KR20140108983A - 발광소자 패키지 - Google Patents

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KR20140108983A
KR20140108983A KR1020130023003A KR20130023003A KR20140108983A KR 20140108983 A KR20140108983 A KR 20140108983A KR 1020130023003 A KR1020130023003 A KR 1020130023003A KR 20130023003 A KR20130023003 A KR 20130023003A KR 20140108983 A KR20140108983 A KR 20140108983A
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Abstract

본 발명의 실시 형태에 따른 발광소자 패키지는, 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 구비하는 발광구조물; 제1 도전형 반도체층 및 제2 도전형 반도체층과 각각 접속된 제1 전극 및 제2 전극; 및 발광구조물을 지지하고, 제1 전극과 전기적으로 연결되는 제1 지지전극 및 제2 전극과 전기적으로 연결되는 제2 지지전극을 포함하는 지지구조물;을 포함하고, 발광구조물이 지지구조물에 의해 지지되는 면에서 지지구조물의 넓이는 발광구조물의 넓이보다 작은 것을 특징으로 한다.

Description

발광소자 패키지 {Light emitting device package and package substrate}
본 발명은 발광소자 패키지에 관한 것이다.
일반적으로, 발광 다이오드(Light Emitting Diode, LED)는 낮은 소비전력, 고휘도 등의 여러 장점 때문에 광원으로서 널리 사용된다. 특히 최근 발광소자는 조명장치 및 대형 액정디스플레이(Liquid Crystal Display, LCD)용 백라이트(Backlight) 장치로 채용되고 있다. 이러한 발광소자는 조명장치 등 각종 장치에 장착되기 용이한 패키지형태로 제공된다. 다양한 방면으로 조명용으로서 LED의 용도가 확대됨에 따라 각 용도에 맞는 조명디자인의 자유도를 위해서는 패키지의 크기는 작아져야 한다.
또한, 발광소자 패키지에서, 전류 주입량이 증가함에 따라 발광소자로부터 발생된 열을 방출시키기 위한 방열성능이 중요한 요소가 된다. 높은 방열성능은 일반 조명장치 및 대형 LCD용 백라이트와 같이 고출력 발광소자가 요구되는 분야에서 보다 중요하게 요구되는 패키지 조건이다. 이에 따라, 발광소자의 방열 특성을 향상시키며 제조 단가를 높이지 않는 패키지 기판에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다.
본 발명의 기술적 사상이 이루고자 하는 기술적 과제 중 하나는, 초소형 패키지의 구현이 가능하여 조명 장치의 디자인 자유도를 극대화할 수 있는 발광소자 패키지를 제공하는 것이다.
본 발명의 기술적 사상이 이루고자 하는 기술적 과제 중 하나는, 방열 특성이 우수한 발광소자 패키지를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시 형태에 따른 발광소자 패키지는, 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 구비하는 발광구조물; 상기 제1 도전형 반도체층 및 상기 제2 도전형 반도체층과 각각 접속되는 제1 전극 및 제2 전극; 및 상기 발광구조물을 지지하고, 상기 제1 전극과 전기적으로 연결되는 제1 지지전극 및 상기 제2 전극과 전기적으로 연결되는 제2 지지전극을 포함하는 지지구조물;을 포함하고, 상기 발광구조물이 상기 지지구조물에 의해 지지되는 면에서 상기 지지구조물의 넓이는 상기 발광구조물의 넓이보다 작다.
본 발명의 일부 실시 형태에서, 상기 제1 지지전극 및 상기 제2 지지전극의 높이는 상기 발광구조물의 높이보다 클 수 있다.
본 발명의 일부 실시 형태에서, 상기 제1 지지전극 및 상기 제2 지지전극 중 적어도 하나는 상부면의 크기가 하부면의 크기보다 작아 경사진 측면을 가질 수 있다.
본 발명의 일부 실시 형태에서, 상기 지지구조물은 상기 제1 지지전극과 상기 제2 지지전극의 사이에 위치하는 연결부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일부 실시 형태에서, 상기 제1 지지전극 및 상기 제2 지지전극의 넓이의 합은 상기 연결부의 넓이보다 클 수 있다.
본 발명의 일부 실시 형태에서, 상기 제2 전극은 상기 제1 도전형 반도체층 및 상기 활성층을 관통하여 상기 제2 도전형 반도체층과 접속된 복수의 도전성 비아를 포함하고, 상기 복수의 도전성 비아 각각의 반경은 5 ㎛ 내지 50 ㎛의 범위이고, 상기 복수의 도전성 비아는, 100 ㎛ 내지 500 ㎛의 범위의 이격 거리로 행과 열을 이루는 매트릭스 구조로 배열되며, 상기 제2 도전형 반도체층과 접촉하는 영역의 평면 상에서 상기 복수의 도전성 비아가 차지하는 전체 면적이 상기 발광구조물의 면적의 1 % 내지 5 %의 범위가 되도록 상기 복수의 도전성 비아의 개수 및 반경이 결정될 수 있다.
본 발명의 일부 실시 형태에서, 상기 발광구조물을 봉지하는 렌즈부 또는 파장변환층을 더 포함하며, 백색광을 방출할 수 있다.
본 발명의 일부 실시 형태에서, 상기 발광구조물은, 기판 상에 코어-셀(core-shell) 구조로 형성된 복수의 발광 나노구조물을 포함하며, 상기 발광 나노구조물은 전극절연층 및 상기 발광 나노구조물 사이를 충진하는 충진부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일부 실시 형태에서, 상기 제1전극은 상기 제1 도전형 반도체층에 대하여 오믹전극층을 형성하는 은(Ag)층을 포함하며, 상기 은(Ag)층 상에 Ni, Ti, Pt, 및 W의 단일층 또는 이들의 합금층이 교대로 적층된 구조를 가지고, 상기 제2전극은, 크롬(Cr)층을 포함하며 상기 크롬(Cr)층 상에 Au, Pt, 및 Ti층이 순서대로 적층된 구조, 또는 알루미늄(Al)층을 포함하며 상기 알루미늄(Al)층 상에 Ti, Ni, 및 Au층이 순서대로 적층된 구조를 가질 수 있다.
본 발명의 일부 실시 형태에서, 상기 발광구조물과 상기 연결부 사이에 위치하는 본딩층을 더 포함하며, 상기 본딩층은 실리콘 산화물 또는 실리콘 질화물을 포함하며, 표면 거칠기가 10 nm 이하일 수 있다.
본 발명의 일부 실시 형태에서, 상기 제1 및 제2 지지전극은, Cu, Al, Ag, Au, Ni, Cr, Pd, Cu, Pt, Sn, W, Rh, Ir, Ru, Mg, Zn 또는 이들을 포함하는 합금 중 적어도 하나를 포함하고, 확산 방지층 또는 시드층을 포함하며, 상기 확산 방지층 또는 상기 시드층은 각각의 두께가 50 nm 내지 500 nm의 범위인 티타늄(Ti)층 또는 구리(Cu)층으로 이루질 수 있다.
본 발명의 일부 실시 형태에서, 상기 발광구조물의 상부 면에 위치하며, 광추출 효율 향상을 위한 요철이 형성된 기판을 더 포함하고, 상기 요철은, 1.0 ㎛ 내지 3.0 ㎛의 범위의 높이 또는 1.0 ㎛ 내지 3.0 ㎛ 범위의 직경을 가지는, 마이크로 요철 패턴 또는 'V'홈을 가지는 라인 패턴일 수 있다.
본 발명의 일 실시 형태에 따른 백라이트 유닛은, 상기 발광소자 패키지를 사용한 광원; 상기 광원이 실장되는 기판; 및 하나 이상의 광학 시트를 구비한다.
본 발명의 일 실시 형태에 따른 조명장치는, 상기 발광소자 패키지를 사용한 발광모듈; 상기 발광모듈과 전기적으로 연결된 구동부; 및 상기 구동부와 전기적으로 연결된 외부접속부를 포함한다.
본 발명의 일부 실시 형태에서, 무선 통신이 가능한 통신모듈을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 형태에 따른 발광소자 패키지의 제조 방법은, 성장 기판 상에 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 구비하는 발광적층체를 형성하는 단계; 상기 발광적층체 상에 상기 제1 도전형 반도체층 및 상기 제2 도전형 반도체층과 각각 접속된 제1 전극 및 제2 전극을 형성하는 단계; 상기 발광적층체 상에 본딩층을 형성하는 단계; 상기 본딩층 상에 연결기판을 접합하는 단계; 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극의 적어도 일부가 노출되도록 상기 연결기판 및 상기 본딩층의 일부를 제거하는 단계; 노출된 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 상에 도전성 물질을 형성하여 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극과 각각 전기적으로 연결되는 제1 지지전극 및 제2 지지전극을 형성하는 단계; 및 상기 제1 지지전극 및 상기 제2 지지전극의 외측에 위치하는 상기 연결기판을 제거하여 상기 제1 지지전극과 상기 제2 지지전극의 사이에 위치하는 연결부를 형성함으로써, 상기 제1 지지전극, 상기 제2 지지전극 및 상기 연결부를 포함하는 지지구조물을 형성하는 단계;를 포함한다.
본 발명의 일부 실시 형태에서, 상기 연결기판 및 상기 본딩층의 일부를 제거하는 단계 이후에, 노출된 상기 연결기판의 측면에 절연층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일부 실시 형태에서, 상기 발광적층체 상에 파장변환부 및 렌즈부를 형성하는 단계; 상기 발광적층체의 일부를 제거하여 복수의 발광구조물들을 형성하는 단계; 및 인접한 상기 발광구조물들을 사이의 상기 본딩층을 제거하여 발광소자 패키지 단위로 분리하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일부 실시 형태에서, 상기 연결기판 및 상기 본딩층의 일부를 제거하는 단계에 의해, 일 방향으로 연장되는 트랜치가 형성될 수 있다.
본 발명의 일부 실시 형태에서, 상기 연결기판 및 상기 본딩층의 일부를 제거하는 단계에서, 상기 연결기판의 측면에 경사면이 형성될 수 있다.
본 발명의 기술적 사상에 따른 발광소자 패키지에 따르면,　초소형 패키지의 구현이 가능하며 방열 특성이 향상된 발광소자 패키지가 제공될 수 있다.
본 발명의 다양하면서도 유익한 장점과 효과는 상술한 내용에 한정되지 않으며, 본 발명의 구체적인 실시형태를 설명하는 과정에서 보다 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
도 1a는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 발광소자 패키지를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 1b 및 도 1c는 각각 본 발명의 일 실시 형태에 따른 도 1a의 발광소자 패키지의 개략적인 저면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 발광소자 패키지를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 발광소자 패키지를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 발광소자 패키지를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 발광소자 패키지를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 발광소자 패키지를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 7a 내지 도 7k는 본 발명의 발광소자 패키지를 제조하는 일 예를 나타내는 공정별 단면도들이다.
도 8a 내지 도 8d는 본 발명의 발광소자 패키지를 제조하는 일 예를 나타내는 공정별 단면도들이다.
도 9 및 도 10은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 발광소자 패키지를 백라이트 유닛에 적용한 예를 나타낸다.
도 11은 본 발명의 실시예에 의한 발광소자 패키지를 조명 장치에 적용한 예를 나타낸다.
도 12는 완전 복사체 스펙트럼을 나타내는 CIE 색도도이다.
도 13a는 본 발명의 실시예에 의한 발광소자 패키지를 통신 모듈을 포함한 조명 장치에 적용한 예를 나타낸다.
도 13b는 도 13a의 발광장치에 장착되는 통신모듈의 구성도이다.
도 13c는 도 13a의 발광장치를 이용한 무선 통신의 예를 나타낸다.
도 14는 본 발명의 실시예에 의한 발광소자 패키지를 광센서 일체형 튜블러 발광 장치에 적용한 예를 나타낸다.
도 15는 본 발명의 실시예에 의한 발광소자 패키지를 헤드 램프에 적용한 예를 나타낸다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 다음과 같이 설명한다.
본 발명의 실시 형태는 여러 가지 다른 형태로 변형되거나 여러 가지 실시 형태가 조합될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시 형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면 상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다.
도 1a는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 발광소자 패키지를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 1b 및 도 1c는 각각 본 발명의 일 실시 형태에 따른 도 1a의 발광소자 패키지의 개략적인 저면도이다.
도 1a를 참조하면, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 발광소자 패키지(100)는 지지구조물(120) 및 발광구조물(S)을 포함하며, 제1 및 제2 전극(105, 106), 본딩층(112), 파장변환층(109) 및 렌즈부(115)를 포함할 수 있다. 본 실시 형태의 발광소자 패키지(100)는 칩 스케일 패키지(Chip Scale Package, CSP)이며, 웨이퍼 레벨 패키지(Wafer Level Package, WLP)일 수 있다.
지지구조물(120)은 제1 및 제2 지지전극(122, 124), 연결부(127) 및 절연층(128)을 포함할 수 있다. 발광구조물(S)은 제1 도전형 반도체층(102), 활성층(103) 및 제2 도전형 반도체층(104)을 포함할 수 있다. 다만, 본 명세서에서, '상부', '상면', '하부', '하면', '측면' 등의 용어는 도면을 기준으로 한 것이며, 실제로는 소자가 배치되는 방향에 따라 달라질 수 있을 것이다.
발광구조물(S)을 이루는 제1 및 제2 도전형 반도체층(102, 104)은 각각 p형 반도체층 및 n형 반도체층이 될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며, 반대로 각각 n형 및 p형 반도체층이 될 수도 있을 것이다. 제1 및 제2 도전형 반도체층(102, 104)은 질화물 반도체, 예컨대, AlxInyGa1-x-yN (0=x=1, 0=y=1, 0=x+y=1)의 조성을 갖는 물질로 이루어질 수 있으며, 각각의 층은 단일층으로 이루어질 수도 있지만, 도핑 농도, 조성 등의 특성이 서로 다른 복수의 층을 구비할 수도 있다.
다만, 제1 및 제2 도전형 반도체층(102, 104)은 질화물 반도체 외에도 AlInGaP나 AlInGaAs 계열의 반도체를 이용할 수도 있을 것이다. 제1 도전형 반도체층(102)과 제2 도전형 반도체층(104)의 사이에 배치된 활성층(103)은 전자와 정공의 재결합에 의해 소정의 에너지를 갖는 광을 방출하며, 양자우물층과 양자장벽층이 서로 교대로 적층된 다중 양자우물(MQW) 구조, 예컨대, 질화물 반도체일 경우, GaN/InGaN 구조가 사용될 수 있다. 다만, 단일 양자우물(SQW) 구조가 사용될 수도 있을 것이다.
또한, 도면에는 도시되지 않았으나, 발광구조물(S)은 제2 도전형 반도체층(104) 상에 위치하는 성장용 기판을 더 포함할 수 있다. 상기 성장용 기판은 발광구조물(S)이 형성되지 않은 면 상에 형성된 요철 구조를 포함할 수 있다. 상기 성장용 기판은 레이저 리프트 오프 등의 공정을 수행하여 제거될 수 있다. 또한, 도면에는 도시되지 않았으나, 패시베이션층이 발광구조물(S)을 상면 및/또는 측면을 덮도록 형성될 수도 있다. 상기 패시베이션층은 실리콘 질화물 또는 실리콘 산화물일 수 있다.
제2 도전형 반도체층(104)은 표면에 요철이 형성된 구조를 가질 수 있으며, 이에 의해 광 추출 효율이 더욱 향상될 수 있다. 예컨대, 상기 요철은 상기 성장용 기판을 발광구조물로부터 제거한 후에 제2 도전형 반도체층(104)을 습식 식각하거나 플라즈마를 이용하여 건식 식각함으로써 얻어질 수 있다.
제1 및 제2 전극(105, 106)은 발광구조물(S)의 하면에 위치할 수 있다. 제1 및 제2 전극(105, 106)은 복수 개가 형성될 수도 있다. 이 경우, 복수의 제1 전극들(105)은 발광구조물(S)의 하면에서 서로 연결될 수 있다. 또한, 복수의 제2 전극들(106)도 발광구조물(S)의 하면에서 서로 연결될 수 있다. 제1 및 제2 전극(105, 106)은 당 기술 분야에서 공지된 도전성 물질, 예컨대, Ag, Al, Ni, Cr, Cu, Au, Pd, Pt, Sn, W, Rh, Ir, Ru, Mg, Zn, Ti 또는 이들을 포함하는 합금 물질 중 하나 이상으로 이루어질 수 있다. 본 실시예에서, 제2 전극(106)은 제1 도전형 반도체층(102) 및 활성층(103)을 관통하여 제2 도전형 반도체층(104)과 전기적으로 연결되는 비아(v)를 포함할 수 있다. 비아(v)의 둘레에는 제2 전극(106)을 제1 도전형 반도체층(102) 및 활성층(103)과 전기적으로 절연시키기 위한 전극 절연층(107)이 위치할 수 있다. 비아(v)는 복수 개 형성될 수 있으며, 비아(v)가 배열되는 형상은 도 1b 및 도 1c에 도시된 것에 한정되지 않으며, 예를 들어 복수의 행 및 열로 배열될 수도 있다.
지지구조물(120)은 도전성 영역인 제1 및 제2 지지전극(122, 124)을 포함하고, 제1 지지전극(122)과 제2 지지전극(124)의 사이에 위치하는 연결부(127), 및 제1 및 제2 지지전극(122, 124)의 측면에 위치하며 제1 및 제2 지지전극(122, 124)을 연결부(127)와 절연시키는 절연층(128)을 포함할 수 있다.
제1 지지전극(122)은 제2 전극(106)과 직접 접촉하여 전기적으로 연결될 수 있으며, 제2 지지전극(124)은 제1 전극(105)과 직접 접촉하여 전기적으로 연결될 수 있다. 제1 및 제2 지지전극(122, 124)은 지지구조물(120)의 상부면으로부터 하부면까지 전체 두께에 걸쳐서 연장될 수 있다. 따라서, 제1 및 제2 지지전극(122, 124)은 지지구조물(120)의 하부면을 통해 노출될 수 있다.
제1 및 제2 지지전극(122, 124)은 발광구조물(S)을 지지하고, 발광구조물(S)로부터의 전기적 신호를 외부 장치에 전달하는 동시에 열을 전달하는 경로로 이용될 수 있다. 또한, 제1 및 제2 지지전극(122, 124)은 활성층(103)으로부터의 빛을 반사하는 반사층의 역할도 수행할 수 있다. 제1 및 제2 지지전극(122, 124)은 Cu, Al, Ag, Au, Ni, Cr, Pd, Cu, Pt, Sn, W, Rh, Ir, Ru, Mg, Zn 또는 이들을 포함하는 합금으로 이루어질 수 있으며, 전기전도도 및 열전도도가 우수하고 전해도금 공정이 용이한 물질을 사용할 수 있다.
발광구조물(S)은 제1 두께(T1)를 가지며, 제1 및 제2 지지전극(122, 124)은 제1 두께(T1)보다 큰 제2 두께(T2)를 가질 수 있다. 제2 두께(T2)는 예를 들어, 10 ㎛ 내지 500 ㎛의 범위를 가질 수 있다. 제1 및 제2 지지전극(122, 124)을 포함하는 지지구조물(120)이 상대적으로 얇은 경우, 제조 공정 중에 핸들링이 어려울 수 있으며, 상대적으로 두꺼운 경우, 제조 비용이 증가할 수 있다. 연결부(127)는 제3 두께(T3)를 가질 수 있으며, 제3 두께(T3)는 제2 두께(T2)보다 작을 수 있다.
연결부(127)는 제1 및 제2 지지전극(122, 124)을 지지하여 지지구조물(120)의 기계적 특성을 향상시키는 역할을 수행할 수 있다. 또한, 연결부(127)가 Si과 같은 반도체 물질, AlN 및 Al2O3와 같은 세라믹 물질 또는 금속 물질을 포함하는 경우, 연결부(127)도 방열 기능을 수행할 수 있다.
절연층(128)은 제1 및 제2 지지전극(122, 124)을 연결부(127)와 절연시키는 기능 및 보호하는 기능을 수행하므로 필수적 구성요소는 아니며, 연결부(127) 물질에 따라 선택적으로 지지구조물(120)에 포함될 수 있다. 특히, 제1 및 제2 지지전극(122, 124)이 연결부(127)과 접하지 않는 측면 상의 절연층(128)은 실시 형태에 따라 생략될 수 있다. 절연층(128)의 두께는 다양하게 변화될 수 있으며, 실시 형태에 따라, 제1 및 제2 전극(105, 106)의 가장자리로부터 소정 거리로 시프트 되어 형성될 수도 있다.
도 1b 및 도 1c를 함께 참조하면, 지지구조물(120)은 직육면체 형상을 가질 수 있다. 지지구조물(120)의 넓이는 발광구조물(S)의 넓이보다 작을 수 있다. 본 명세서에서, '넓이'라는 용어는 별도의 특정이 없는 한, 지지구조물(120) 및 발광구조물(S)이 적층되는 방향에 수직한 면에서의 면적을 의미하는 용어로 사용된다. 지지구조물(120)의 넓이는 발광구조물(S)의 넓이의 65% 내지 95%의 범위를 가질 수 있다. 지지구조물(120)의 넓이가 발광구조물(S) 넓이의 65% 미만인 경우, 발광소자 패키지(100)를 회로 기판 등에 실장할 때 평형성 유지 등과 같은 안정성이 확보되지 못할 수 있으며 방열 특성이 저하될 수 있다. 또한, 95%를 초과하는 경우, 패키지 단위로 소자를 분리할 때 제1 및 제2 지지전극(122, 124)을 포함하는 지지구조물(120)을 절단해야 하며, 이 경우, 지지구조물(120)과 접하는 계면에서 손상이 발생될 수 있다. 이에 따라, 제1 및 제2 지지전극(122, 124)의 측면으로 돌출되는 발광구조물(S)의 넓이는 발광구조물(S) 전체 넓이의 5% 내지 35%의 범위를 가질 수 있다.
제1 및 제2 지지전극(122, 124)도 직육면체 형상을 가질 수 있으며, 지지구조물(120)의 일 측에 배치될 수 있다. 즉, 제1 및 제2 지지전극(122, 124)의 적어도 일 측면에는 연결부(127)가 배치되지 않을 수 있다. 제1 지지전극(122)보다 제2 지지전극(124)이 크거나, 제1 및 제2 지지전극(122, 124)이 서로 동일할 수 있으며, 도면에 도시된 크기에 한정되지 않는다. 또한, 제1 및 제2 지지전극(122, 124)의 넓이의 합은 연결부(127)의 넓이보다 클 수 있으며, 이에 의해 방열 특성이 향상될 수 있다.
한편, 다시 도 1a를 참조하여 나머지 구성 요소를 설명하면, 지지구조물(120)과 발광구조물(S) 사이의 본딩층(112)이 위치한다. 본딩층(112)은 지지구조물(120)과 발광구조물(S)을 접합시키는 기능을 수행할 수 있다. 본딩층(112)은 제1 및 제2 전극(105, 106)을 덮으며, 제1 및 제2 지지전극(122, 124)은 본딩층(112) 내로 연장될 수 있다. 따라서, 제1 전극(105)은 제2 지지전극(124)과 본딩층(112) 내에서 연결되고, 제2 전극(106)은 제1 지지전극(122)과 본딩층(112) 내에서 연결될 수 있다. 본딩층(112)은 전기 절연성을 갖는 물질, 예컨대, SiO2, SiOxNy, SixNy 등의 실리콘 산화물, 실리콘 질화물을 이용할 수 있다. 또는, 본딩층(112)은 세라믹, 폴리머와 같은 수지류, 전기 전도성의 반도체 또는 금속 등을 이용할 수 있을 것이다. 실시 형태에 따라, 본딩층(112)은 AuSn, NiSi 등을 포함하는 공융 접착(eutectic bonding)층일 수도 있다.
파장변환층(109)은 발광구조물(S)로부터 방출된 빛에 의해 여기되어 다른 파장의 빛을 내는 형광체를 포함할 수 있다. 이러한 형광체의 방출광과 발광구조물(S)의 방출광이 결합하여 백색광 등 원하는 출력광을 얻을 수 있다. 실시 형태에 따라, 파장변환층(109)은, 렌즈부(115) 내에서 발광구조물(S)로부터 소정 거리로 이격된 형태로 형성될 수 있으며, 렌즈부(115) 상에, 예컨대, 스프레이 코팅에 의해 형성될 수도 있다.
렌즈부(115)는 발광구조물(S)을 덮어 봉지하며, 도시된 바와 같이 상면이 볼록한 돔 형상의 구조로 형성될 수 있지만, 본 발명은 이에 한정되지는 않는다. 예를 들어, 조명 장치 또는 백라이트 유닛에서 광 확산을 향상시키기 위하여, 렌즈부(115)는 표면 상에 위치하는 콜로이드 입자를 포함할 수 있으며, 평평한 형태의 상면을 가질 수도 있다. 또는, 렌즈부(115)는 비구면 및/또는 비대칭 형상을 가지거나, 상면에 요철이 형성될 수도 있다. 또한, 카메라 플래시 등에서 광의 직진성을 향상시키기 위하여 프레넬 형상의 집광부를 포함할 수 있으며, 상면에 요철이 형성될 수도 있다.
렌즈부(115)는 예를 들어, 실리콘(silicone), 에폭시, 유리, 플라스틱 등 광 투과성 및 내열성이 우수한 재료를 사용할 수 있다. 렌즈부(115)는 볼록 또는 오목한 형상의 렌즈 구조에 의해 렌즈부(115) 상면을 통해 방출되는 빛의 지향각을 조절하는 것이 가능하다. 렌즈부(115)는 중심부에서 가장 높은 제4 높이(T4)를 가질 수 있으며, 제4 높이(T4)는 발광구조물(S)의 높이인 제1 높이(T1)보다 크거나 작을 수 있다.
렌즈부(115)는 본딩층(112)에 의해 지지될 수 있으며, 발광구조물(S) 및 파장변환층(109)의 상부에 일정 형태로 형성되어 경화되는 방식으로 형성될 수 있다. 렌즈부(115)는 발광구조물(S)에서 발생한 빛을 최소한의 손실로 통과시킬 수 있는 높은 투명도의 수지로 선택되는 것이 바람직하며, 예를 들어 탄성 수지, 실리콘, 에폭시 수지 또는 플라스틱을 사용할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 발광소자 패키지를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 발광소자 패키지(100a)는 지지구조물(120a) 및 발광구조물(S)을 포함하며, 제1 및 제2 전극(105, 106a), 본딩층(112), 파장변환층(109) 및 렌즈부(115)를 포함할 수 있다. 지지구조물(120a)은 제1 및 제2 지지전극(122a, 124a), 연결부(127a) 및 절연층(128a)을 포함할 수 있다.
제1 및 제2 지지전극(122a, 124a)은 도 1a의 발광소자 패키지(100)와 달리, 테이퍼된(tapered) 형상을 가질 수 있다. 구체적으로, 도 2에 도시된 것과 같이, 제1 지지전극(122a)의 상면의 길이(L1)는 하면의 길이(L2)보다 작을 수 있으며, 이에 의해 제1 지지전극(122a)은 소정각도로 경사진 측면을 가질 수 있다. 제2 지지전극(124a)도 유사하게 테이퍼된 형상을 가질 수 있다. 따라서, 지지구조물(120a)은 상부면보다 하부면의 넓이가 큰 형상을 가지게 되며, 이에 의해 모듈 기판과 같은 외부 장치에 실장 시, 구조적인 안정성이 향상될 수 있으며 방열 특성도 향상될 수 있다.
본 실시 형태에서, 제2 전극(106a)은 테이퍼된 형상을 가지는 비아(v')를 포함할 수 있다. 비아(v')는 상부면보다 하부면의 넓이가 큰 형상을 가지며, 소정각도로 경사진 측면 또는 계단 형상을 가질 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 발광소자 패키지를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 발광소자 패키지(100b)는 지지구조물(120b) 및 발광구조물(S)을 포함하며, 제1 및 제2 전극(105, 106), 본딩층(112), 파장변환층(109) 및 렌즈부(115)를 포함할 수 있다. 지지구조물(120b)은 제1 및 제2 지지전극(122b, 124b), 연결부(127b) 및 절연층(128)을 포함할 수 있다.
제1 및 제2 지지전극(122b, 124b)은 도 1a의 발광소자 패키지(100)와 달리, 연결부(127b) 상으로 소정 거리(L3)만큼 연장되어 위치할 수 있다. 따라서, 응용 장치에 따라, 제1 및 제2 지지전극(122b, 124b)의 상부면의 폭이 좁게 형성되어야 하는 경우, 예컨대 홀 형상을 가지는 경우에도, 연결부(127b)의 하부면에서 제1 및 제2 지지전극(122b, 124b)이 넓게 확장될 수 있어 방열 특성이 확보될 수 있다. 제1 및 제2 지지전극(122b, 124b)의 확장된 형상은 도면에 도시된 것에 한정되지 않으며, 발광소자 패키지(100)가 실장되는 제품에 따라 적합하게 변화될 수 있다.
본 실시 형태에서, 제2 도전형 반도체층(104b)은 요철이 없는 구조를 가질 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 발광소자 패키지를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 발광소자 패키지(100c)는 지지구조물(120c) 및 발광구조물(S)을 포함하며, 제1 및 제2 전극(105, 106), 본딩층(112) 및 파장변환층(109)을 포함할 수 있다. 지지구조물(120c)은 제1 및 제2 지지전극(122, 124), 연결부(127, 127c) 및 절연층(128)을 포함할 수 있다. 본 실시 형태에서, 발광소자 패키지(100c)는 별도의 렌즈부(115)(도 1a 참조)를 포함하지 않을 수 있다.
연결부(127, 127c)는 도 1a의 발광소자 패키지(100)와 달리, 제1 및 제2 지지전극(122, 124)의 양 측면에 위치하는 연결부(127c)를 더 포함할 수 있다. 이 경우, 연결부(127c)는 제1 및 제2 지지전극(122, 124)의 제5 두께(T5)보다 작은 제6 두께(T6)를 가질 수 있다. 따라서, 제1 및 제2 지지전극(122, 124)은 연결부(127c)보다 하부로 돌출된 구조를 가지게 된다. 본 실시 형태의 발광소자 패키지(100c)의 경우, 연결부(127, 127c)의 영역이 증가되어 지지구조물(120c)의 기계적 특성이 더욱 향상될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 발광소자 패키지를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 발광소자 패키지(200)는 기판(210), 지지구조물(220) 및 발광 나노구조물(N)을 포함하며, 본딩층(212), 파장변환층(201) 및 렌즈부(215)를 포함할 수 있다. 본 발광소자 패키지(200)는 나노 LED 칩을 포함하는 구조를 갖는다.
지지구조물(220)은 제1 및 제2 지지전극(222, 224), 연결부(227) 및 절연층(228)을 포함할 수 있다.
기판(210)은 발광 나노구조물(N)의 성장용 기판으로 제공될 수 있으며, 사파이어, SiC, Si, MgAl2O4, MgO, LiAlO2, LiGaO2, GaN 등과 같은 물질을 이용할 수 있으며, 절연성 물질, 도전성 물질, 또는 단결정 또는 다결정의 물질을 이용할 수 있다. 이 경우, 질화물 반도체 성장용 기판으로 널리 이용되는 사파이어의 경우, 육각-롬보형(Hexa-Rhombo R3c) 대칭성을 갖는 결정체로서 c축 및 a측 방향의 격자상수가 각각 13.001Å과 4.758Å이며, C(0001)면, A(1120)면, R(1102)면 등을 갖는다. 이 경우, 상기 c면은 비교적 질화물 박막의 성장이 용이하며, 고온에서 안정하기 때문에 질화물 성장용 기판으로 주로 사용된다. 한편, 기판(210)으로 사용하기에 적합한 다른 물질로는 Si 기판을 들 수 있으며, 대구경화에 보다 적합하고 상대적으로 가격이 낮은 Si 기판을 사용하여 양산성이 향상될 수 있다. Si 기판을 이용하는 경우, 기판(210) 상에 AlxGa1-xN과 같은 물질로 이루어진 핵생성층을 형성한 후 그 위에 원하는 구조의 질화물 반도체를 성장할 수 있을 것이다.
발광 나노구조물(N)은 제1 도전형 반도체층(202), 활성층 (203) 및 제2 도전형 반도체 코어(204)를 포함한다. 도 5에 도시된 바와 같이, 발광소자 패키지(200)는 기판(210) 상에 형성된 복수의 나노 구조물들(N)을 포함할 수 있으며, 발광 나노구조물(N)은 코어-셀(core-shell) 구조로서 로드구조로 예시되어 있으나, 이에 한정되지 않고 피라미드 구조와 같은 다른 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 실시 형태에 따라, 발광 나노구조물(N)은 나노 와이어, 양자점, 또는 나노 박스 구조를 포함할 수 있다. 이외에도 기판(210) 면에 대해 경사면을 가지는 구조를 가질 수 있으며, 기판(210)에 평행한 단면의 형상이 삼각형, 사각형, 오각형, 육각형, 팔각형 등의 다각형 또는 원형 등 다양한 형태를 가질 수 있다.
발광소자 패키지(200)는 제2 도전형 반도체 베이스층(201), 전극절연층(207) 및 발광 나노구조물(N) 사이를 충진하는 충진부(208)를 더 포함한다. 제2 도전형 반도체 베이스층(201)은 발광 나노구조물(N)의 성장면을 제공하는 층일 수 있다. 전극절연층(207)은 발광 나노구조물(N)의 성장을 위한 오픈 영역을 제공하며, SiO2 또는 SiNx와 같은 유전체 물질일 수 있다. 상기 오픈 영역의 크기는 5nm 내지 10um의 범위를 가질 수 있다. 충진부(208)는 발광 나노구조물(N)을 구조적으로 안정화시킬 수 있으며, 빛을 투과 또는 반사하는 역할을 수행할 수 있다. 충진부(208)가 투광성 물질을 포함하는 경우, 충진부(208)는 SiO2, SiNx, 탄성 수지, 실리콘(silicone), 에폭시 수지, 고분자 또는 플라스틱과 같은 투명한 물질로 형성될 수 있다. 충진부(208)가 반사성 물질을 포함하는 경우, 충진부(208)는 PPA(polypthalamide) 등의 고분자 물질에 광반사율이 높은 TiO2 또는 Al2O3 등이 함유된 물질을 이용할 수 있으며, 내열 및 내광 안정성이 높은 물질로 이루어질 수 있다.
또한, 발광소자 패키지(200)는 발광 나노구조물(N) 및 충진부(208)의 하부에 형성되는 오믹 콘택층(205a) 및 제2 도전형 반도체 베이스층(201)의 노출된 상면에 위치하는 제2 전극(206)을 포함한다. 오믹 콘택층(205a)은 전극 연장부(205b)와 함께 제1 전극(205)을 형성하며, 오믹 콘택층(205a)과 전극 연장부(205b)는 일체로 형성될 수도 있다. 오믹 콘택층(205a)은 반사성 또는 투광성 물질을 포함할 수 있다. 반사성 물질로 Ag 또는 Al 또는 이들을 포함하는 합금을 포함할 수 있으며, 오믹 콘택층(205a)은 이들의 다층 적층 구조로 형성될 수도 있다. 또는 DBR(distributed Bragg reflector) 구조를 이용한 반사 구조도 이용될 수 있다. 도시하지는 않았으나, 발광소자 패키지(200)에서 기판(210) 표면에 요철 및/또는 형광체층을 더 포함 할 수 있으며, 실시 형태에 따라, 기판(210)을 제거하고 제2 도전형 반도체 베이스층(201)의 표면에 요철을 형성하거나 형광체층을 포함할 수도 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 발광소자 패키지를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 발광소자 패키지(300)는 지지구조물(320) 및 발광구조물(S)을 포함하며, 본딩층(312) 및 렌즈부(315)를 포함할 수 있다.
지지구조물(320)은 제1 및 제2 지지전극(322, 324), 연결부(327) 및 절연층(328)을 포함할 수 있다. 특히, 본 실시 형태의 경우, 절연층(328)은 제1 및 제2 지지전극(322, 324)이 연결부(327)과 접하는 측면 상에만 형성될 수 있다. 또한, 제1 및 제2 지지전극(322, 324)은 테이퍼된 형상을 가질 수 있다.
발광구조물(S)은 제1 도전형 반도체층(302), 활성층(303) 및 제2 도전형 반도체층(304)을 포함한다.
제2 전극(306)이 제1 전극(305)과 본딩층(312)의 사이에 형성되며, 비아(v)를 통하여 제2 도전형 반도체층(304)과 전기적으로 연결된다. 비아(v)는 제1 도전형 반도체층(302) 및 활성층(303)을 관통하여 제2 도전형 반도체층(304)과 전기적으로 연결된다. 비아(v)의 둘레에는 제2 전극(306)을 제1 도전형 반도체층(302) 및 활성층(303)과 전기적으로 절연시키기 위한 전극 절연층(307)이 위치할 수 있다. 전극 절연층(307)은 제1 전극(305) 및 제2 전극(306) 사이에도 개재될 수 있으며, 이 경우 약 0.7 ㎛ 내지 1.2 ㎛ 두께의 실리콘 산화물 또는 실리콘 질화물이 이용될 수 있다. 본 실시 형태의 경우, 제1 전극(305)은 제2 전극(306)에 형성된 관통홀을 통과하도록 형성되거나 제2 전극(306)의 측면을 통과하도록 형성될 수 있다.
도 7a 내지 도 7k는 본 발명의 발광소자 패키지를 제조하는 일 예를 나타내는 공정별 단면도들이다.
도 7a 내지 도 7k는, 도 1a의 발광소자 패키지를 기준으로 설명하지만, 도 2 내지 도 6의 발광소자 패키지 역시 유사한 방식으로 제조될 수 있을 것이다.
도 7a 및 도 7b를 참조하면, 기판(101) 상에 발광구조물(S)(도 1a)을 이루는 발광적층체를 형성하는 공정이 수행된다. 웨이퍼 레벨의 기판(101) 상에 제2 도전형 반도체층(104), 활성층(103) 및 제1 도전형 반도체층(102)이 순차적으로 성장된다.
도 7a에서 기판(101)이 웨이퍼 레벨로 도시되었으며, 복수의 발광 소자들이 동시에 제조될 수 있다. 기판(101)에는 복수의 발광 소자를 이루는 발광소자 영역들(C)이 형성될 수 있다. 즉, 하나의 발광소자 영역(C)은 하나의 발광구조물(S)(도 1a)이 형성되는 영역 또는 하나의 LED 칩의 영역이며, 예를 들어, 일 측의 길이가 300 ㎛ 내지 10000 ㎛ 범위의 길이인 정사각형, 직사각형, 삼각형 또는 다른 형태의 다각형의의 형태일 수 있다.
도 7b 및 이하의 도면들에서 두 개의 발광소자 패키지의 일부를 도시하는 방식으로 제조 방법이 설명되지만, 이하의 공정은 도 7a와 같이 웨이퍼 레벨에서 이루어질 수 있다.
기판(101)은 반도체 성장용 기판으로 제공되며, 예를 들어, Si 기판을 사용할 수 있다. 유기 금속 화학 증착(Metal Organic Chemical Vapor Deposition, MOCVD), 수소화 기상 에피택시(Hydride Vapor Phase Epitaxy, HVPE), 분자선 에피택시(Molecular Beam Epitaxy, MBE) 등과 같이 당 기술 분야에서 공지된 공정을 이용하여 기판(101) 상에 제2 도전형 반도체층(104), 활성층(103) 및 제1 도전형 반도체층(102)이 순차적으로 성장될 수 있다. 제2 도전형 반도체층(104), 활성층(103) 및 제1 도전형 반도체층(102)은 총 두께가 예를 들어, 2.5 ㎛ 내지 10 ㎛의 범위일 수 있다.
제1 도전형 반도체층(102)은 예를 들어, 활성층(103)으로부터의 전자가 통과하는 것을 방지하기 위해 In 대비 Al의 함량이 높은 전자차단층, 및 p전극을 형성하고 정공을 주입하기 위해 Mg의 도핑 레벨이 1×10E19 cm-3 이상인 p층을 포함할 수 있다. 제2 도전형 반도체층(104)은 예를 들어, 결정성 향상 및 누설 전류 감소를 위해 Si의 도핑 레벨이 1×10E18 cm- 3이하인 고저항층, Al을 포함하는 결정성 향상층, n전극을 형성하고 전자 주입 효율을 높이기 위해 Si의 도핑 레벨이 1×10E19 cm- 3이상인 전극형성층, 및 활성층(103)의 결정성을 높이고 전류 확산 효과를 얻기 위해 Al 대비 In의 함량이 높은 전류확산층을 포함할 수 있다.
다음으로, 비아(v)를 형성하기 위하여 마스크를 이용한 식각 공정에 의해 비아 홀을 형성한 후 전극 절연층(107)을 증착할 수 있다. 비아(v)는 하나의 발광소자 영역(C)에 복수 개 형성될 수 있다. 복수의 비아들(v)이 제2 도전형 반도체층(104)과 접촉하는 영역의 평면 상에서 차지하는 면적은 발광구조물(S)(도 1a)의 면적의 1 % 내지 5 %의 범위가 되도록 비아(v)의 개수 및 접촉 면적이 조절될 수 있다. 비아(v)의 반경은 예를 들어, 5 ㎛ 내지 50 ㎛의 범위일 수 있으며, 비아(v)의 개수는 발광소자 영역(C)의 넓이에 따라, 발광소자 영역(C) 당 1개 내지 50개일 수 있다. 비아(v)는 발광소자 영역(C)의 넓이에 따라 다르지만 3개 이상일 수 있으며, 비아들(v) 사이의 이격 거리가 100 ㎛ 내지 500 ㎛의 범위를 가지며 행과 열을 이루는 매트릭스 구조일 수 있으며, 특히 상기 이격 거리는 150 ㎛ 내지 450 ㎛ 범위일 수 있다. 상기 이격 거리가 100 ㎛보다 작으면 비아(v)의 개수가 증가하게 되어 상대적으로 발광 면적이 줄어들어 발광 효율이 낮아지며, 상기 이격 거리가 500 ㎛보다 크면 전류 확산이 어려워 발광 효율이 저하될 수 있다. 비아(v)의 깊이는 제1 도전형 반도체층(102) 및 활성층(103)의 두께에 따라 다르나, 0.5 ㎛ 내지 5.0 ㎛의 범위일 수 있다.
상기 발광적층체 상에 도전성 오믹 물질을 증착하여 제1 및 제2 전극(105, 106)을 형성한다. 제1 및 제2 전극(105, 106)은 Ag, Al, Ni, Cr, Cu, Au, Pd, Pt, Sn, Ti, W, Rh, Ir, Ru, Mg, Zn 또는 이들을 포함하는 합금물질 중 적어도 하나를 포함하는 전극일 수 있다. 예를 들어, 제1 전극(105)은 제1도전형 반도체층(102)에 대하여 Ag 오믹전극층으로 형성될 수 있다. 상기 Ag 오믹전극층은 광의 반사층 역할도 수행할 수 있다. 상기 Ag 오믹전극층 상에 선택적으로 Ni, Ti, Pt, W의 단일층 또는 이들의 합금층이 교대로 적층 될 수 있다. 구체적으로 상기 Ag 오믹전극층 아래에 Ni/Ti층, TiW/Pt층 또는 Ti/W이 적층되거나 또는 이들 층이 교대로 적층될 수 있다. 제2 전극(106)은 Cr층으로 형성되고 상기 Cr층 상에 Au/Pt/Ti층이 순서대로 적층되거나, 또는 Al층이 적층되고 상기 Al층 상에 Ti/Ni/Au층이 순서대로 적층되어 형성될 수 있다. 제1 및 제2 전극(105, 106)은 오믹 특성 또는 반사 특성을 향상시키기 위해 상기 실시 형태 외에 다양한 재료 또는 적층구조가 적용될 수 있다.
다음으로, 상기 발광적층체 상에 본딩층(112')을 형성한다. 본딩층(112')은 상기 발광적층체를 보호하는 역할과 다음 공정에서 연결기판(127S)과의 접합을 보조하는 역할을 수행할 수 있다. 본 실시예의 본딩층(112')은 SiO2 또는 SiN과 같은 실리콘 산화물일 수 있으며, CVD등의 공정으로 증착할 수 있다. 증착 후, 화학적기계적연마(Chemical Mechanical Polishing, CMP) 등의 공정을 이용하여 본딩층(112')의 표면 거칠기가 10 nm 이하가 되도록 연마할 수 있다. 표면 거칠기가 10 nm 이상일 경우, 본딩 면에 공기가 들어 갈 수 있어 접착력이 떨어질 수도 있기 때문이다.
도 7c를 참조하면, 발광적층체가 형성된 기판(101)을 연결기판(127S)과 접합하는 공정이 수행된다. 연결기판(127S)은 연결부(127)(도 1a 참조)를 형성하기 위한 기판으로, 제7 두께(T7)를 가질 수 있다.
도면에 별도로 도시하지 않았으나, 연결기판(127S) 상에도 별도의 기판본딩층이 형성될 수 있다. 이 경우, 연결기판(127S) 상의 상기 기판본딩층은 도 7b의 본딩층(112')과 동일한 물질을 사용할 수 있으며, 도 7c의 본딩층(112)의 일부를 형성할 수 있다. 예를 들어, 상기 기판본딩층 및 본딩층(112')은 모두 실리콘 산화물일 수 있으며, 이 경우, 산화물-산화물 본딩 또는 산화물-Si 본딩에 의할 수 있어 500 °C 이하의 저온에서 용이하게 접합 공정이 수행될 수 있다. 또한, 상기 기판본딩층 및 본딩층(112')의 전체 두께는 0.5 ㎛ 내지 10 ㎛일 수 있으며, 기판(101) 및 연결기판(127S)이 모두 Si인 경우, 접합 공정 시 표면 스트레스가 감소될 수 있다.
도 7d를 참조하면, 기계적 연마 또는 CMP 공정을 이용하여 연결기판(127S)의 박형화(thinning) 공정이 수행될 수 있다. 본 공정에 의해 연결기판(127S)은 제7 두께(T7)보다 작은 제8 두께(T8)를 가질 수 있다. 제8 두께(T8)는 최종적으로 형성될 지지구조물(120)(도 1a 참조)의 적용 제품에 따라 제어될 수 있다.
도 7e를 참조하면, 제1 및 제2 전극(105, 106)의 하면이 노출되도록 본딩층(112) 및 연결기판(127S)의 일부를 제거하는 공정이 수행될 수 있다. 본 공정은 별도의 마스크층(미도시)을 이용하여 제1 및 제2 전극(105, 106)에 대응되는 영역을 포함하는 소정 영역을 노출시킨 후, 예컨대, 에칭 용액에 의한 습식 식각법 또는 반응성 이온 식각법(Reactive Ion Etch, RIE)과 같은 건식 식각에 의해 노출된 영역의 연결기판(127S) 및 본딩층(112)을 순차적으로 제거함으로써 수행될 수 있다. 제거되는 영역은 예를 들어, 트랜치(trench) 형상일 수 있다. 실시 형태에 따라, 제거되는 영역은 도 7a와 같이 웨이퍼 레벨에서, 인접한 발광소자 영역들(C) 사이에서 일 방향으로 서로 연결된 트랜치 형상을 가질 수 있다. 또는, 제거되는 영역은 도 1b에 도시된 제1 및 제2 지지전극(122, 124)이 형성된 영역에 대응되도록, 각각의 발광소자 영역들(C)(도 7a 참조) 내에 한정될 수도 있다.
본 공정에 의해 연결영역(127P)이 형성되며, 본 단계에서, 제1 및 제2 전극(105, 106)은 도시된 것과 하면이 전부 노출될 수도 있으나, 실시 형태에 따라 중심 영역을 포함한 일부만이 노출될 수도 있다. 연결기판(127S)의 두께가 두꺼운 경우, 식각 과정에서 슬로프(slope)이 형성되어 도 2와 같이 테이퍼된 형태의 연결영역(127P)이 형성될 수 있다.
도 7f를 참조하면, 절연층(128)을 형성하는 공정이 수행될 수 있다. 연결영역(127P)이 도전성 물질을 포함하는 경우, 이후에 형성될 제1 및 제2 지지전극(122, 124)(도 1a 참조)과의 절연을 위해 절연층(128)을 형성한다. 절연층(128)은 예컨대, SiO2 및/또는 SiN을 CVD공정을 통해 500 oC 이하에서 0.5 ㎛ 내지 3 ㎛의 두께로 증착한 후, 예를 들어 에치-백(etch-back) 공정에 의해 제1 및 제2 전극(105, 106)이 노출되도록 하여 형성될 수 있다.
도 7g를 참조하면, 연결영역(127P) 사이의 노출된 제1 및 제2 전극(105, 106) 상에 제1 및 제2 지지전극(122, 124)을 형성하는 공정이 수행될 수 있다. 제1 마스크층(132)을 형성하여 제1 및 제2 지지전극(122, 124)이 형성될 영역을 노출한 후 전해도금 또는 스퍼터링에 의해 제1 및 제2 지지전극(122, 124)을 형성할 수 있다. 제1 및 제2 지지전극(122, 124)은 Cu, Al, Ag, Au, Ni, Cr, Pd, Cu, Pt, Sn, W, Rh, Ir, Ru, Mg, Zn 또는 이들을 포함하는 합금으로 이루어질 수 있으며, 전기전도도 및 열전도도가 우수하고 전해도금 공정이 용이한 물질을 사용할 수 있다.
도면에는 별도로 도시하지 않았으나, 제1 및 제2 지지전극(122, 124)은, 제1 마스크층(132)의 형성 전이나 후에 형성된 확산방지층(배리어층) 및/또는 전해도금 시 전류를 전달하기 위한 시드(seed)층을 포함할 수 있다. 상기 확산방지층 및/또는 시드층은 스퍼터링 공정을 이용하여 Ti층/Cu층으로 구성될 수 있으며 각층의 두께는 50 nm 내지 500 nm의 범위 일 수 있다. 제1 및 제2 지지전극(122, 124)의 나머지 부분은 상기 확산방지층 및/또는 시드층의 형성 후 전해도금 공정을 이용하여 예컨대, 각층의 두께가 0.01 ㎛ 내지 50 ㎛의 범위인 Cu층/Ni층/Au층으로 적층 할 수 있다. 제1 및 제2 지지전극(122, 124)이 형성된 후, 제1 마스크층(132)을 제거할 수 있다. 실시 형태에 따라, 제1 및 제2 지지전극(122, 124)은 도 7a와 같이 웨이퍼 레벨에서, 인접한 발광소자 영역들(C) 사이에서 일 방향으로 서로 연결된 라인 형상을 가질 수 있다.
도 3의 발광소자 패키지(100b)의 경우, 본 단계에서 제1 및 제2 지지전극(122, 124)과 인접한 연결영역(127P)의 주변부가 노출되도록 제1 마스크층(132)을 형성하여, 연결영역(127P) 상으로 제1 및 제2 지지전극(122, 124)이 연장되어 형성되도록 증착함으로써 제조될 수 있다.
도 7h를 참조하면, 제1 및 제2 지지전극(122, 124)의 외측에 위치하는 연결영역(127P)을 노출시키는 제2 마스크층(134)을 형성하는 공정이 수행될 수 있다.
도 4의 실시예의 발광소자 패키지(100c)를 제조하는 경우, 본 단계에서 제1 지지전극(122)과 제2 지지전극(124)의 사이에 위치하는 연결영역(127P)도 노출되도록 제2 마스크층(134)이 형성될 수 있다.
또한, 실시 형태에 따라, 제1 및 제2 지지전극(122, 124)이 인접한 발광소자 영역들(C)(도 7a 참조) 사이에서 일 방향으로 서로 연결되도록 형성된 경우, 발광소자 영역들(C)의 경계에서 제1 및 제2 지지전극(122, 124)이 제거되도록 하기 위하여, 발광소자 영역들(C)의 경계 영역에서 제1 및 제2 지지전극(122, 124)이 일부 노출되도록 제2 마스크층(134)이 형성될 수도 있다.
도 7i를 참조하면, 노출된 연결영역(127P)을 제거하는 공정이 수행된다. 본 공정은 예를 들어, CF4, SF6 등의 플루오린(fluorine) 계열, Cl2, BCl3 등의 염소(chlorine) 계열, 아르곤(Ar) 등의 플라즈마 식각 가스를 이용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니고, 다양한 식각 가스가 적용될 수 있을 것이다. 본 단계에 의해 제1 및 제2 지지전극(122, 124) 및 연결부(127)를 포함하는 지지구조물(120)이 형성될 수 있다. 지지구조물(120)은 절연층(128)도 포함할 수 있다. 실시 형태에 따라, 제1 및 제2 지지전극(122, 124)의 외측에 위치하는 절연층(128)은 본 단계에서 적어도 일부가 제거될 수 있다.
또한, 실시 형태에 따라, 인접한 지지구조물(120) 사이의 본딩층(112)이 발광소자 패키지 단위로 일부 제거되어 트랜치가 형성될 수도 있다. 이 경우, 후속에서 발광소자 패키지 단위로의 분리 공정이 용이해질 수 있다.
도 7j를 참조하면, 먼저 기판(101)이 제거될 수 있다. 기판(101)이 사파이어와 같이 투명한 물질로 이루어진 경우 레이저를 조사하는 레이저 리프트 오프(laser lift off) 공정을 통해 제거할 수 있으며, 실리콘 기판인 경우, 기계적 연마 또는 폴리싱 또는 습식 또는 건식 식각에 의해 제거할 수 있다. 실시 형태에 따라, 기판(101)은 제거되지 않을 수도 있다. 또한, 지지구조물(120)의 두께가 상대적으로 얇은 경우, 예컨대, 10 ㎛ 내지 20 ㎛의 범위인 경우, 기판(101)의 적어도 일부를 잔존시키거나 또는 캐리어 기판(미도시)을 지지구조물(120)의 하부에 부착할 수도 있다.
다음으로, 제2 도전형 반도체층(104)의 상부면에 광추출 효율 향상을 위한 요철을 형성할 수 있다. 기판(101)이 제거되지 않는 경우, 기판(101)의 상부면에 요철을 형성할 수 있다. 상기 요철은 예를 들어, 기계적 컷팅, 연마, 습식 식각 또는 플라즈마를 이용한 건식 식각에 의할 수 있다. 상기 요철은 1.0 ㎛ 내지 3.0 ㎛의 범위의 높이 또는 1.0 ㎛ 내지 3.0 ㎛ 범위의 직경을 가지는 마이크로 요철 패턴 또는 'V'홈을 가지는 라인 패턴을 가질 수 있다.
다음으로, 인접한 지지구조물(120) 사이에서 발광적층체를 분리하는 공정이 수행된다. 이에 의해 복수의 발광구조물들(S)이 형성될 수 있다. 본 분리 공정이 수행되기 전에, 발광적층체의 적어도 일부를 덮는 약 2200 Å 내지 2600 Å 두께의 패시베이션층(미도시)이 형성될 수도 있다. 상기 요철은 발광적층체의 분리 공정 후에 형성될 수도 있다.
도 7k를 참조하면, 발광구조물(S) 상에 파장변환층(109) 및 렌즈부(115)가 형성되고, 발광소자 패키지(100) 단위로 일점쇄선을 따라 분리 공정이 수행되어 최종적으로 도 1a의 발광소자 패키지(100)가 형성된다. 상기 분리 공정은 블레이드 소잉 또는 레이저 소잉을 통해 수행될 수 있다. 상기 분리 공정 시 본딩층(112)에 대해서만 소잉 공정이 수행되므로, 이종 소재를 소잉할 때 그 계면에서 발생될 수 있는 치핑(chipping)과 같은 문제점을 방지할 수 있다.
파장변환층(109)은 산화물(oxide)계, 규산염(silicate)계, 질화물(nitride)계 및 황화물(sulfide)계 형광체 혼합물 등으로 이루어질 수 있다. 산화물계 물질의 경우, 황색 및 녹색 형광체인 (Y, Lu, Se, La, Gd, Sm)3(Ga, Al)5O12:Ce, 청색 형광체인 BaMgAl10O17:Eu, 3Sr3(PO4)2·CaCl：Eu 등이 사용될 수 있으며, 규산염계 물질의 경우, 황색 및 녹색 형광체인 (Ba, Sr)2SiO4:Eu, 황색 및 등색 형광체인 (Ba, Sr)3SiO5:Eu 등이 사용될 수 있다. 또한, 질화물계 물질의 경우, 녹색 형광체인 β-SiAlON:Eu, 황색 형광체인 (La, Gd, Lu, Y, Sc)3Si6N11:Ce, 등색 형광체인 α-SiAlON:Eu, 적색 형광체인 (Sr, Ca)AlSiN3:Eu, (Sr, Ca)AlSi(ON)3:Eu, (Sr, Ca)2Si5N8:Eu, (Sr, Ca)2Si5(ON)8:Eu, (Sr, Ba)SiAl4N7:Eu 등이 사용될 수 있으며, 황화물계 물질의 경우, 적색 형광체인 (Sr, Ca)S:Eu, (Y, Gd)2O2S:Eu, 녹색 형광체인 SrGa2S4:Eu 등이 사용될 수 있다.
파장변환층(109)을 이루는 형광체 조성은 기본적으로 화학양론 (stoichiometry)에 부합하여야 하며, 각 원소들은 주기율표상 각 족들 내 다른 원소로 치환이 가능하다. 예를 들어 Sr 은 알카리토류(II)족의 Ba, Ca, Mg 등으로, Y 은 란탄계열의 Tb, Lu, Sc, Gd 등으로 치환이 가능하다. 또한, 활성제인 Eu 등은 원하는 에너지 준위에 따라 Ce, Tb, Pr, Er, Yb 등으로 치환이 가능하며, 활성제 단독 또는 특성 변형을 위해 부활성제 등이 추가로 적용될 수 있다. 또한, 형광체 대체 물질로 양자점(Quantum Dot, QD) 등의 물질들이 적용될 수 있으며, LED에 형광체와 QD를 혼합 또는 단독으로 사용할 수 있다. QD는 CdSe, InP 등의 코어(core)(3 ~ 10nm)와 ZnS, ZnSe 등의 쉘(shell)(0.5 ~ 2nm)및 코어와 쉘의 안정화를 위한 리간드(regand)를 포함하는 구조로 구성될 수 있으며, 크기에 따라 다양한 컬러를 구현할 수 있다. 상기 형광체 또는 양자점(Quantum Dot)의 도포 방식은 크게 뿌리는 방식, 막 형태로 형성하는 방식, 필름 또는 세라믹 형광체 등의 시트를 어태치(attach)하는 방식 중 적어도 하나를 사용 할 수 있다.
렌즈부(115)는 기 성형된 렌즈를 어태치하는 방식, 유동성의 유기 용제를 발광구조물(S)이 실장된 성형틀에 주입하여 고형화하는 방식 등에 의해 형성될 수 있다. 렌즈부(115)의 형상(오목, 볼록, 요철, 원뿔, 기하학 구조)에 따라 배광 특성이 변형되므로, 효율 및 배광 특성의 요구에 맞게 형상의 변형이 가능하다.
도 8a 내지 도 8d는 본 발명의 발광소자 패키지를 제조하는 일 예를 나타내는 공정별 단면도들이다.
도 8a를 참조하면, 연결기판(127S)이 준비되고, 연결기판(127S)에서 도 1a의 제1 및 제2 지지전극(122, 124)에 대응되는 영역이 소정 깊이로 제거되는 공정이 수행된다. 제거 공정은 예를 들어 건식 식각에 의할 수 있다.
도 8b를 참조하면, 연결기판(127S)의 식각된 영역 내에 절연층(128)이 형성될 수 있다. 다음으로, 절연층(128) 상에 제1 및 제2 지지전극(122, 124)을 형성하는 공정이 수행될 수 있다. 도시되지 않은 마스크층을 형성하여 제1 및 제2 지지전극(122, 124)이 형성될 영역을 노출한 후 전해도금 또는 스퍼터링에 의해 제1 및 제2 지지전극(122, 124)을 형성할 수 있다. 도면에는 별도로 도시하지 않았으나, 제1 및 제2 지지전극(122, 124)의 형성 전에 확산방지층 및/또는 전해도금 시 전류를 전달하기 위한 시드(seed)층이 형성될 수 있다.
도 8c를 참조하면, 도 7b와 같이 발광적층체가 형성된 기판(101)과 제1 및 제2 지지전극(122, 124)이 형성된 연결기판(127S)을 접합하는 공정이 수행된다. 본 공정에 의해 제1 지지전극(122)은 제2 전극(106)과 연결되고, 제2 지지전극(124)은 제1 전극(105)과 연결될 수 있다.
기판(101) 상의 본딩층(112')(도 7b 참조)은 연결기판(127S) 상의 절연층(128)의 일부 또는 별도의 도시되지 않은 기판본딩층과 접합되어, 최종적으로 도 8c의 본딩층(112)을 형성할 수 있다.
도 8d를 참조하면, 연결기판(127S)의 박형화 공정이 수행되어, 제1 및 제2 지지전극(122, 124)이 연결기판(127S)의 하면을 통해 노출된다. 실시 형태에 따라, 본 박형화 공정은, 도 8c를 참조하여 상술한 접합 공정 전에 수행될 수도 있다.
다음으로, 도 7h 내지 도 7k를 참조하여 상술한 공정이 동일하게 수행되어 도 1a의 발광소자 패키지(100)가 형성될 수 있다.
도 9 및 도 10은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 발광소자 패키지를 백라이트 유닛에 적용한 예를 나타낸다.
도 9를 참조하면, 백라이트 유닛(1000)은 기판(1002) 상에 광원(1001)이 실장되며, 그 상부에 배치된 하나 이상의 광학 시트(1003)를 구비한다. 광원(1001)은 도 1a 및 도 2 내지 도 6을 참조하여 상술한 구조 또는 이와 유사한 구조를 갖는 발광소자 패키지를 이용할 수 있으며, 또한, 도 7k를 참조하여 설명한 발광소자 패키지의 제조 단계에서 발광소자 패키지 각각으로 분리하는 공정 전의 상태로 직접 기판(1002)에 실장하여 이용할 수도 있다. 도 1a 및 도 2 내지 도 6의 발광소자 패키지로 이루어진 광원(1001)을 직접 기판(1002) 상에 실장함으로써 방열 효과가 우수하고, 광원(1001) 및 기판(1002)의 전체 두께인 제9 두께(T9)가 얇아져 슬림 백라이트 유닛의 구현이 가능하다.
도 9의 백라이트 유닛(1000)에서 광원(1001)은 액정표시장치가 배치된 상부를 향하여 빛을 방사하는 것과 달리, 도 10에 도시된 다른 예의 백라이트 유닛(2000)은 기판(2002) 위에 실장된 광원(2001)이 측 방향으로 빛을 방사하며, 이렇게 방시된 빛은 도광판(2003)에 입사되어 면광원의 형태로 전환될 수 있다. 도광판(2003)을 거친 빛은 상부로 방출되며, 광 추출 효율을 향상시키기 위하여 도광판(2003)의 하면에는 반사층(2004)이 배치될 수 있다. 도 1a 및 도 2 내지 도 6의 발광소자 패키지로 이루어진 광원(2001)을 직접 기판(2002) 상에 실장함으로써 방열 효과가 우수하고, 광원(2001) 및 기판(2002)의 전체 두께인 제10 두께(T10)가 얇아져 슬림한 베젤을 가진 백라이트 유닛의 구현이 가능하다.
도 11은 본 발명의 실시예에 의한 발광소자 패키지를 조명 장치에 적용한 예를 나타낸다.
도 12는 완전 복사체 스펙트럼을 나타내는 CIE 색도도이다.
도 11의 분해사시도를 참조하면, 조명장치(3000)는 일 예로서 벌브형 램프로 도시되어 있으며, 발광모듈(3003)과 구동부(3008)와 외부접속부(3010)를 포함한다. 또한, 외부 및 내부 하우징(3006, 3009)과 커버부(3007)와 같은 외형구조물을 추가적으로 포함할 수 있다. 발광모듈(3003)은 도 1a 및 도 2 내지 도 6 중 어느 하나의 발광소자 패키지(3001)와 그 발광소자 패키지(3001)가 탑재된 회로기판(3002)을 포함할 수 있다. 본 실시형태에서는, 1개의 발광소자 패키지(3001)가 회로기판(3002) 상에 실장된 형태로 예시되어 있으나, 필요에 따라 복수 개로 장착될 수 있다. 이 경우, 복수의 발광소자 패키지(3001)는 동일한 파장의 빛을 발생시키는 동종(同種)일 수 있다. 또는, 서로 상이한 파장의 빛을 발생시키는 이종(異種)으로 다양하게 구성될 수도 있다. 예를 들어, 발광소자 패키지(3001)는 청색 LED에 황색, 녹색, 적색 또는 오렌지색의 형광체를 조합하여 백색광을 발하는 발광소자와 보라색, 청색, 녹색, 적색 또는 적외선 발광소자 중 적어도 하나를 포함하도록 구성될 수 있다. 이 경우, 조명장치(3000)는 연색성(CRI)을 나트륨(Na)등(40)에서 태양광(100) 수준으로 조절할 수 있으며 또한 색 온도를 촛불(1500K)에서 파란하늘(12000K) 수준으로 다양한 백색광을 발생시킬 수 있으며, 필요에 따라서는 보라색, 청색, 녹색, 적색, 오렌지색의 가시광 또는 적외선을 발생시켜 주위 분위기 또는 기분에 맞게 조명 색을 조절 할 수 있다. 또한 식물 성장을 촉진 할 수 있는 특수 파장의 광을 발생시킬 수도 있다.
상기 청색 LED에 황색, 녹색, 적색 형광체 및/또는 녹색, 적색 발광소자의 조합으로 만들어지는 백색광은 2개 이상의 피크 파장을 가지며, 도 12와 같이, CIE 1931 좌표계의 (x, y) 좌표가 (0.4476, 0.4074), (0.3484, 0.3516), (0.3101, 0.3162), (0.3128, 0.3292), (0.3333, 0.3333)을 잇는 선분 상에 위치할 수 있다. 또는, 상기 선분과 흑체 복사 스펙트럼으로 둘러싸인 영역 내에 위치 할 수 있다. 상기 백색광의 색온도는 2000K ~ 20000K사이에 해당 한다.
또한, 조명장치(3000)에서, 발광모듈(3003)은 열방출부로 작용하는 외부 하우징(3006)을 포함할 수 있으며, 외부 하우징(3006)은 발광모듈(3003)과 직접 접촉되어 방열효과를 향상시키는 열방출판(3004) 및 조명장치(3000)의 측면을 둘러싸는 방열핀(3005)을 포함할 수 있다. 또한, 조명장치(3000)는 발광모듈(3003) 상에 장착되며 볼록한 렌즈형상을 갖는 커버부(3007)를 포함할 수 있다. 구동부(3008)는 내부 하우징(3009)에 장착되어 소켓구조와 같은 외부접속부(3010)에 연결되어 외부 전원으로부터 전원을 제공받을 수 있다. 또한, 구동부(3008)는 발광모듈(3003)의 반도체 발광소자(3001)를 구동시킬 수 있는 적정한 전류원으로 변환시켜 제공하는 역할을 한다. 예를 들어, 이러한 구동부(3008)는 AC-DC 컨버터 또는 정류회로부품 등으로 구성될 수 있다. 또한 조명장치(3000)는 통신 모듈을 포함 할 수도 있다.
도 13a는 본 발명의 실시예에 의한 발광소자 패키지를 통신 모듈을 포함한 조명 장치에 적용한 예를 나타낸다.
도 13b는 도 13a의 발광장치에 장착되는 통신모듈의 구성도이다.
도 13c는 도 13a의 발광장치를 이용한 무선 통신의 예를 나타낸다.
도 13a의 분해사시도를 참조하면, 조명장치(3000a)는 도 11의 조명 장치(3000)와 달리 발광모듈(3003)의 상부에 위치하는 반사판(3020)을 더 포함한다. 반사판(3020)은 발광모듈(3003)로부터의 광을 측면 및 후방으로 고르게 퍼지게 하여 눈부심을 줄일 수 있다.
반사판(3020)의 상부에 통신 모듈(3030)이 장착 될 수 있으며, 통신 모듈(3030)을 통하여 홈 네트워크 통신이 가능하다. 통신 모듈(3030)에 의하여, 지그비(ZigBee), 와이파이(WiFi) 등과 같은 가정 내 무선통신을 활용하여, 예컨대, 침실, 거실, 현관, 창고, 가전제품 등의 동작 상태 및 주위 환경에 따라 조명의 밝기가 자동으로 조절되도록 할 수 있다.
도 13b를 참조하면, 도 13a의 발광장치에 장착되는 통신모듈(3030)은, 기 설정된 무선 통신 규약에 따라 수신 받은 무선 제어신호에 따라 디밍 신호를 생성하는 무선 통신부(3031), 및 상기 디밍 신호와 기설정된 삼각파형의 기준신호를 비교하여, 펄스폭변조(PWM)된 발광구동 제어신호(SC)를 생성하는 구동 제어부(3032)를 포함할 수 있다. 이때, 통신모듈(3030)은, 상기 무선 통신 규약이 지그비 통신 규약에 해당되는 IEEE 802.15.4 규약이 될 수 있다.
무선 통신부(3031)는, 상기 디밍 신호를 생성하여 구동 제어부(3032)에 출력하고, 구동 제어부(3032)는 발광구동 제어신호(SC)를 생성하여 구동부(3008)에 출력할 수 있다. 구동 제어부(3032)는, 예를 들어 MCU(Micro Controller Unit)일 수 있다.
실시 형태에 따라, 통신모듈(3030)은 광 센서와 일체형으로 모듈화 할 수 있으며 발광장치(3000a)와 일체형으로 구성 할 수 있다.
도 13c를 참조하면, 조명 장치(3000a)의 통신모듈(3030)을 활용하여 홈 네트워크 통신을 수행하는 예가 도시된다. 통신모듈(3030)은 예를 들어, 지그비 모듈일 수 있다. 가정 내 무선통신을 위하여, 조명 장치(3000a)로부터의 신호가 게이트웨이 허브(10)를 통해서, 차고 문 개폐기(20), 도어 락(30), 가전 제품(40), 핸드폰(50), TV(60), 라우터(60) 및 통상적인 조명 스위치(70) 등과 같은 가정용 장치들에 송신될 수 있으며, 이에 의해 상기 가정용 장치들을 제어할 수 있다. 또한, 상기 가정용 장치들로부터의 신호에 의해 조명 장치(3000a)가 제어될 수 있다. 따라서, 상기 가정용 장치들도 지그비 및/또는 와이파이와 같은 무선 통신용 통신모듈을 포함할 수 있다. 실시 형태에 따라, 게이트웨이 허브(10) 없이 직접 상기 가정용 장치들와 통신이 수행될 수도 있다.
또한, 조명 장치(3000a)는 방영되고 있는 TV(60)의 채널 또는 프로그램의 종류를 감지하거나 또는 TV(60)의 화면 밝기를 감지하여, 조명 장치(3000a)의 밝기가 자동으로 조절되도록 제어할 수 있다. 예를 들어, 휴먼드라마 등이 상영되어 아늑한 분위기가 필요할 때는 조명 장치(3000a)의 조명도 거기에 맞게 색 온도가 12000K 이하로 낮아지도록 색감이 제어될 수 있다. 반대로 개그 프로그램과 같은 가벼운 분위기에서는 조명 장치(3000a)의 조명도 색 온도가 12000K 이상으로 높아져 푸른색 계열의 백색 조명이 되도록 제어될 수 있다.
도 14는 본 발명의 실시예에 의한 발광소자 패키지를 광센서 일체형 튜블러 발광 장치에 적용한 예를 나타낸다.
도 14의 분해 사시도를 참조하면, 광센서 일체형 튜블러 발광 장치(4000)는 방열 부재(4011), 커버(4012), 발광 모듈(4013), 제1 소켓(4014) 및 제2 소켓(4015)을 포함한다.
방열 부재(4011)의 내부 또는/및 외부 표면에 다수개의 방열 핀(4011-1, 4011-2)이 요철 형태로 형성될 수 있으며, 방열 핀(4011-1, 4011-2)은 다양한 형상 및 간격을 갖도록 설계될 수 있다. 방열 부재(4011)의 내측에는 돌출 형태의 지지대(4011-3)가 형성되어 있다. 지지대(4011-3)에는 발광 모듈(4013)이 고정될 수 있다. 제1커버(4011)의 양 끝단에는 걸림 턱(4011-4)이 형성될 수 있다.
커버(4012)에는 걸림 홈(4012-1)이 형성되어 있으며, 걸림 홈(4012-1)에는 방열 부재(4011)의 걸림 턱(4011-4)이 후크 결합 구조로 결합될 수 있다. 예로서, 걸림 홈(4012-1)과 걸림 턱(4011-4)이 형성되는 위치는 서로 바뀔 수도 있다.
발광 모듈(4013)은 인쇄 회로 기판(4013-1)과 발광 다이오드 어레이(4013-2)가 포함될 수 있다. 발광 다이오드 어레이(4013-2)는 도 1a 및 도 2 내지 도 6 중 어느 하나의 발광소자 패키지가 복수 개 배열된 형태일 수 있다. 인쇄 회로 기판(4013-1)에는 발광 다이오드 어레이(4013-2)를 동작시키기 위한 회로 배선들이 형성되어 있다. 또한, 발광 다이오드 어레이(4013-2)를 동작시키기 위한 회로 구성 요소들이 포함될 수도 있다.
제1,2 소켓(4014, 4015)은 한 쌍의 소켓으로서 방열 부재(4011) 및 커버(4012)로 구성된 원통형 커버 유닛의 양단에 결합되는 구조를 갖는다.
예로서, 제1 소켓(4014)에는 전극 단자(4014-1)가 배치되고, 제2 소켓(4015)에는 더미 단자(4015-1)가 배치될 수 있다. 그리고, 제1 소켓(4014) 또는 제2 소켓(4015) 중의 어느 하나의 소켓에 광센서 모듈이 내장될 수 있다.
예로서, 더미 단자(4015-1)가 배치된 제2 소켓(4015)에 광센서 모듈이 내장될 수 있다. 다른 예로서, 전극 단자(4014-1)가 배치된 제1 소켓(4014)에 광센서 모듈이 내장될 수도 있다. 그리고, 또 다른 예로서, 더미 단자(4015-1)가 배치된 제2 소켓(4015)에 광센서 모듈이 내장되고, 전극 단자(4014-1)가 배치된 제1 소켓(4014)에 전원 장치가 내장될 수도 있다.
도 15는 본 발명의 실시예에 의한 발광소자 패키지를 헤드 램프에 적용한 예를 나타낸다.
도 15를 참조하면, 차량용 라이트 등으로 이용되는 헤드 램프(5000)는 광원(5001), 반사부(5005), 렌즈 커버부(5004)를 포함하며, 렌즈 커버부(5004)는 중공형의 가이드(5003) 및 렌즈(5002)를 포함할 수 있다. 광원(5001)은 도 1a 및 도 2 내지 도 6 중 어느 하나의 발광소자 패키지를 적어도 하나 포함할 수 있다. 또한, 헤드 램프(5000)는 광원(5001)에서 발생된 열을 외부로 방출하는 방열부(5012)를 더 포함할 수 있으며, 방열부(5012)는 효과적인 방열이 수행되도록 히트싱크(5010)와 냉각팬(5011)을 포함할 수 있다. 또한, 헤드 램프(5000)는 방열부(5012) 및 반사부(5005)를 고정시켜 지지하는 하우징(5009)을 더 포함할 수 있으며, 하우징(5009)은 일면에 방열부(5012)가 결합하여 장착되기 위한 중앙홀(5008)을 구비할 수 있다. 또한, 하우징(5009)은 상기 일면과 일체로 연결되어 직각방향으로 절곡되는 타면에 반사부(5005)가 광원(5001)의 상부측에 위치하도록 고정시키는 전방홀(5007)을 구비할 수 있다. 이에 따라, 반사부(5005)에 의하여 전방측은 개방되며, 개방된 전방이 전방홀(5007)과 대응되도록 반사부(5005)가 하우징(5009)에 고정되어 반사부(5005)를 통해 반사된 빛이 전방홀(5007)을 통과하여 외부로 출사될 수 있다.
본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 한다. 따라서, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다고 할 것이다.
100, 100a, 100b, 100c, 200, 300: 발광소자 패키지
101, 210: 기판
102, 202, 302: 제1 도전형 반도체층
103, 203, 303: 활성층
104, 204, 304: 제2 도전형 반도체층
105, 205, 305: 제1 전극
106, 206, 306: 제2 전극
107, 207, 307: 전극절연층
109: 파장변환층
112, 212, 312: 본딩층
115, 215, 315: 렌즈부
120, 220, 320: 지지구조물
122, 222, 322: 제1 지지전극
124, 224, 324: 제2 지지전극
127, 227, 327: 연결부
128, 228, 328: 절연층
208: 충진부

Claims (10)

  1. 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 구비하는 발광구조물;
    상기 제1 도전형 반도체층 및 상기 제2 도전형 반도체층과 각각 접속되는 제1 전극 및 제2 전극; 및
    상기 발광구조물을 지지하고, 상기 제1 전극과 전기적으로 연결되는 제1 지지전극 및 상기 제2 전극과 전기적으로 연결되는 제2 지지전극을 포함하는 지지구조물;을 포함하고,
    상기 발광구조물이 상기 지지구조물에 의해 지지되는 면에서 상기 지지구조물의 넓이는 상기 발광구조물의 넓이보다 작은 것을 특징으로 하는 발광소자 패키지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 지지전극 및 상기 제2 지지전극의 높이는 상기 발광구조물의 높이보다 큰 것을 특징으로 하는 발광소자 패키지.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 지지전극 및 상기 제2 지지전극 중 적어도 하나는 상부면의 크기가 하부면의 크기보다 작아 경사진 측면을 가지는 것을 특징으로 하는 발광소자 패키지.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 지지구조물은 상기 제1 지지전극과 상기 제2 지지전극의 사이에 위치하는 연결부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광소자 패키지.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 지지전극 및 상기 제2 지지전극의 넓이의 합은 상기 연결부의 넓이보다 큰 것을 특징으로 하는 발광소자 패키지.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제2 전극은 상기 제1 도전형 반도체층 및 상기 활성층을 관통하여 상기 제2 도전형 반도체층과 접속된 복수의 도전성 비아를 포함하고,
    상기 복수의 도전성 비아 각각의 반경은 5 ㎛ 내지 50 ㎛의 범위이고,
    상기 복수의 도전성 비아는, 100 ㎛ 내지 500 ㎛의 범위의 이격 거리로 행과 열을 이루는 매트릭스 구조로 배열되며,
    상기 제2 도전형 반도체층과 접촉하는 영역의 평면 상에서 상기 복수의 도전성 비아가 차지하는 전체 면적이 상기 발광구조물의 면적의 1 % 내지 5 %의 범위가 되도록 상기 복수의 도전성 비아의 개수 및 반경이 결정되는 것을 특징으로 하는 발광소자 패키지.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 발광구조물과 상기 지지구조물의 사이에 위치하는 절연성의 본딩층; 및
    상기 본딩층에 의해 지지되며, 상기 발광구조물 상에서 상기 발광구조물을 봉지하는 렌즈부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광소자 패키지.
  8. 성장 기판 상에 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 구비하는 발광적층체를 형성하는 단계;
    상기 발광적층체 상에 상기 제1 도전형 반도체층 및 상기 제2 도전형 반도체층과 각각 접속된 제1 전극 및 제2 전극을 형성하는 단계;
    상기 발광적층체 상에 본딩층을 형성하는 단계;
    상기 본딩층 상에 연결기판을 접합하는 단계;
    상기 제1 전극 및 상기 제2 전극의 적어도 일부가 노출되도록 상기 연결기판 및 상기 본딩층의 일부를 제거하는 단계;
    노출된 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 상에 도전성 물질을 형성하여 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극과 각각 전기적으로 연결되는 제1 지지전극 및 제2 지지전극을 형성하는 단계; 및
    상기 제1 지지전극 및 상기 제2 지지전극의 외측에 위치하는 상기 연결기판을 제거하여 상기 제1 지지전극과 상기 제2 지지전극의 사이에 위치하는 연결부를 형성함으로써, 상기 제1 지지전극, 상기 제2 지지전극 및 상기 연결부를 포함하는 지지구조물을 형성하는 단계;
    를 포함하는 발광소자 패키지의 제조 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 연결기판 및 상기 본딩층의 일부를 제거하는 단계 이후에, 노출된 상기 연결기판의 측면에 절연층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광소자 패키지의 제조 방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 발광적층체 상에 파장변환부 및 렌즈부를 형성하는 단계;
    상기 발광적층체의 일부를 제거하여 복수의 발광구조물들을 형성하는 단계; 및
    인접한 상기 발광구조물들을 사이의 상기 본딩층을 제거하여 발광소자 패키지 단위로 분리하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광소자 패키지의 제조 방법.
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