어도 하나를 포함하는 발광소자. - 제1항에 있어서,
상기 형광체는 적색, 청색, 황색 형광체 중 적어도 어느 하나를 포함하는 발광소자. - 제1항에 있어서,
상기 봉지재는,
상기 캐비티의 바닥에 적층되는 제1 봉지재 및
상기 제1 봉지재 하부에 적층되는 제2 봉지재를 포함하고,
상기 제1 봉지재는 발광소자에서 방출되는 빛을 확산시키는 광확산재를 포함하는 발광소자. - 제1항에 있어서,
상기 제1 반도체층의 상면 일부가 노출되고, 상기 제1 반도체층의 노출된 영역 상에 배치되는 제1 전극 및
상기 제2 반도체층 상에 배치되는 제2 전극을 포함하는 발광소자. - 제1항에 있어서,
상기 봉지재는 하부면의 중심부가 오목 또는 볼록 형상을 가지는 발광소자. - 제16항에 있어서,
상기 제2 반도체층과 상기 제2 전극 사이에 배치되는 투광성전극층을 포함하는 발광소자. - 제17항에 있어서,
상기 투광성전극층과 상기 제2 전극 사이에 반사층을 포함하고,
상기 제2 전극은 반사층의 개구부를 통하여 상기 투광성전극층과 연결되는 발광소자. - 제18항에 있어서,
상기 반사층은, 상기 제2 반도체층의 상면으로부터 상기 제2 반도체층의 측면 및 상기 활성층의 측면을 따라 상기 제1 반도체층의 상면까지 배치되는 발광소자. - 제1항에 있어서,
상기 발광소자는 발광소자의 두께 대비 6배 내지 12배 범위의 길이는 가지는 발광소자.
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020110102986A KR20130038558A (ko) | 2011-10-10 | 2011-10-10 | 발광소자 |
| US13/366,991 US8785952B2 (en) | 2011-10-10 | 2012-02-06 | Light emitting device and light emitting device package including the same |
| EP12155005.7A EP2581953B1 (en) | 2011-10-10 | 2012-02-10 | Light emitting device |
| CN201210055541.5A CN103035809B (zh) | 2011-10-10 | 2012-03-05 | 发光器件 |
| JP2012051012A JP2013084881A (ja) | 2011-10-10 | 2012-03-07 | 発光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020110102986A KR20130038558A (ko) | 2011-10-10 | 2011-10-10 | 발광소자 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20130038558A true KR20130038558A (ko) | 2013-04-18 |
Family
ID=48439052
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020110102986A KR20130038558A (ko) | 2011-10-10 | 2011-10-10 | 발광소자 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20130038558A (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2806470A1 (en) * | 2013-05-21 | 2014-11-26 | LSI Corporation | Semiconductor optical emitting device with lens structure formed in a cavity of a substrate of the device |
-
2011
- 2011-10-10 KR KR1020110102986A patent/KR20130038558A/ko not_active Application Discontinuation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2806470A1 (en) * | 2013-05-21 | 2014-11-26 | LSI Corporation | Semiconductor optical emitting device with lens structure formed in a cavity of a substrate of the device |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US8357949B2 (en) | Light-emitting device, light-emitting device package and lighting system | |
| US8785952B2 (en) | Light emitting device and light emitting device package including the same | |
| KR101824011B1 (ko) | 발광소자 패키지 | |
| JP6320769B2 (ja) | 発光素子 | |
| KR20130067821A (ko) | 발광소자 | |
| KR101694175B1 (ko) | 발광소자, 발광소자 패키지 및 조명시스템 | |
| JP2014150255A (ja) | 発光素子 | |
| KR102035180B1 (ko) | 발광소자 | |
| KR101873550B1 (ko) | 발광소자 | |
| KR101843740B1 (ko) | 발광소자 | |
| KR101907618B1 (ko) | 발광소자 | |
| KR101863732B1 (ko) | 발광소자 | |
| KR101818753B1 (ko) | 발광소자 | |
| KR101865405B1 (ko) | 발광소자 | |
| KR20130038558A (ko) | 발광소자 | |
| KR20140097603A (ko) | 발광 소자 및 그를 포함하는 발광소자 패키지 | |
| KR101832165B1 (ko) | 발광소자 | |
| KR101855064B1 (ko) | 발광소자 | |
| KR20120037772A (ko) | 발광소자 | |
| KR101807105B1 (ko) | 발광소자 | |
| KR101843726B1 (ko) | 발광소자 | |
| KR20130039574A (ko) | 발광소자 | |
| KR101955313B1 (ko) | 발광소자 | |
| KR101807111B1 (ko) | 발광 소자 및 그 제조방법 | |
| KR101657093B1 (ko) | 발광소자 및 그 제조방법 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E601 | Decision to refuse application |