KR20130079941A - 발광 소자 및 이를 구비한 발광 장치 - Google Patents

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Abstract

실시 예는 발광 소자 및 이를 구비한 발광 장치에 관한 것이다.
실시 예에 따른 발광소자는, 제1도전형 반도체층; 상기 제1도전형 반도체층 위에 제2도전형 반도체층; 상기 제1도전형 반도체층과 상기 제2도전형 반도체층 사이에 배치된 활성층을 포함하는 발광 구조물; 상기 발광 구조물의 적어도 한 층의 측면에 배치된 반사부재; 상기 제1도전형 반도체층 아래에 배치된 제1전극; 상기 제2도전형 반도체층 아래에 배치된 반사전극층; 상기 반사전극층 아래에 배치된 제2전극; 상기 제1전극 아래에 배치된 제1연결 전극; 상기 제2전극 아래에 배치된 제2연결 전극; 및 상기 제1전극 및 제1연결 전극과 상기 제2전극 및 상기 제2연결 전극의 둘레에 배치되며, 세라믹 재질을 포함하는 지지 부재를 포함한다.

Description

발광 소자 및 이를 구비한 발광 장치{LIGHT EMITTING DEVICE AND LIGHT EMITTING APPARATUS HAVING THE SAME}
실시 예는 발광 소자 및 이를 구비한 발광 장치에 관한 것이다.
Ⅲ-Ⅴ족 질화물 반도체(group Ⅲ-Ⅴ nitride semiconductor)는 물리적, 화학적 특성으로 인해 발광 다이오드(LED) 또는 레이저 다이오드(LD) 등의 발광 소자의 핵심 소재로 각광을 받고 있다. Ⅲ-Ⅴ족 질화물 반도체는 통상 InxAlyGa1 -x- yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질로 이루어져 있다.
발광 다이오드(Light Emitting Diode: LED)는 화합물 반도체의 특성을 이용하여 전기를 적외선 또는 빛으로 변환시켜서 신호를 주고 받거나, 광원으로 사용되는 반도체 소자의 일종이다.
이러한 질화물 반도체 재료를 이용한 LED 혹은 LD는 광을 얻기 위한 발광 소자에 많이 사용되고 있으며, 핸드폰의 키 패드 발광부, 표시 장치, 전광판, 조명 장치 등 각종 제품의 광원으로 응용되고 있다.
실시 예는 새로운 발광 소자를 제공한다.
실시 예는 투광성의 기판과 지지부재 사이에 복수의 발광 셀을 갖는 발광 소자를 제공한다.
실시 예는 기판과 지지부재 사이에 복수의 발광 셀들이 직렬, 병렬, 직병렬로 연결된 발광 소자를 제공한다.
실시 예는 웨이퍼 레벨 패키징된 발광 소자를 제공한다.
실시 예는 제1전극 및 제2전극의 둘레에 세라믹 재질의 첨가제를 갖는 지지부재를 포함하는 발광 소자를 제공한다.
실시 예는 발광 소자를 갖는 발광 장치, 발광 소자 패키지 및 조명 장치를 제공한다.
실시 예에 따른 발광 소자는, 투광성의 기판; 상기 투광성의 기판 위에 복수의 발광 셀을 갖는 제1그룹; 상기 복수의 발광 셀을 서로 연결해 주는 배선층; 상기 복수의 발광 셀 중 제1발광 셀에 연결된 제1연결 전극; 상기 복수의 발광 셀 중 제2발광 셀에 연결된 제2연결 전극; 상기 복수의 발광 셀을 지지하며, 상기 제1 및 제2연결 전극의 둘레에 배치된 지지부재를 포함하며, 상기 각 발광 셀은, 제1도전형 반도체층; 상기 제1도전형 반도체층 아래에 제2도전형 반도체층; 상기 제1도전형 반도체층과 상기 제2도전형 반도체층 사이에 배치된 활성층을 포함하는 발광 구조물; 상기 제1도전형 반도체층에 연결된 제1전극; 상기 제2도전형 반도체층 위에 배치된 반사전극층; 상기 반사전극층에 연결된 제2전극을 포함하며, 상기 제1발광 셀의 제1연결 전극은 상기 제1전극 위에 배치되며, 상기 제2발광 셀의 제2연결 전극은 상기 제2전극 위에 배치되며, 상기 배선층은 인접한 발광 셀의 제1도전형 반도체층과 반사 전극층을 연결해 주며, 상기 지지부재는 상기 제1전극 및 제1연결 전극과 상기 제2전극 및 상기 제2연결 전극의 둘레에 배치되며, 세라믹 재질을 포함한다.
실시 예에 따른 발광 장치는, 상기의 발광 소자; 및 제1패드 및 제2패드를 갖고, 상기 발광 소자의 제1연결 전극 및 제2연결 전극이 탑재된 모듈 기판을 포함하며, 상기 발광 소자의 제1연결 전극과 제2연결 전극, 및 상기 지지 부재의 하면은 상기 모듈 기판의 제1패드 및 제2패드에 대응된다.
실시 예는 플립 방식에서의 발광 소자의 탑재 공정을 개선시켜 줄 수 있다.
실시 예는 웨이퍼 레벨에서 패키징된 발광 소자를 제공함으로써, 패키징 공정을 생략할 수 있어 제조 공정을 줄여줄 수 있다.
실시 예는 발광소자의 광 추출 효율을 개선시켜 줄 수 있다.
실시 예는 발광소자의 방열 효율을 개선시켜 줄 수 있다.
실시 예는 단일 칩 내에 복수의 발광 셀을 병렬로 배치하여, 동작전압을 낮추고 고출력의 발광 소자를 제공할 수 있다.
실시 예는 단일 칩 내에 복수의 발광 셀을 직병렬구조를 형성하여 동작전류를 낮추면서 고출력을 가능하게 하는 소자를 제공할 수 있다.
실시 예는 단일 칩 내에 복수의 발광 셀을 직렬구조를 형성하여 동작전류를 낮추는 것을 특징으로 하는 소자를 제공할 수 있다.
실시 예는 플립 방식으로 탑재된 발광 소자를 갖는 발광 장치 및 표시 장치, 조명 장치의 신뢰성을 개선시켜 줄 수 있다.
도 1은 제1실시 예에 따른 발광소자의 사시도이다.
도 2는 도 1의 발광 소자의 A-A 측 단면도이다.
도 3은 도 1의 발광 소자의 회로 구성도이다.
도 4는 제2실시 예에 따른 발광 소자의 평면도이다.
도 5는 도 4의 B-B 측 단면도이다.
도 6은 도 5의 발광 소자의 회로 구성도이다.
도 7은 제3실시 예에 따른 발광 소자의 평면도이다.
도 8은 도 7의 발광 소자의 측 단면도이다.
도 9는 도 8의 발광 소자의 회로 구성도이다.
도 10은 제4실시 예에 따른 발광 소자의 평면도이다.
도 11은 도 10의 발광 소자의 회로 구성도이다.
도 12는 제5실시 예에 따른 발광 소자의 평면도이다.
도 13은 도 12의 발광 소자의 변형 예이다.
도 14는 도 13의 발광 소자의 회로 구성도이다.
도 15는 제6실시 예에 따른 발광 소자를 나타낸 평면도이다.
도 16은 도 2의 발광 소자를 갖는 발광 모듈을 나타낸 도면이다.
도 17은 도 2의 발광 소자를 갖는 발광 소자 패키지를 나타낸 도면이다.
도 18은 도 2의 발광 소자를 갖는 표시장치를 나타낸 도면이다.
도 19는 도 2의 발광 소자를 갖는 표시장치의 다른 예를 나타낸 도면이다.
도 20은 도 2의 발광 소자를 갖는 조명장치를 나타낸 도면이다.
실시 예의 설명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴들의 "상/위(on)"에 또는 "아래(under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "상/위(on)"와 "아래(under)"는 "직접(directly)" 또는 "다른 층을 개재하여 (indirectly)" 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 각 층의 상/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 설명하면 다음과 같다.
도 1은 제1실시 예에 따른 발광소자를 나타낸 사시도이며, 도 2는 도 1의 발광 소자의 측 단면도이며, 도 3은 도 2의 발광 소자의 회로 구성도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 발광 소자(100)는 투광성의 기판(111); 상기 투광성의 기판(111) 상에 배치되며 서로 연결된 복수의 발광 셀(A1,A2); 상기 복수의 발광 셀(A1,A2) 중 제1발광 셀(A1)에 제2연결 전극(143); 상기 복수의 발광 셀(A1,A2) 중 제2발광 셀(A2)에 배치된 제1연결 전극(141); 상기 제1발광 셀(A1)과 제2발광 셀(A2)을 연결해 주는 배선층(142); 및 상기 제1 및 제2발광 셀(A1,A2)을 지지하며 상기 제1 및 제2연결 전극(141,143)의 둘레에 배치된 지지 부재(151)를 포함한다.
상기 제1 및 제2발광 셀(A1,A2)은 기판(111) 상에 배치되며, 제1반도체층(113), 제1도전형 반도체층(115), 활성층(117), 제2도전형 반도체층(119), 및 반사 전극층(131)을 포함하며, 제1전극(133) 또는 제2전극(133) 및 배선층(142) 중 적어도 하나에 연결된다.
상기 각 발광 셀(A1,A2)은 발광 구조물(120)을 포함하며, 발광 구조물(120)의 측면 및 투광성의 기판(111)의 표면 방향으로 광을 방출하게 된다.
상기 기판(111)은 투광성, 절연성 또는 도전성 기판을 이용할 수 있으며, 예컨대, 사파이어(Al2O3), SiC, Si, GaAs, GaN, ZnO, Si, GaP, InP, Ge, Ga2O3 중 적어도 하나를 이용할 수 있다. 상기 기판(111)의 하면에는 상기 기판(111)과 상기 제1반도체층(113) 사이에 요철 패턴과 같은 광 추출 구조가 형성될 수 있으며, 상기의 요철 패턴은 상기 기판(111)의 식각을 통해 형성하거나, 별도의 러프니스와 같은 패턴을 형성할 수 있다. 상기 요철 패턴은 스트라이프 형상 또는 볼록 렌즈 형상을 포함할 수 있다. 상기의 기판(111)은 투광성 기판을 일 예로 설명한다.
각 발광 셀(A1,A2)를 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
상기 기판(111) 상에는 제1반도체층(113)이 형성될 수 있다. 상기 제1반도체층(113)은 II족 내지 VI족 화합물 반도체를 선택적으로 이용하여 형성될 수 있다. 상기 제1반도체층(113)은 II족 내지 VI족 화합물 반도체를 이용하여 적어도 한 층 또는 복수의 층으로 형성될 수 있다. 상기 제1반도체층(113)은 예컨대, III족-V족 화합물 반도체를 이용한 반도체층 예컨대, GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 제1반도체층(113)은 ZnO 층과 같은 산화물로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 제1반도체층(113)은 버퍼층으로 형성될 수 있으며, 상기 버퍼층은 상기 기판과 질화물 반도체층 간의 격자 상수의 차이를 줄여줄 수 있다.
상기 제1반도체층(113)은 언도프드(undoped) 반도체층으로 형성될 수 있다. 상기 언도프드 반도체층은 III족-V족 화합물 반도체 예컨대, GaN계 반도체로 구현될 수 있다. 상기 언도프드 반도체층은 제조 공정시 의도적으로 도전형 도펀트를 도핑하지 않더라도 제1도전형 특성을 가지게 되며, 상기 제1도전형 반도체층(115)의 도전형 도펀트 농도보다는 낮은 농도를 가지게 된다. 상기 제1반도체층(113)은 형성하지 않거나, 상기 버퍼층 및 언도프드 반도체층 중 적어도 하나로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 제1반도체층(113) 위에는 발광 구조물(120)이 형성될 수 있다. 상기 발광 구조물(120)은 III족-V족 화합물 반도체를 포함하며, 예컨대 InxAlyGa1-x-yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체를 갖고, 자외선 대역부터 가시 광선 대역의 파장 범위 내에서 소정의 피크 파장을 발광할 수 있다.
상기 발광 구조물(120)은 제1도전형 반도체층(115), 제2도전형 반도체층(119), 상기 제1도전형 반도체층(115)과 상기 제2도전형 반도체층(119) 사이에 형성된 활성층(117)을 포함한다.
상기 제1도전형 반도체층(115)은 상기 제1반도체층(113) 위에 형성될 수 있다. 상기 제1도전형 반도체층(115)은 제1도전형 도펀트가 도핑된 III족-V족 화합물 반도체 예컨대, GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN와 같은 화합물 반도체 중 어느 하나로 이루어질 수 있다. 상기 제1도전형 반도체층(115)은 예컨대 InxAlyGa1 -x- yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체를 갖는 N형 반도체층으로 형성될 수 있으며, 상기 제1도전형 도펀트는 N형 도펀트로서, Si, Ge, Sn, Se, Te를 포함한다.
상기 제1도전형 반도체층(115)과 상기 제1반도체층(113) 사이에는 서로 다른 반도체층들이 교대로 적층된 초 격자 구조가 형성될 수 있으며, 이러한 초격자 구조는 격자 결함을 감소시켜 줄 수 있다. 상기 초 격자 구조의 각 층은 수 A 이상의 두께로 적층될 수 있다.
상기 제1도전형 반도체층(115)과 상기 활성층(117) 사이에는 제1도전형 클래드층이 형성될 수 있다. 상기 제1도전형 클래드층은 GaN계 반도체로 형성될 수 있으며, 그 밴드 갭은 상기 활성층(117)의 밴드 갭 이상으로 형성될 수 있다. 이러한 제1도전형 클래드층은 캐리어를 구속시켜 주는 역할을 한다.
상기 제1도전형 반도체층(115) 위에는 활성층(117)이 형성된다. 상기 활성층(117)은 단일 양자 우물, 다중 양자 우물(MQW), 양자 선(quantum wire) 구조 또는 양자 점(quantum dot) 구조를 선택적으로 포함하며, 우물층과 장벽층의 주기를 포함한다. 상기 우물층은 InxAlyGa1 -x- yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 포함하며, 상기 장벽층은 InxAlyGa1 -x- yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 포함할 수 있다. 상기 우물층/장벽층의 주기는 예컨대, InGaN/GaN, GaN/AlGaN, InGaN/AlGaN, InGaN/InGaN의 적층 구조를 이용하여 1주기 이상으로 형성될 수 있다. 상기 장벽층은 상기 우물층의 밴드 갭보다 높은 밴드 갭을 가지는 반도체 물질로 형성될 수 있다.
상기 활성층(117) 위에는 제2도전형 반도체층(119)이 형성된다. 상기 제2도전형 반도체층(119)은 제2도전형 도펀트가 도핑된 반도체 예컨대, GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN와 같은 화합물 반도체 중 어느 하나로 이루어질 수 있다. 상기 제2도전형 반도체층(119)은 예컨대 InxAlyGa1 -x- yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체를 갖는 P형 반도체층으로 형성될 수 있으며, 상기 제2도전형 도펀트는 P형 도펀트로서, Mg, Zn, Ca, Sr, Ba을 포함할 수 있다.
상기 제2도전형 반도체층(119)은 초격자 구조를 포함할 수 있으며, 상기 초격자 구조는 InGaN/GaN 초격자 구조 또는 AlGaN/GaN 초격자 구조를 포함할 수 있다. 상기 제2도전형 반도체층(119)의 초격자 구조는 비 정상적으로 전압에 포함된 전류를 확산시켜 주어, 활성층(117)을 보호할 수 있다.
또한 상기 제1도전형 반도체층(115)은 P형 반도체층, 상기 제2도전형 반도체층(119)은 N형 반도체층으로 구현될 수 있다. 상기 제2도전형 반도체층(119) 위에는 상기 제2도전형과 반대의 극성을 갖는 제3도전형 반도체층이 형성할 수도 있다.
상기 발광소자(100)는 상기 제1도전형 반도체층(115), 활성층(117) 및 상기 제2도전형 반도체층(119)을 발광 구조물(120)로 정의될 수 있으며, 상기 발광 구조물(120)은 N-P 접합 구조, P-N 접합 구조, N-P-N 접합 구조, P-N-P 접합 구조 중 어느 한 구조로 구현할 수 있다. 여기서, 상기 P는 P형 반도체층이며, 상기 N은 N형 반도체층이며, 상기 -은 P형 반도체층과 N형 반도체층이 직접 접촉되거나 간접 접촉된 구조를 포함한다. 이하, 설명의 편의를 위해, 발광 구조물(120)의 최 상층은 제2도전형 반도체층(119)으로 설명하기로 한다.
각 발광 셀(A1,A2)의 제2도전형 반도체층(119) 위에는 반사 전극층(131)이 형성된다. 상기 반사 전극층(131)은 오믹 접촉층, 반사층, 및 확산 방지층, 보호층 중 적어도 하나를 포함한다. 상기 반사 전극층(131)은 오믹 접촉층/반사층/확산 방지층/보호층의 구조로 형성되거나, 반사층/확산 방지층/보호층의 구조로 형성되거나, 오믹 접촉층/반사층/보호층의 구조로 형성되거나, 반사층/확산 방지층으로 형성되거나, 반사층으로 형성될 수 있다. 또는 반사 전극층(131)은 반사층을 포함하지 않을 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
여기서, 상기 오믹 접촉층은 상기 제2도전형 반도체층(119) 아래에 접촉되며, 그 접촉 면적은 상기 제2도전형 반도체층(119)의 하면 면적의 70% 이상으로 형성될 수 있다. 상기 오믹 접촉층은 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), SnO, InO, INZnO, ZnO, IrOx, RuOx, NiO, Ni, Cr 및 이들의 선택적인 화합물 또는 합금 중에서 선택되며, 적어도 한 층으로 형성될 수 있다. 상기 오믹 접촉층의 두께는 1~1,000Å로 형성될 수 있다.
상기 반사층은 상기 오믹 접촉층 아래에 반사율이 70% 이상인 물질 예컨대, Al, Ag, Ru, Pd, Rh, Pt, Ir의 금속과 상기의 금속 중 2 이상의 합금 중에서 선택될 수 있다. 상기 반사층의 금속은 상기 제2도전형 반도체층(119) 아래에 오믹 접촉될 수 있으며, 이 경우 상기 오믹 접촉층은 형성하지 않을 수 있다. 상기 반사층의 두께는 1~10,000Å으로 형성될 수 있다. 상기 확산 방지층은 Au, Cu, Hf, Ni, Mo, V, W, Rh, Ru, Pt, Pd, La, Ta, Ti 및 이들 중에서 2이상의 합금 중에서 선택될 수 있다. 상기 확산 방지층은 서로 다른 층의 경계에서 층간 확산을 방지하게 된다. 상기 확산 방지층의 두께는 1~10,000Å로 형성될 수 있다. 상기 보호층은 Au, Cu, Hf, Ni, Mo, V, W, Rh, Ru, Pt, Pd, La, Ta, Ti 및 이들 중에서 2이상의 합금 중에서 선택될 수 있으며, 그 두께는 1~10,000Å로 형성될 수 있다.
상기 반사 전극층(131)은 투광성 전극층/반사층의 적층 구조를 포함할 수 있으며, 상기 투광성 전극층은 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), SnO, InO, INZnO, ZnO, IrOx, RuOx의 그룹 중에서 선택될 수 있다. 상기 투광성 전극층의 아래에는 반사층이 형성될 수 있으며, 상기 반사층은 제1굴절률을 갖는 제1층과 제2굴절률을 갖는 제2층이 교대로 2페어 이상 적층된 구조를 포함하며, 상기 제1 및 제2굴절률은 서로 다르고, 상기 제1층과 제2층은 1.5~2.4 사이의 물질 예컨대, 전도성 또는 절연성 물질로 형성될 수 있으며, 이러한 구조는 DBR(distributed bragg reflection) 구조로 정의될 수 있다.
상기 제2도전형 반도체층(119) 및 상기 반사 전극층(131) 중 적어도 한 층의 표면에는 러프니스와 같은 광 추출 구조가 형성될 수 있으며, 이러한 광 추출 구조는 입사되는 광의 임계각을 변화시켜 주어, 광 추출 효율을 개선시켜 줄 수 있다.
상기 제2발광 셀(A2)의 제1도전형 반도체층(115)의 위에는 제1전극(135)이 형성되며, 상기 제1발광 셀(A1)의 반사 전극층(131)의 위에는 제2전극(137)이 형성될 수 있다. 상기 제1전극(135) 위에는 제1연결 전극(141)이 형성되며, 상기 제2전극(137) 위에는 제2연결 전극(143)이 형성된다. 상기 제1전극(135) 및 상기 제1연결 전극(141)과, 상기 제2전극(137) 및 제2연결 전극(143) 각각은 복수로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 제1전극(135)은 상기 제1도전형 반도체층(115)에 전기적으로 연결되며, 전극 패드를 포함할 수 있다. 상기 제1전극(135)은 상기 절연층(133)의 위에 더 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 제2전극(137)은 상기 반사 전극층(131)을 통해 상기 제2도전형 반도체층(119)과 물리적 또는/및 전기적으로 접촉될 수 있다. 상기 제2전극(137)은 전극 패드를 포함한다.
상기 배선층(142)은 인접한 발광 셀 (A1,A2)들을 연결해 주며, 예컨대 제1발광 셀(A1)과 제2발광 셀(A2)을 연결해 준다. 상기 배선층(142)의 제1단부는 상기 제1발광 셀(A1)의 제1도전형 반도체층(115)의 상면 또는 하면 중 적어도 하나에 접촉되며, 제2단부는 상기 제2발광 셀(A2)의 반사 전극층(131) 및 제2도전형 반도체층(119) 중 적어도 하나에 연결된다. 상기 배선층(142)와 상기 제2발광 셀(A2) 사이에는 절연층(133)이 배치되어, 서로 간의 접촉을 차단해 준다.
상기 제1전극(135), 제2전극(137) 및 배선층(142)은 접착층, 반사층, 확산 방지층, 및 본딩층 중 적어도 하나를 포함한다. 상기 접착층은 상기 제1도전형 반도체층(115) 또는 제2도전형 반도체층(119)에 오믹 접촉되며, Cr, Ti, Co, Ni, V, Hf 및 이들의 선택적인 합금으로 형성될 수 있으며, 그 두께는 1~1,000Å으로 형성될 수 있다. 상기 반사층은 상기 접착층 아래에 형성되며, 그 물질은 Ag, Al, Ru, Rh, Pt, Pd 및 이들의 선택적인 합금으로 형성될 수 있으며, 그 두께는 1~10,000Å로 형성될 수 있다. 상기 확산 방지층은 상기 반사층 아래에 형성되며, 그 물질은 Ni, Mo, W, Ru, Pt, Pd, La, Ta, Ti 및 이들의 선택적인 합금으로 형성될 수 있으며, 그 두께는 1~10,000Å을 포함한다. 상기 본딩층은 Al, Ru, Rh, Pt 및 이들의 선택적인 합금으로 형성될 수 있으며, 그 두께는 1~10,000Å로 형성될 수 있다.
상기 제1전극(135), 상기 제2전극(137) 및 배선층(142)은 동일한 적층 구조이거나 다른 적층 구조로 형성될 수 있다. 상기 제2전극(137)의 적층 구조가 상기 제1전극(135)의 적층 구조보다 적을 수 있으며, 예컨대 상기 제1전극(135)은 접착층/반사층/확산 방지층/본딩층의 구조 또는 접착층/확산방지층/본딩층의 구조로 형성될 수 있으며, 상기 제2전극(137)은 접착층/반사층/확산 방지층/본딩층의 구조 또는 접착층/확산방지층/본딩층의 구조로 형성될 수 있다. 상기 배선층(142)은 접착층/반사층/확산 방지층/본딩층의 구조 또는 접착층/확산방지층/본딩층의 구조로 형성될 수 있다.
상기 제1전극(135) 및 상기 제2전극(137) 중 적어도 하나는 전극 패드로부터 분기된 암(arm) 또는 핑거(finger) 구조와 같은 전류 확산 패턴이 더 형성될 수 있다. 또한 상기 제1전극(135) 및 상기 제2전극(137)의 전극 패드는 하나 또는 복수로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 제1연결 전극(141) 및 상기 제2연결 전극(143)은 전원을 공급하는 리드(lead) 기능과 방열 경로를 제공하게 된다. 상기 제1연결 전극(141) 및 상기 제2연결 전극(143)은 기둥 형상일 수 있으며, 예컨대 구형, 원 기둥 또는 다각 기둥과 같은 형상이거나 랜덤한 형상을 포함할 수 있다. 여기서, 상기 다각 기둥은 등각이거나 등각이 아닐 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 제1연결 전극(141) 및 상기 제2연결 전극(143)의 상면 또는 하면 형상은 원형, 다각형을 포함할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 제1연결 전극(141) 및 상기 제2연결 전극(143)의 직경 또는 너비는 1㎛~100,000㎛로 형성될 수 있으며, 그 높이는 1㎛~100,000㎛로 형성될 수 있다. 상기 제1연결 전극(141) 및 상기 제2연결 전극(143)의 상면은 상기 지지부재(151)의 상면과 동일한 평면 (즉, 수평 면) 상에 배치될 수 있다. 상기 제1연결 전극(141) 및 상기 제2연결 전극(143)의 상면은 서로 다른 면적으로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 제1연결 전극(141) 및 제2연결 전극(143)은 어느 하나의 금속 또는 합금을 이용하여 단일 층으로 형성될 수 있으며, 상기의 단일 층의 너비 및 높이는 1㎛~100,000㎛로 형성될 수 있다.
상기 제1연결 전극(141) 및 제2연결 전극(143)은 Ag, Al, Au, Cr, Co, Cu, Fe, Hf, In, Mo, Ni, Si, Sn, Ta, Ti, W 및 이들 금속의 선택적 합금 중 어느 하나로 형성될 수 있다. 상기 제1연결 전극(141) 및 제2연결 전극(143)은 상기 제1전극(135) 및 제2전극(137)과의 접착력 향상을 위하여 In, Sn, Ni, Cu 및 이들의 선택적인 합금 중의 어느 한 금속으로 도금될 수 있다. 이때 도금두께는 1~100,000Å이 적용 가능하다.
상기 제1연결 전극(141) 및 상기 제2연결 전극(143)의 표면에는 도금층이 더 형성될 수 있으며, 상기 도금층은 Tin 또는 이의 합금, Ni 또는 이의 합금, Tin-Ag-Cu 합금으로 형성될 수 있으며, 그 두께는 0.5㎛~10㎛로 형성될 수 있다. 이러한 도금층은 다른 본딩층과의 접합을 개선시켜 줄 수 있다.
상기 절연층(133)은 상기 반사 전극층(131) 또는 상기 발광 구조물(120)과 상기 지지부재(151) 사이의 영역에 배치될 수 있다. 상기 절연층(133)은 상기 발광 셀(A1,A2) 사이의 영역에 상기 복수의 발광 셀(A1,A2)을 서로 분리시켜 주게 된다.
상기 절연층(133)은 Al, Cr, Si, Ti, Zn, Zr 중 적어도 하나를 갖는 산화물, 질화물, 불화물, 및 황화물 중 적어도 하나로 형성된 절연물질 또는 절연성 수지를 포함한다. 상기 절연층(133)은 예컨대, SiO2, Si3N4, Al2O3, TiO2 중에서 선택적으로 형성될 수 있다. 상기 절연층(133)은 단층 또는 다층으로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 절연층(133)은 발광 구조물(120)의 상에 플립 본딩을 위한 금속 구조물을 형성할 때, 상기 발광 구조물(120)의 층간 쇼트를 방지하기 위해 형성된다.
상기 절연층(133)은 상기 반사 전극층(131) 상면에 형성되지 않고, 상기 발광 구조물(120)의 표면에만 형성될 수 있다. 이는 상기 반사 전극층(131)의 상면에는 절연성의 지지 부재(151)가 형성됨으로써, 상기 절연층(133)을 상기 반사 전극층(131)의 상면까지 연장하지 않을 수 있다.
상기 절연층(133)은 서로 다른 굴절률을 갖는 제1층과 제2층이 교대로 배치된 DBR 구조로 형성될 수 있으며, 상기 제1층은 SiO2, Si3N4, Al2O3, TiO2 중에서 어느 하나이며, 상기 제2층은 상기 제1층 이외의 물질 중 어느 하나로 형성될 수 있다. 이 경우, 상기 반사 전극층은 형성하지 않을 수 있다.
상기 절연층(133)은 100~10,000Å 두께로 형성되며, 다층 구조로 형성된 경우 각 층은 1~50,000Å의 두께이거나, 각 층당 100~10,000Å의 두께로 형성될 수 있다. 여기서, 상기 다층 구조의 절연층(133)에서 각 층의 두께는 발광 파장에 따라 반사 효율을 변화시켜 줄 수 있다.
상기 제1연결 전극(141) 및 상기 제2연결 전극(143)의 재질은 Ag, Al, Au, Cr, Co, Cu, Fe, Hf, In, Mo, Ni, Si, Sn, Ta, Ti, W 및 이들의 선택적인 합금으로 형성될 수 있다. 또한 상기 제1연결 전극(141)과 상기 제2연결 전극(143)은 상기 제1전극(135)과 상기 제2전극(137)과의 접착력을 위해 In, Sn, Ni, Cu 및 이들의 합금을 이용한 도금층을 포함할 수 있으며, 상기 도금층의 두께는 1~100,000Å로 형성될 수 있다. 상기 제1연결 전극(141) 및 상기 제2 연결 전극(143)은 유테틱(eutectic) 본딩, 솔더 볼 또는 금속 범프로 본딩될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 제1연결 전극(141) 및 상기 제2연결 전극(143)의 재질은 Ag, Al, Au, Cr, Co, Cu, Fe, Hf, In, Mo, Ni, Si, Sn, Ta, Ti, W 및 이들의 선택적인 합금으로 형성될 수 있다. 또한 상기 제1연결 전극(141)과 상기 제2연결 전극(143)은 상기 제1전극(135)와 상기 제2전극(137)과의 접착력을 위해 In, Sn, Ni, Cu 및 이들의 합금을 이용한 도금층을 포함할 수 있으며, 상기 도금층의 두께는 1~100,000Å로 형성될 수 있다. 상기 제1연결 전극(141) 및 상기 제2 연결 전극(143)은 솔더 볼 또는 금속 범프와 같은 단일 금속으로 사용될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 지지 부재(151)는 발광 소자(100)를 지지하는 지지층으로 사용된다. 상기 지지 부재(151)는 절연성 재질로 형성되며, 상기 절연성 재질은 예컨대, 실리콘 또는 에폭시와 같은 수지층으로 형성된다. 다른 예로서, 상기 절연성 재질은 페이스트 또는 절연성 잉크를 포함할 수 있다. 상기 절연성 재질의 재질은 그 종류는 polyacrylate resin, epoxy resin, phenolic resin, polyamides resin, polyimides rein, unsaturated polyesters resin, polyphenylene ether resin (PPE), polyphenilene oxide resin (PPO), polyphenylenesulfides resin, cyanate ester resin, benzocyclobutene (BCB), Polyamido-amine Dendrimers (PAMAM), 및 Polypropylene-imine, Dendrimers (PPI), 및 PAMAM 내부 구조 및 유기-실리콘 외면을 갖는 PAMAM-OS(organosilicon)를 단독 또는 이들의 조합을 포함한 수지로 구성될 수 있다. 상기 지지부재(151)는 상기 절연층(133)과 다른 물질로 형성될 수 있다.
상기 지지 부재(151) 내에는 Al, Cr, Si, Ti, Zn, Zr 중 적어도 하나를 갖는 산화물, 질화물, 불화물, 황화물과 같은 화합물들 중 적어도 하나가 첨가될 수 있다. 여기서, 상기 지지 부재(151) 내에 첨가된 화합물은 열 확산제일 수 있으며, 상기 열 확산제는 소정 크기의 분말 입자, 알갱이, 필러(filler), 첨가제로 사용될 수 있으며, 이하 설명의 편의를 위해 열 확산제로 설명하기로 한다. 여기서, 상기 열 확산제는 절연성 재질 또는 전도성 재질일 수 있으며, 그 크기는 1Å~100,000Å으로 사용 가능하며, 열 확산 효율을 위해 1,000Å~50,000Å로 형성될 수 있다. 상기 열 확산제의 입자 형상은 구형 또는 불규칙한 형상을 포함할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 열 확산제는 세라믹 재질을 포함하며, 상기 세라믹 재질은 동시 소성되는 저온 소성 세라믹(LTCC: low temperature co-fired ceramic), 고온 소성 세라믹(HTCC: high temperature co-fired ceramic), 알루미나(alumina), 수정(quartz), 칼슘지르코네이트(calcium zirconate), 감람석(forsterite), SiC, 흑연, 용융실리카(fusedsilica), 뮬라이트(mullite), 근청석(cordierite), 지르코니아(zirconia), 베릴리아(beryllia), 및 질화알루미늄(aluminum nitride) 중 적어도 하나를 포함한다. 상기 세라믹 재질은 질화물 또는 산화물과 같은 절연성 물질 중에서 열 전도도가 질화물이나 산화물보다 높은 금속 질화물로 형성될 수 있으며, 상기 금속 질화물은 예컨대, 열 전도도가 140 W/mK 이상의 물질을 포함할 수 있다. 상기 세라믹 재질은 예컨대, SiO2, SixOy, Si3N4, SixNy, SiOxNy, Al2O3, BN, Si3N4, SiC(SiC-BeO), BeO, CeO, AlN와 같은 세라믹 (Ceramic) 계열일 수 있다. 상기 열 전도성 물질은 C (다이아몬드, CNT)의 성분을 포함할 수 있다.
상기 지지 부재(151)는 단층 또는 다층으로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 지지 부재(151)는 내부에 세라믹 물질의 분말을 포함함으로써, 지지 부재(151)의 강도는 개선되고, 열 전도율 또한 개선될 수 있다.
상기 지지 부재(151) 내에 포함된 열 확산제는 1~99wt/% 정도의 함량 비율로 첨가될 수 있으며, 효율적인 열 확산을 위해 50~99wt% 범위의 함량 비율로 첨가될 수 있다. 이러한 지지 부재(151) 내에 열 확산제가 첨가됨으로써, 내부에서의 열 전도율은 더 개선될 수 있다. 또한 상기 지지 부재(151)의 열 팽창 계수는 4-11 [x106/℃]이며, 이러한 열 팽창 계수는 상기 기판(111) 예컨대, 사파이어 기판과 동일하거나 유사한 열 팽창 계수를 갖게 되므로, 상기 기판(111) 아래에 형성되는 발광 구조물(120)과의 열 팽창 차이에 의해 웨이퍼가 휘어지거나 결함이 발생되는 것을 억제하여 발광 소자의 신뢰성이 저하되는 것을 방지할 수 있다.
여기서, 상기 지지 부재(151)의 상면 면적은 상기 기판(111)의 하면과 실질적으로 동일한 면적으로 형성될 수 있다. 또한 상기 지지 부재(151)의 상면 너비는 상기 기판(111)의 하면 너비와 동일한 너비로 형성될 수 있다. 이는 지지 부재(151)를 형성한 다음 개별 칩으로 분리함으로써, 상기 지지부재(151)와 상기 기판(111) 및 상기 제1도전형 반도체층(115)의 측면이 동일 평면 상에 배치될 수 있다. 다른 예로서, 상기 지지 부재(151)의 상면 면적은 상기 기판(111)의 하면 면적보다 더 넓거나 더 좁을 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기의 지지부재(151)는 복수의 발광 셀(A1,A2)의 상부를 커버하며, 지지하게 된다.
제1발광 셀(A1)의 제2도전형 반도체층(119)은 제2전극(135)을 통해 제2연결 전극(143)에 전기적으로 연결되며, 제2발광 셀(A2)의 제1도전형 반도체층(115)은 제1전극(133)을 통해 제1연결 전극(141)과 전기적으로 연결된다. 상기 제1발광 셀(A1)의 제1도전형 반도체층(119)과 상기 제2발광 셀(A2)의 반사 전극층(131)은 배선층(142)에 의해 서로 연결된다. 도 3과 같이, 제1단자(P1)와 제2단자(P2) 사이에 상기 제1발광 셀(A1)과 상기 제2발광 셀(A2)이 서로 직렬로 연결된다.
상기 제1발광 셀(A1)과 제2발광 셀(A2)은 상기 지지부재(151) 상에 노출된 제1연결 전극(141)으로 공급되는 제1극성의 전원과, 제2연결 전극(143)으로 공급되는 제2극성의 전원에 의해 구동하게 된다. 실시 예는 발광 소자 내에 복수의 발광 셀을 직렬구조를 형성하여 동작전류를 낮추어 줄 수 있다.
도 2에서 기판(111)의 아래에는 요철 패턴과 같은 패턴부가 형성될 수 있다. 또한 상기 기판(111)의 상면, 상기 기판(111)의 측면 및 상기 발광 구조물(120)의 측면 중 적어도 하나에는 절연층이 형성될 수 있다. 상기 기판(111)의 하면, 상기 기판(111)의 측면 및 상기 발광 구조물(120)의 측면 중 적어도 하나에는 형광체층이 형성될 수 있으며, 상기 형광체층은 청색 형광체, 녹색 형광체, 황색 형광체, 및 적색 형광체 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또한 상기의 기판(111)은 발광 구조물(120)로부터 제거되고, 별도의 절연 시트가 더 부착될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
도 4 내지 도 6은 제2실시 예에 따른 발광 소자를 나타낸 도면이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 발광 소자는 제1발광 셀(A1)과 제2발광 셀(A2)이 서로 인접한 영역에 배치되고 병렬로 연결된다.
상기 제1발광 셀(A1)은 지지 부재(151) 상에 제1연결 전극(141) 및 제2연결 전극(143)이 배치되며, 상기 제2발광 셀(A2)은 상기 지지 부재(151) 상에 제1연결 전극(141) 및 제2연결 전극(143)이 배치된다. 상기 제1발광 셀(A1)과 제2발광 셀(A2)은 기판(111) 상에 병렬로 배치된다. 실시 예는 단일 칩 내에 복수의 발광 셀(A1,A2)을 병렬로 배치하여, 동작전압을 낮추고 고출력의 발광 소자를 제공할 수 있다.
도 5와 같이, 제1발광 셀(A1) 및 제2발광 셀(A2)은 기판(111) 상에 인접하게 배치되며, 제1반도체층(113), 제1도전형 반도체층(115), 활성층(117), 제2도전형 반도체층(119), 및 반사 전극층(131)을 포함한다. 상기의 기판(111)의 아래에는 요철 패턴과 같은 패턴부가 형성될 수 있다. 또한 상기 기판(111)의 하면, 상기 기판(111)의 측면 및 상기 발광 구조물(120)의 측면 중 적어도 하나에는 절연층이 형성될 수 있다. 상기 기판(111)의 상면, 상기 기판(111)의 측면 및 상기 발광 구조물(120)의 측면 중 적어도 하나에는 형광체층이 형성될 수 있으며, 상기 형광체층은 청색 형광체, 녹색 형광체, 황색 형광체, 및 적색 형광체 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 제1발광 셀(A1)과 제2발광 셀(A2)은 각각 발광 구조물(120)을 갖고, 절연층(133)에 의해 서로 분리된다.
도 6과 같이, 제1발광 셀(A1)과 제2발광 셀(A2)은 제3단자(P3) 및 제4단자(P4) 사이에 병렬로 연결된다.
도 7 내지 도 9는 제3실시 예에 따른 발광 소자를 나타낸 도면이다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 발광 소자는 복수의 발광 셀(A1-An)이 직렬로 연결된다. 상기 복수의 발광 셀(A1-An)은 배선층(142)에 의해 n개가 직렬로 연결되며, AC 전원, 정류된 DC 전원, 또는 AC 전원의 1/2 주기에 의해 동작될 수 있다.
각 발광 셀(A1-An)은 기판(111) 상에 배치되며, 제1반도체층(113), 제1도전형 반도체층(115), 활성층(117), 제2도전형 반도체층(119), 및 반사 전극층(131)을 포함하며, 제1전극(133) 또는 제2전극(135) 및 배선층(142) 중 적어도 하나에 연결된다. 상기의 기판(111)의 아래에는 요철 패턴과 같은 패턴부가 형성될 수 있다. 또한 상기 기판(111)의 상면, 상기 기판(111)의 측면 및 상기 발광 구조물(120)의 측면 중 적어도 하나에는 절연층이 형성될 수 있다. 상기 기판(111)의 하면, 상기 기판(111)의 측면 및 상기 발광 구조물(120)의 측면 중 적어도 하나에는 형광체층이 형성될 수 있으며, 상기 형광체층은 청색 형광체, 녹색 형광체, 황색 형광체, 및 적색 형광체 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
제1발광 셀(A1)에는 지지부재(151) 내에 배치된 제2연결 전극(143)이 배치되고, 제n 발광 셀(An)에는 지지 부재(151) 내에 배치된 제1연결 전극(141)이 배치된다. 상기 제1연결 전극(141)과 제2연결 전극(143)은 AC 전원을 공급받거나, DC 변환된 전원을 공급받을 수 있다.
도 9와 같이, n개의 발광 셀(A1-An)은 제5단자(P5) 및 제6단자(P6) 사이에 직렬로 연결된다.
도 10은 제4실시 예에 따른 발광 소자를 나타낸 도면이다.
도 10을 참조하면, 발광 소자는 n개의 발광 셀(A1-An)이 병렬로 연결된다. 각 발광 셀(A1-An)의 구조는 도 4를 참조하기로 하며, 인접한 발광 셀(A1-An)의 연결은 도 4와 같이 배선층(142)에 의해 연결될 수 있다. 또한 인접한 발광 셀(A1-An) 간은 절연층(도 4의 144)이 배치되거나, 지지부재(151)의 일부가 형성될 수 있다. 도 11은 N개의 발광 셀(A1-An)들이 제7단자(P7)와 제8단자(P8) 사이에 병렬로 연결된다.
도 12는 제5실시 예에 따른 발광 소자를 나타낸 도면이다.
도 12를 참조하면, 발광 소자는 제1발광 셀(A1)과 제2발광 셀(A2)은 직렬로 연결되며, 상기 제3발광 셀(A3)과 제4발광 셀(A4)은 직렬로 연결된다. 상기 제1 및 제2발광 셀(A1,A2)은 상기 제3 및 제4발광 셀(A3,A4)와 병렬로 연결된다.
상기 제1발광 셀(A1)과 제2발광 셀(A2)을 갖는 제1그룹(B1)은 제3발광 셀(A3)과 제4발광 셀(A4)을 갖는 제2그룹(B2)과 병렬로 연결된다. 상기 제1 및 제2발광 셀(A1,A2)과 상기 제3 및 제4발광 셀(A3,A4)의 경계 라인(L1)은 절연층(133)에 의해 서로 분리되거나, 지지 부재(151)에 의해 서로 분리된다. 이러한 발광 소자는 직렬 및 병렬 연결 구조를 포함한다. 상기 제1 및 제2발광 셀(A1,A2)의 구조는 도 2를 참조하며, 병렬 연결 구조는 도 4를 참조하기로 한다. 실시 예는 단일 칩 내에 복수의 발광 셀을 직병렬구조를 형성하여 동작전류를 낮추면서 고출력을 가능하게 하는 소자를 제공할 수 있다.
도 13은 제12의 발광 소자의 변형 예를 나타낸 도면이다.
도 13을 참조하면, 발광 소자는 n개 발광 셀(A1-An)의 제1그룹(B1-Bm)들이 서로 병렬로 m개로 배치된다. 발광 소자는 n개의 발광 셀들(A1-An)의 제1그룹(B1)이 직렬로 연결되며, m개의 그룹(B1-Bm)들이 경계 라인(L1)에서 서로 병렬로 연결된다. 상기 n 및 m은 2 이상의 자연수이다. 도 13의 발광 소자는 도 14와 같이 직렬-병렬 방식의 회로를 갖는다.
도 15는 제6실시 예에 따른 발광 소자를 나타낸 평면도이다.
도 15를 참조하면, 발광 소자는 복수의 발광 셀들(A1-An)이 매트릭스 형태로 배열되며, AC 전원을 위한 발광 소자로 제공될 수 있다. 복수의 발광 셀(A1-An)을 각 열 내에서 직렬로 연결되며, 인접한 열의 발광 셀(A1-An)들은 서로 직렬로 연결되며, 인접한 발광 셀(A1-An) 간의 연결은 도 2를 참조하기로 한다.
상기 복수의 발광 셀들(A1-An)은 AC 전원을 위해, 제n발광 셀(An)에는 제1연결 전극(141)에 제1극성의 전원이 공급되고, 제1발광 셀(A1)에는 제2연결 전극(143)에 제2극성의 전원이 연결되므로, 복수의 발광 셀(A1-An)들이 발광하게 된다. 상기 발광 소자의 기판 아래에는 요철 패턴과 같은 패턴부가 형성될 수 있다. 또한 상기 기판의 하면, 상기 기판의 측면 및 상기 발광 구조물의 측면 중 적어도 하나에는 절연층이 형성될 수 있다. 상기 기판의 상면, 상기 기판의 측면 및 상기 발광 구조물의 측면 중 적어도 하나에는 형광체층이 형성될 수 있으며, 상기 형광체층은 청색 형광체, 녹색 형광체, 황색 형광체, 및 적색 형광체 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
도 16는 도 2의 발광 소자가 탑재된 발광 모듈을 나타낸 도면이다.
도 16을 참조하면, 발광 소자(100)는 모듈 기판(170) 상에 플립 방식으로 탑재된다.
상기 모듈 기판(170)은 예컨대, 금속층(171) 및 상기 금속층(171)에 절연층(172), 상기 절연층(172) 상에 회로 패턴을 포함한다. 상기 회로 패턴은 상기 절연층(172) 상에 형성된 제1패드(173) 및 제2패드(174)를 포함하며, 상기 제1패드(173) 및 제2패드(174)는 랜드 패턴으로서, 전원을 공급해 주게 된다. 상기 절연층(172) 상에는 상기 패드(173,174) 영역을 제외한 영역에 보호층(175)이 형성되며, 상기 보호층(175)은 솔더 레지스트(Solder resist) 층 또는 절연층으로서, 백색 또는 녹색 보호층을 포함한다. 상기 보호층(175)은 광을 효율적으로 반사시켜 주어, 반사 광량을 개선시켜 줄 수 있다.
상기 모듈 기판(170)은 회로패턴(미도시)을 포함하는 인쇄회로기판(PCB, Printed Circuit Board)일 수 있다. 다만, 상기 모듈 기판(170)은 수지 계열의 PCB, 메탈 코어 PCB(MCPCB, Metal Core PCB), 연성 PCB(FPCB, Flexible PCB) 등을 포함할 수도 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 제1패드(173) 상에는 상기 발광 소자(101)의 제2발광 셀(A2)의 제1연결 전극(141)이 대응되며, 상기 제2패드(174) 상에는 상기 발광 소자(101)의 제1발광 셀(A1)의 제2연결 전극(143)이 대응된다. 상기 제1패드(173)과 상기 제1연결 전극(141)은 본딩 물질(177)에 의해 본딩되며, 상기 제2패드(174) 및 상기 제2연결 전극(143)은 본딩 물질(177)에 의해 본딩된다.
상기 발광 소자(101)의 제1연결 전극(141), 제2연결 전극(143), 및 지지 부재(151)의 하면과 상기 모듈 기판(170)의 상면 사이의 간격은 동일한 간격으로 형성될 수 있다.
상기 모듈 기판(170) 상에는 하나의 발광 소자(101)을 탑재한 구성에 대해 개시하였으나, 복수의 발광 소자를 어레이할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 발광 소자(101)는 측면에 절연부재(181) 및 반사부재(191)를 배치함으로써, 상 방향으로의 광 추출 효율을 개선시켜 줄 수 있다.
도 16에서 상기 발광 소자(100)의 기판(111)의 상에는 요철 패턴과 같은 패턴부가 형성될 수 있다. 또한 상기 기판(111)의 상면, 상기 기판(111)의 측면 및 상기 발광 구조물(120)의 측면 중 적어도 하나에는 절연층이 형성될 수 있다. 상기 기판(111)의 상면, 상기 기판(111)의 측면 및 상기 발광 구조물(120)의 측면 중 적어도 하나에는 형광체층이 형성될 수 있으며, 상기 형광체층은 청색 형광체, 녹색 형광체, 황색 형광체, 및 적색 형광체 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
도 17은 도 2의 발광 소자가 탑재된 발광 소자 패키지를 나타낸 도면이다.
도 17을 참조하면, 발광 소자 패키지(200)는 몸체부(211)와, 상기 몸체부(211)에 설치된 제1리드 전극(215) 및 제2리드 전극(217)과, 몰딩 부재(219), 및 발광소자(100)를 포함한다.
상기 몸체부(211)는 고반사 수지 계열(예; PPA), 폴리머 계열, 플라스틱 계열 중에서 선택적으로 사출 성형되거나, 단층 또는 다층의 기판 적층 구조로 형성될 수 있다. 상기 몸체부(211)는 상부가 개방된 캐비티(212)를 포함하며, 상기 캐비티(212)의 둘레면(212A)은 상기 캐비티(212)의 바닥 또는 상기 발광 소자(100)의 지지부재(151)에 대해 경사지거나 수직하게 형성될 수 있다.
상기 캐비티(212)는 하부 너비가 좁고 상부 너비가 넓게 형성될 수 있다. 또한 상기 캐비티(212)의 깊이는 상기 발광 소자(100)의 두께보다 두꺼운 깊이로 형성될 수 있으나, 이에 대해 한정하지는 않는다. 이는 발광 소자(100)의 측면에 배치된 반사부재(191)에 의해 상기 발광 소자(100)로부터 측 방향으로 방출되는 광이 감소되어, 상기 캐비티(212)의 높이를 낮추거나, 둘레면(212A)의 경사를 수직하게 배치할 수 있다.
상기 캐비티(212)에는 제1리드 전극(215) 및 제2리드 전극(217)이 배치되며, 상기 제1리드 전극(215) 및 제2리드 전극(217)은 서로 이격된다. 상기 제1리드 전극(215)와 제2리드 전극(217) 사이에는 간극부(214)가 배치되며, 상기 간극부(214)는 상기 몸체(211)와 동일 재질이거나, 다른 절연 재질로 형성될 수 있다.
상기에 개시된 실시 예(들)의 발광 소자(100)는 상기 제1리드 전극(215) 및 제2리드 전극(217) 위에 플립 방식으로 본딩된다. 즉, 상기 발광 소자(100)의 제2발광 셀(A2)의 제1연결 전극(141)은 제1리드 전극(215)에 본딩되며, 제1발광 셀(A1)의 상기 제2연결 전극(143)은 제2리드 전극(217)에 본딩된다.
상기 제1리드 전극(215) 및 상기 제2리드 전극(217)의 상면과 상기 발광 소자(100)의 하면 즉, 제1연결 전극(141), 제2연결 전극(143), 및 상기 지지 부재(151)의 하면 사이의 간격은 동일한 간격으로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 발광 소자(100)의 지지 부재(151)는 상기 제1리드 전극(215) 및 상기 제2리드 전극(217) 상에 이격되며, 전 표면을 통해 방열하게 된다.
상기 캐비티(212) 내에는 몰딩 부재(219)가 형성되며, 상기 몰딩 부재(219)는 실리콘 또는 에폭시와 같은 투광성 수지 재질로 형성될 수 있으며, 형광체를 포함할 수 있다.
상기 발광소자(100)의 내부에서 발생된 광은 발광 소자(100)의 상면 및 측면을 통해 대부분의 광이 추출되며, 상기 추출된 광은 상기 몰딩 부재(219)를 통해 외부로 방출될 수 있다. 여기서, 상기 발광 소자(100)의 상면을 통해 추출되는 광량은 상기 반사부재(191)에 의해 증가될 수 있어, 발광 소자(100) 내부에서의 광 손실을 줄일 수 있다. 상기 발광 소자(100)의 기판(111)의 상에는 요철 패턴과 같은 패턴부가 형성될 수 있다. 또한 상기 기판(111)의 상면, 상기 기판(111)의 측면 및 상기 발광 구조물(120)의 측면 중 적어도 하나에는 절연층이 형성될 수 있다. 상기 기판(111)의 상면, 상기 기판(111)의 측면 및 상기 발광 구조물(120)의 측면 중 적어도 하나에는 형광체층이 형성될 수 있으며, 상기 형광체층은 청색 형광체, 녹색 형광체, 황색 형광체, 및 적색 형광체 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 발광 소자 패키지(200)는 상기에 개시된 실시 예들의 발광 소자 중 하나 또는 복수로 탑재할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 발광 소자 패키지는 형광체층을 갖는 다른 실시 예의 발광 소자가 탑재된 경우, 상기 몰딩 부재(219) 내에는 별도의 형광체를 첨가하지 않을 수 있으며, 다른 예로서 상기 형광체층의 형광체와 다른 형광체 또는 서로 유사한 컬러를 발광하는 형광체를 첨가할 수 있다.
상기 몸체(211) 상에는 렌즈(250)가 배치되며, 상기 렌즈(250)는 상기 상기 발광 소자(100)로부터 입사된 광의 배광 분포를 조절해 주게 된다. 예를 들면, 상기 렌즈(250)은 중심부에 상기 발광 소자(100) 방향으로 오목한 오목부(251)를 배치하여, 입사되는 광을 전반사시켜 주어, 측 방향으로 진행하는 광에 의해 광 지향각을 개선시켜 줄 수 있다. 상기 렌즈(250)는 상기 몸체(211) 상에 접촉되거나, 이격될 수 있으며, 설치하지 않을 수 있다.
<조명 시스템>
실시예에 따른 발광 소자 또는 발광 소자 패키지는 라이트 유닛에 적용될 수 있다. 상기 라이트 유닛은 복수의 발광 소자 또는 발광 소자 패키지가 어레이된 구조를 포함한다. 도 18 및 도 19에 도시된 표시 장치, 도 20에 도시된 조명 장치를 포함하고, 조명등, 신호등, 차량 전조등, 전광판 등이 포함될 수 있다.
도 18은 실시 예에 따른 표시 장치의 분해 사시도이다.
도 18을 참조하면, 실시예에 따른 표시 장치(1000)는 도광판(1041)과, 상기 도광판(1041)에 빛을 제공하는 발광 모듈(1031)와, 상기 도광판(1041) 아래에 반사부재(1022)와, 상기 도광판(1041) 위에 광학 시트(1051)와, 상기 광학 시트(1051) 위에 표시 패널(1061)과, 상기 도광판(1041), 발광 모듈(1031) 및 반사부재(1022)를 수납하는 바텀 커버(1011)를 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
상기 바텀 커버(1011), 반사시트(1022), 도광판(1041), 광학 시트(1051)는 라이트 유닛(1050)으로 정의될 수 있다.
상기 도광판(1041)은 빛을 확산시켜 면광원화 시키는 역할을 한다. 상기 도광판(1041)은 투명한 재질로 이루어지며, 예를 들어, PMMA(polymethyl metaacrylate)와 같은 아크릴 수지 계열, PET(polyethylene terephthlate), PC(poly carbonate), COC(cycloolefin copolymer) 및 PEN(polyethylene naphthalate) 수지 중 하나를 포함할 수 있다.
상기 발광모듈(1031)은 상기 도광판(1041)의 적어도 일 측면에 빛을 제공하며, 궁극적으로는 표시 장치의 광원으로써 작용하게 된다.
상기 발광모듈(1031)은 상기 바텀 커버(1011) 내에 적어도 하나가 배치되며, 상기 도광판(1041)의 적어도 한 측면에서 직접 또는 간접적으로 광을 제공할 수 있다. 상기 발광 모듈(1031)은 모듈 기판(1033)과 상기에 개시된 실시 예에 따른 발광 소자(100)를 포함하며, 상기 발광 소자(100)는 상기 모듈 기판(1033) 상에 소정 간격으로 어레이될 수 있다. 다른 예로서, 상기 모듈 기판(1033) 위에는 실시 예에 따른 발광 소자 패키지가 어레이될 수 있다.
상기 모듈 기판(1033)은 회로패턴(미도시)을 포함하는 인쇄회로기판(PCB, Printed Circuit Board)일 수 있다. 다만, 상기 모듈 기판(1033)은 일반 PCB 뿐 아니라, 메탈 코어 PCB(MCPCB, Metal Core PCB), 연성 PCB(FPCB, Flexible PCB) 등을 포함할 수도 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 발광 소자(100)는 상기 바텀 커버(1011)의 측면 또는 방열 플레이트 상에 탑재될 경우, 상기 모듈 기판(1033)은 제거될 수 있다. 여기서, 상기 방열 플레이트의 일부는 상기 바텀 커버(1011)의 상면에 접촉될 수 있다.
그리고, 상기 다수의 발광 소자(100)는 상기 모듈 기판(1033) 상에 빛이 방출되는 출사면이 상기 도광판(1041)과 소정 거리 이격되도록 탑재될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 발광 소자(100)는 상기 도광판(1041)의 적어도 일측면인 입광부에 광을 직접 또는 간접적으로 제공할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 도광판(1041) 아래에는 상기 반사부재(1022)가 배치될 수 있다. 상기 반사부재(1022)는 상기 도광판(1041)의 하면으로 입사된 빛을 반사시켜 위로 향하게 함으로써, 상기 라이트 유닛(1050)의 휘도를 향상시킬 수 있다. 상기 반사부재(1022)는 예를 들어, PET, PC, PVC 레진 등으로 형성될 수 있으나, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 반사부재(1022)는 상기 바텀 커버(1011)의 상면일 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 바텀 커버(1011)는 상기 도광판(1041), 발광모듈(1031) 및 반사부재(1022) 등을 수납할 수 있다. 이를 위해, 상기 바텀 커버(1011)는 상면이 개구된 박스(box) 형상을 갖는 수납부(1012)가 구비될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 바텀 커버(1011)는 탑 커버와 결합될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 바텀 커버(1011)는 금속 재질 또는 수지 재질로 형성될 수 있으며, 프레스 성형 또는 압출 성형 등의 공정을 이용하여 제조될 수 있다. 또한 상기 바텀 커버(1011)는 열 전도성이 좋은 금속 또는 비 금속 재료를 포함할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 표시 패널(1061)은 예컨대, LCD 패널로서, 서로 대향되는 투명한 재질의 제 1 및 제 2기판, 그리고 제 1 및 제 2기판 사이에 개재된 액정층을 포함한다. 상기 표시 패널(1061)의 적어도 일면에는 편광판이 부착될 수 있으며, 이러한 편광판의 부착 구조로 한정하지는 않는다. 상기 표시 패널(1061)은 광학 시트(1051)를 통과한 광에 의해 정보를 표시하게 된다. 이러한 표시 장치(1000)는 각 종 휴대 단말기, 노트북 컴퓨터의 모니터, 랩탑 컴퓨터의 모니터, 텔레비젼 등에 적용될 수 있다.
상기 광학 시트(1051)는 상기 표시 패널(1061)과 상기 도광판(1041) 사이에 배치되며, 적어도 한 장의 투광성 시트를 포함한다. 상기 광학 시트(1051)는 예컨대 확산 시트, 수평 및 수직 프리즘 시트, 및 휘도 강화 시트 등과 같은 시트 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 확산 시트는 입사되는 광을 확산시켜 주고, 상기 수평 또는/및 수직 프리즘 시트는 입사되는 광을 표시 영역으로 집광시켜 주며, 상기 휘도 강화 시트는 손실되는 광을 재사용하여 휘도를 향상시켜 준다. 또한 상기 표시 패널(1061) 위에는 보호 시트가 배치될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
여기서, 상기 발광 모듈(1031)의 광 경로 상에는 광학 부재로서, 상기 도광판(1041), 및 광학 시트(1051)를 포함할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
도 19는 실시 예에 따른 표시 장치를 나타낸 도면이다.
도 19를 참조하면, 표시 장치(1100)는 바텀 커버(1152), 상기에 개시된 발광 소자(100)가 어레이된 모듈 기판(1120), 광학 부재(1154), 및 표시 패널(1155)을 포함한다.
상기 모듈 기판(1120)과 상기 발광 소자(100)는 발광 모듈(1160)로 정의될 수 있다. 상기 바텀 커버(1152), 적어도 하나의 발광 모듈(1160), 광학 부재(1154)는 라이트 유닛으로 정의될 수 있다. 상기 모듈 기판(1120) 위에는 발광 소자가 플립 방식으로 탑재되어 어레이될 수 있다. 또한 상기 모듈 기판(1120) 상에는 실시 예에 개시된 발광 소자 패키지가 어레이될 수 있다. 상기 바텀 커버(1152)에는 수납부(1153)를 구비할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
여기서, 상기 광학 부재(1154)는 렌즈, 도광판, 확산 시트, 수평 및 수직 프리즘 시트, 및 휘도 강화 시트 등에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 도광판은 PC 재질 또는 PMMA(Poly methy methacrylate) 재질로 이루어질 수 있으며, 이러한 도광판은 제거될 수 있다. 상기 확산 시트는 입사되는 광을 확산시켜 주고, 상기 수평 및 수직 프리즘 시트는 입사되는 광을 표시 영역으로 집광시켜 주며, 상기 휘도 강화 시트는 손실되는 광을 재사용하여 휘도를 향상시켜 준다.
도 20은 실시 예에 따른 조명 장치의 사시도이다.
도 20은 참조하면, 조명 장치(1500)는 케이스(1510)와, 상기 케이스(1510)에 설치된 발광모듈(1530)과, 상기 케이스(1510)에 설치되며 외부 전원으로부터 전원을 제공받는 연결 단자(1520)를 포함할 수 있다.
상기 케이스(1510)는 방열 특성이 양호한 재질로 형성되는 것이 바람직하며, 예를 들어 금속 재질 또는 수지 재질로 형성될 수 있다.
상기 발광 모듈(1530)은 모듈 기판(1532)과, 상기 모듈 기판(1532)에 탑재되는 실시 예에 따른 발광소자(100)를 포함할 수 있다. 상기 발광 소자(100)는 복수개가 매트릭스 형태 또는 소정 간격으로 이격되어 어레이될 수 있다. 상기 모듈 기판(1532) 위에는 발광 소자가 플립 방식으로 탑재되거나, 실시 예에 따른 발광 소자 패키지로 어레이될 수 있다.
상기 모듈 기판(1532)은 절연체에 회로 패턴이 인쇄된 것일 수 있으며, 예를 들어, 수지계 인쇄회로기판(PCB: Printed Circuit Board), 메탈 코아(Metal Core) PCB, 연성(Flexible) PCB, 세라믹 PCB 등을 포함할 수 있다.
또한, 상기 모듈 기판(1532)은 빛을 효율적으로 반사하는 재질로 형성되거나, 표면이 빛이 효율적으로 반사되는 컬러, 예를 들어 백색, 은색 등의 코팅층될 수 있다.
상기 모듈 기판(1532) 상에는 적어도 하나의 발광소자 패키지(200)가 탑재될 수 있다. 상기 발광소자 패키지(200) 각각은 적어도 하나의 LED(LED: Light Emitting Diode) 칩을 포함할 수 있다. 상기 LED 칩은 적색, 녹색, 청색 또는 백색의 유색 빛을 각각 발광하는 유색 발광 다이오드 및 자외선(UV, Ultraviolet)을 발광하는 UV 발광 다이오드를 포함할 수 있다.
상기 발광모듈(1530)은 색감 및 휘도를 얻기 위해 다양한 발광소자 패키지(200)의 조합을 가지도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 고 연색성(CRI)을 확보하기 위해 백색 발광 다이오드, 적색 발광 다이오드 및 녹색 발광 다이오드를 조합하여 배치할 수 있다.
상기 연결 단자(1520)는 상기 발광모듈(1530)과 전기적으로 연결되어 전원을 공급할 수 있다. 상기 연결 단자(1520)는 소켓 방식으로 외부 전원에 돌려 끼워져 결합되지만, 이에 대해 한정하지는 않는다. 예를 들어, 상기 연결 단자(1520)는 핀(pin) 형태로 형성되어 외부 전원에 삽입되거나, 배선에 의해 외부 전원에 연결될 수도 있는 것이다.
상기의 조명 시스템에 배치된 발광 소자는 도 2와 같은 구조이거나, 도 16 및 도 17과 같은 구조로 배치될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
이상에서 실시 예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시 예에 포함되며, 반드시 하나의 실시 예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시 예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시 예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시 예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
A1,A2,An: 발광 셀 100: 발광소자
111: 기판 115: 제1도전형 반도체층
117:활성층 119:제2도전형 반도체층
120:발광 구조물 131:반사 전극층
133:절연층 135:제1전극
137:제2전극 141:제1연결 전극
143:제2연결 전극 151: 지지 부재
170:모듈 기판 200:발광 소자 패키지

Claims (9)

  1. 투광성의 기판;
    상기 투광성의 기판 위에 복수의 발광 셀을 갖는 제1그룹;
    상기 복수의 발광 셀을 서로 연결해 주는 배선층;
    상기 복수의 발광 셀 중 제1발광 셀에 연결된 제1연결 전극;
    상기 복수의 발광 셀 중 제2발광 셀에 연결된 제2연결 전극;
    상기 복수의 발광 셀을 지지하며, 상기 제1 및 제2연결 전극의 둘레에 배치된 지지부재를 포함하며,
    상기 각 발광 셀은, 제1도전형 반도체층; 상기 제1도전형 반도체층 아래에 제2도전형 반도체층; 상기 제1도전형 반도체층과 상기 제2도전형 반도체층 사이에 배치된 활성층을 포함하는 발광 구조물; 상기 제1도전형 반도체층에 연결된 제1전극; 상기 제2도전형 반도체층 위에 배치된 반사전극층; 상기 반사전극층에 연결된 제2전극을 포함하며,
    상기 제1발광 셀의 제1연결 전극은 상기 제1전극 위에 배치되며,
    상기 제2발광 셀의 제2연결 전극은 상기 제2전극 위에 배치되며,
    상기 배선층은 인접한 발광 셀의 제1도전형 반도체층과 반사 전극층을 연결해 주며,
    상기 지지부재는 상기 제1전극 및 제1연결 전극과 상기 제2전극 및 상기 제2연결 전극의 둘레에 배치되며, 세라믹 재질을 포함하는 발광 소자.
  2. 제1항에 있어서, 상기 배선층과 상기 각 발광 셀들 사이에 배치된 절연층을 더 포함하는 발광 소자.
  3. 제1항에 있어서, 상기 복수의 발광 셀은 적어도 2개를 포함하는 발광 소자.
  4. 제2항에 있어서, 상기 투광성의 기판 상에 배치되며 상기 제1그룹과 인접한 영역에 복수의 발광 셀을 갖는 제2그룹을 포함하며,
    상기 제1그룹과 제2그룹의 발광 셀들은 서로 병렬로 연결되는 발광 소자.
  5. 제2항에 있어서, 상기 투광성의 기판 상에 배치되며 상기 제1그룹의 발광 셀들의 열과 인접한 열에 복수의 발광 셀을 갖는 제2그룹을 포함하며,
    상기 제1그룹과 제2그룹의 발광 셀들은 서로 직렬로 연결되는 발광 소자.
  6. 제4항 또는 제5항에 있어서, 상기 제2그룹은 복수의 발광 셀들이 적어도 2열로 배치되는 발광 소자.
  7. 제1항에 있어서, 상기 투광성의 기판 상에 패턴부를 포함하는 발광 소자.
  8. 제1항에 있어서, 상기 투광성의 기판 상에 형광체층을 포함하는 발광 소자.
  9. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항의 발광 소자; 및
    제1패드 및 제2패드를 갖고, 상기 발광 소자의 제1연결 전극 및 제2연결 전극이 탑재된 모듈 기판을 포함하며,
    상기 발광 소자의 제1연결 전극과 제2연결 전극, 및 상기 지지 부재의 하면은 상기 모듈 기판의 제1패드 및 제2패드에 대응되는 발광 장치.
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