KR20150000786A - 전류 분산층을 구비한 발광 소자 - Google Patents

전류 분산층을 구비한 발광 소자 Download PDF

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Abstract

본 개시의 전류 분산층을 구비한 발광 소자는, 기판 상에 적층된 제1 반도체층, 활성층, 제2 반도체층; 제2 반도체층 상에 형성되어 전류를 분산시키는 전류 분산층; 제1 반도체층의 노출면 상에 형성된 제1 전극; 및 전류 분산층 상에 형성된 제2 전극을 포함한다.

Description

전류 분산층을 구비한 발광 소자{LED device having electrical current distribution layer}
본 개시(disclosure)는 발광 소자에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전류 분산층을 구비한 발광 소자에 관한 것이다.
발광 소자(LED: Light Emitting Diode)는 전기 에너지를 빛 에너지로 변환시켜 빛을 발생시키는 소자로서, p형 반도체와 n형 반도체의 이종접합 구조를 가지고 있어 전류의 흐름에 따라 여분의 전자와 정공이 발광성 재결합에 의해 빛을 발생한다. 발광 소자가 개발된 이래, 디스플레이, 조명 장치, 백라이트등의 광원으로 사용되는 등 그 활용 범위가 점차 확대되고 있다. 특히 정보 통신기기가 소형화 및 슬림화되는 추세에 따라 발광 소자를 포함하는 기기의 각종 부품들은 더욱 소형화되는 반면, 높은 광 효율에 대한 요구는 더욱 높아지고 있다.
발광 소자는 외부로부터 유입된 정전기에 의한 정전 방전(ESD; Electrostatic discharge)에 취약하여 발광 소자의 손상이 유발되기 쉬워 소자의 신뢰성을 저하시키는 문제가 있다. 특히 발광 소자는 순방향 전류에 의해 광을 방출하는 특성을 가지기 때문에 역방향의 고전압에 의해 발광 소자가 파괴된다. 정전 방전(ESD) 발생시 저항이 낮은 영역으로 전하의 흐름이 발생하는데, 특히 전류가 밀집되는 지역에서 정전 방전(ESD)에 의한 손상이 발생되고 있다. 이에 따라 발광 소자에서 정전 방전(ESD) 발생시 손상될 확률이 높은 전류밀집영역에 대한 제어가 요구된다.
본 개시의 실시예는, 방열 특성이 우수한 재료로 이루어진 제너 다이오드를 도입하면서 발광 소자의 크기를 축소시킬 수 있는 전류 분산층을 구비한 발광 소자를 제공한다.
본 개시의 일 실시예에 따른 전류 분산층을 구비한 발광 소자는, 기판 상에 적층된 제1 반도체층, 활성층, 제2 반도체층; 상기 제2 반도체층 상에 형성되어 전류를 분산시키는 전류 분산층; 상기 제1 반도체층의 노출면 상에 형성된 제1 전극; 및 상기 전류 분산층 상에 형성된 제2 전극을 포함한다.
본 개시에 있어서, 상기 제1 전극은 상기 제1 반도체층 상의 일측에 배치되는 제1 전극패드 및 상기 제1 전극패드에 연결되어 일 방향으로 연장되는 제1 연장전극을 포함하여 형성된다.
상기 제2 전극은 상기 제2 반도체층 상의 일측에 배치된 제2 전극패드, 상기 제2 전극패드에 연결되어 일 방향으로 연장되는 제2 연장전극 및 상기 제2 연장전극과 반대 방향으로 연장되는 제3 연장전극을 포함하여 형성된다.
상기 전류 분산층은 상기 제2 반도체층 전면에 형성되고, 메쉬(mesh) 구조의 금속층 또는 CNT 코팅층을 포함하여 형성된다.
상기 메쉬 구조의 금속층은 구리(Cu), 텅스텐(W), 은(Ag) 등을 포함하는 재료로 구성될 수 있다.
상기 메쉬 구조의 금속층은 가로 방향으로 소정의 간격을 가지게 형성된 복수의 제1 금속 라인 및 세로 방향으로 소정 간격을 가지게 형성된 복수의 제2 금속 라인이 서로 교차되어 다각형의 홀(hole)을 구성하고, 상기 다각형의 홀은 정방형, 육각형, 원형등의 형상으로 형성될 수 있다.
본 개시의 다른 실시예에 따른 전류 분산층을 구비한 발광 소자는, 기판 상에 적층된 제1 반도체층, 활성층, 제2 반도체층 및 투명 전극; 상기 제1 반도체층의 노출면 상에 형성되고 제1 전극패드 및 상기 제1 전극패드에 연결되어 일 방향으로 연장된 제1 연장전극으로 이루어진 제1 전극; 및 상기 투명 전극 상에 형성되고 제2 전극 패드와 상기 제2 전극패드에 연결되어 일 방향으로 연장되는 제2 연장전극 및 상기 제2 연장전극과 반대 방향으로 연장되는 제3 연장전극으로 이루어진 제2 전극; 및 상기 투명 전극 상의 제3 연장전극 주변에 형성되면서 상기 제2 연장전극 방향으로 연장된 전류 분산층을 포함한다.
상기 전류 분산층은 메쉬 구조의 금속층 또는 CNT 코팅층을 포함할 수 있다.
상기 전류 분산층은 상기 제3 연장전극의 일 측벽에 형성될 수 있다.
상기 전류 분산층은 상기 제3 연장전극의 하부에 배치되면서 상기 제3 연장전극의 양 측면 방향으로 연장하게 형성될 수 있다.
상기 전류 분산층은 상기 제3 연장전극을 기준으로 상기 제2 전극의 제2 연장전극 방향으로 연장된 부분의 폭이 제3 연장전극의 타 방향으로 연장된 부분의 폭보다 2~3배 넓은 폭으로 형성될 수 있다.
상기 전류 분산층은 육각형, 원형의 오픈 영역이 규칙적 또는 불규칙적으로 배열하여 형성되어 상기 전류 분산층 아래의 투명 전극 표면을 노출시키게 형성될 수 있다.
상기 전류 분산층은 상기 제3 연장전극 하부에 복수 개의 타원형의 패턴들이 상기 투명 전극의 표면을 노출시키면서 소정 간격 이격하여 배치된다.
본 개시에 따르면, 정전 방전(ESD)시 전류가 집중되는 영역의 전류를 나머지 영역으로 분산시키는 전류 분산층을 배치하여 정전 방전(ESD)가 발생하더라도 발광 소자에 손상이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 전류가 밀집되는 현상을 개선하면서 발광되는 면적을 증가시켜 투과율을 향상시켜 발광 효율을 향상시킬 수 있다.
도 1 및 도 2는 본 개시의 일 실시예에 따른 전류 분산층을 구비한 발광 소자를 나타내보인 도면들이다.
도 3a 및 도 3b는 전류 분산층의 일 예를 설명하기 위해 나타내보인 도면이다.
도 4 및 도 5는 본 개시의 다른 실시예에 따른 전류 분산층을 구비한 발광 소자를 나타내보인 도면들이다.
도 6 및 도 7은 본 개시의 또 다른 실시예에 따른 전류 분산층을 구비한 발광 소자를 나타내보인 도면들이다.
도 8 내지 도 11은 본 개시에 따른 전류 분산층 구조의 변형예들을 설명하기 위해 나타내보인 도면들이다.
도 12는 ESD에 의해 손상된 발광 소자를 나타내보인 SEM 사진이다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 개시의 실시예들을 보다 상세하게 설명하고자 한다. 도면에서 각 장치의 구성요소를 명확하게 표현하기 위하여 상기 구성요소의 폭이나 두께 등의 크기를 다소 확대하여 나타내었다. 전체적으로 도면 설명시 관찰자 시점에서 설명하였고, 일 요소가 다른 요소 위에 위치하는 것으로 언급되는 경우, 이는 상기 일 요소가 다른 요소 위에 바로 위치하거나 또는 그들 요소들 사이에 추가적인 요소가 개재될 수 있다는 의미를 모두 포함한다.
복수의 도면들 상에서 동일 부호는 실질적으로 서로 동일한 요소를 지칭한다. 또, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, '포함하다' 또는 '가지다' 등의 용어는 기술되는 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
도 1 및 도 2는 본 개시의 일 실시예에 따른 전류 분산층을 구비한 발광 소자를 나타내보인 도면들이다. 도 2는 도 1의 I-I'방향으로 잘라내어 나타내보인 도면이다. 그리고 도 3a 및 도 3b는 전류 분산층의 일 예를 설명하기 위해 나타내보인 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 개시의 일 실시예에 따른 발광 소자(100)는 기판(105) 상에 적층된 제1 반도체층(110), 활성층(115), 제2 반도체층(120), 전류 분산층(130), 제1 전극(157) 및 제2 전극(147)을 포함하여 이루어진다. 이하 기재에서 "제1" 및 "제2" 등의 표기는 순서나 다른 부재를 의미하기보다는 부재들을 설명의 편의상 구분하기 위해서 사용된 것으로 이해될 수 있다.
기판(105)은 광 투과성 성질을 가지는 재질, 예를 들어, 사파이어(Al2O3)를 포함하는 투명한 재질로 이루어질 수 있다. 그러나 이에 한정되지는 않으며, 탄화규소(SiC), 산화아연(ZnO), 실리콘(Si), 갈륨비소(GaAs) 또는 갈륨질화물(GaN)의 그룹에서 선택하여 적용할 수 있다.
기판(105) 상에 배치된 제1 반도체층(110)은 제1 도전형의 불순물, 예를 들어 n형 도전형 불순물이 도핑된 갈륨질화물(GaN)을 포함하여 이루어질 수 있다. 제1 도전형의 불순물은 실리콘(Si), 게르마늄(Ge) 또는 주석(Sn)을 포함하는 n형 도전형 그룹에서 선택하여 이용할 수 있다. 제1 반도체층(110)은 다른 적층물보다 낮은 위치의 표면 일부를 노출시킬 수 있다. 예를 들어, 제2 반도체층(120), 활성층(115) 및 제1 반도체층(110)의 일부가 메사 식각(mesa etching)되어 제1 반도체층(110)의 일부 영역을 노출할 수 있다. 이때 메사 식각에 의하여 노출되는 제1 반도체층(110)의 노출면은 활성층(115)의 하면보다 낮게 위치할 수 있다.
제1 반도체층(110) 상에 배치된 활성층(115)은 갈륨질화물(GaN)계열의 적층 구조의 다중 양자 우물 구조(multi quantum well)로 구성될 수 있다. 활성층(115) 상에는 제2 반도체층(120)이 배치된다. 제2 반도체층(120)은 제2 도전형 불순물, 예를 들어 p형 도전형 불순물이 도핑된 갈륨질화물(GaN)을 포함하여 이루어질 수 있다. 제2 도전형 불순물은 마그네슘(Mg) 또는 아연(Zn)을 포함하는 p형 도전형 그룹에서 선택하여 이용할 수 있다.
제1 반도체층(110)의 노출면 상에는 제1 전극(157)이 형성된다. 도 1을 참조하면, 제1 전극(157)은 제1 반도체층(110) 상의 일측에 배치되는 제1 전극패드(150) 및 제1 전극패드(150)에 연결되어 일 방향으로 연장되는 제1 연장전극(155)을 포함할 수 있다. 제1 전극(157)은 구리(Cu), 금(Au) 또는 은(Ag)을 포함하는 재료로 이루어질 수 있다.
제2 반도체층(120) 상에는 전류 분산층(130)이 배치된다. 전류 분산층(130)은 발광이 고르게 되기 위해 도 1에 도시한 바와 같이, 제2 반도체층(120)의 전면을 덮도록 형성된다. 전류 분산층(130)은 메쉬(mesh) 구조의 금속층(metal mesh)으로 형성할 수 있다. 메쉬 구조의 금속층(400)은 도 3a에 도시한 바와 같이, 가로 방향으로 소정의 간격을 가지게 형성된 복수의 제1 금속 라인(410)과 세로 방향으로 소정 간격을 가지게 형성된 복수의 제2 금속 라인(405)이 서로 교차하여 다각형의 홀(420)을 구성하는 메쉬 구조로 형성될 수 있다. 메쉬 구조의 금속층은 투광성을 저해하지 않게 수십 나노의 두께, 예를 들어 20 내지 30nm의 두께로 형성될 수 있다.
또한, 메쉬 구조의 금속층은 도 3b에 도시한 바와 같이, 금속층(500) 상에 다각형의 홀(510) 형상이 메쉬 구조를 이루게 식각하는 패터닝 방식으로 형성될 수도 있다. 메쉬 구조의 금속층은 도전성이 우수한 구리(Cu), 텅스텐(W), 은(Ag) 등을 포함하는 재료로 구성될 수 있다. 다각형의 홀(510) 형상은 정방형, 육각형, 원형등의 형상을 가지게 형성될 수 있다.
또한, 전류 분산층(130)은 CNT 코팅층(CNT layer: Carbon nano tube layer)으로 형성할 수 있다. CNT 코팅층은 탄소나노튜브(CNT)를 포함한다. 탄소나노튜브(CNT)는 하나의 탄소가 다른 탄소원자와 육각형 벌집무늬로 결합되어 튜브형태를 이루고 있다. 탄소나노튜브(CNT)는 튜브의 직경이 나노미터 수준으로 극히 작아서 전기 화학적 특성을 나타낸다. 이러한 탄소나노튜브를 얇은 박막 형태로 형성시키면 가시광선 영역에서 높은 투과도와 전도성을 나타내므로 투명 전극으로 사용할 수 있다. 이에 따라, 발광 소자에서 투명 전극으로 적용되고 있는 인듐 틴 산화물(ITO: Indium Tin Oxide) 대신에 투명 전극 역할을 수행할 수 있다. CNT 코팅층은 스프레이 코팅을 포함하는 일반적인 습식 코팅 방식을 이용하여 형성될 수 있다.
전류 분산층(130) 상에는 제2 전극(147)이 형성된다. 다시 도 1을 참조하면, 제2 전극(147)은 제2 반도체층(120) 상의 일측에 배치되는 제2 전극패드(140) 및 제2 전극패드(140)에 연결되어 일 방향으로 연장되는 제2 연장전극(145a) 및 제3 연장전극(145b)을 포함할 수 있다. 제2 전극(147)은 구리(Cu), 금(Au) 또는 은(Ag)을 포함하는 재료로 이루어질 수 있다.
발광 소자를 구동시 정전 방전(ESD; Electrostatic discharge)에 의해 발광 소자에 불량이 발생될 수 있다. 정전 방전(ESD)은 강한 전류가 순간적으로 발광 소자 상에 흐르는 현상으로, 정전 방전(ESD)시 저항이 낮은 영역으로 전하가 흐르게 된다. 저항의 크기는 길이에 비례함에 따라 그라운드(ground)와 연결되는 전류 경로가 짧은 부분에서 저항이 낮아져 정전 방전(ESD)이 발생 확률이 상대적으로 상승한다. 또한, 발광 소자를 인쇄회로기판(PCB)에 실장하여 패키징시 인쇄회로기판(PCB), 솔더, 몰딩재등과 같은 복합 재료를 사용함에 따라 저항이 낮아지게 된다.
정전 방전(ESD)에 의해 손상된 발광 소자를 측정한 SEM 사진을 나타내보인 도 12를 참조하면, 발광 소자에 전류 분산층(130)이 배제된 상태에서 전류를 인가하게 되면, 그라운드와 가까운 방향에 위치한 제2 전극(20)의 제3 연장전극(15b)이 배치된 부분(A)에서 저항이 낮아져 이 부분(A)에 정전 방전(ESD)에 의한 전류가 밀집되는 현상이 발생될 수 있다(도 12의 (a) 참조). 'A' 부분의 단면을 나타내보인 도 12의 (b)을 참조하면, 제2 전극(20)의 제3 연장전극(15b)주변 부위(A)에 전류가 밀집되면 발광 소자의 표면(40) 아래 부분에서 손상(B)이 발생되는 것을 확인할 수 있다. 도면에서 미설명된 부분은 제1 연장전극(30) 및 제1 전극패드(25)를 포함하는 제1 전극(35)과, 제2 전극(20)의 제2 전극패드(10) 및 제2 연장전극(15a)이다.
이에 대해 본 개시의 실시예에서는 전류 분산층(130)을 배치하여 전류를 제2 연장전극(145a) 방향으로 확산시킴으로써 정전 방전(ESD)가 발생하더라도 전류가 제3 연장전극(145b) 주변에 집중되어 손상이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
한편, 전류 분산층은 정전 방전(ESD) 발생시 전류가 집중되는 부분에만 국부적으로 형성할 수도 있다. 이하 도 4 내지 도 7을 참조하여 설명하기로 한다.
도 4 및 도 5는 본 개시의 다른 실시예에 따른 전류 분산층을 구비한 발광 소자를 나타내보인 도면들이다. 도 5는 도 4의 II-II'방향으로 잘라내어 나타내보인 도면이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 본 개시의 다른 실시예에 따른 발광 소자(200)는 기판(205) 상에 적층된 제1 반도체층(210), 활성층(215), 제2 반도체층(220), 전류 분산층(230), 제1 전극(257) 및 제2 전극(247)을 포함하여 이루어진다.
기판(205) 상에 배치된 제1 반도체층(210)은 제1 도전형의 불순물, 예를 들어 n형 도전형 불순물이 도핑된 갈륨질화물(GaN)을 포함하여 이루어질 수 있다. 제1 도전형의 불순물은 실리콘(Si), 게르마늄(Ge) 또는 주석(Sn)을 포함하는 n형 도전형 그룹에서 선택하여 이용할 수 있다. 제1 반도체층(110)은 메사 식각에 의해 다른 적층물, 예를 들어 활성층(215)보다 낮은 위치의 표면 일부를 노출시킬 수 있다.
제1 반도체층(210) 상에 배치된 활성층(215)은 갈륨질화물(GaN)계열의 적층 구조의 다중 양자 우물 구조로 구성될 수 있다. 활성층(215) 상에는 제2 반도체층(220)이 배치된다. 제2 반도체층(220)은 제2 도전형 불순물, 예를 들어 p형 도전형 불순물이 도핑된 갈륨질화물(GaN)을 포함하여 이루어질 수 있다. 제2 도전형 불순물은 마그네슘(Mg) 또는 아연(Zn)을 포함하는 p형 도전형 그룹에서 선택하여 이용할 수 있다. 제2 반도체층(220) 상에는 투광성을 가지는 투명 전극(230)이 배치될 수 있다. 투명 전극(230)은 인듐 틴 산화물(ITO)을 포함하는 투명 금속막으로 구성할 수 있다.
제1 반도체층(210)의 노출면 상에는 제1 전극(257)이 형성된다. 도 4를 참조하면, 제1 전극(257)은 제1 반도체층(210) 상의 일측에 배치되는 제1 전극패드(250) 및 제1 전극패드(250)에 연결되어 일 방향으로 연장되는 제1 연장전극(255)을 포함할 수 있다. 투명 전극(230) 상에는 제2 전극(247)이 형성된다. 제2 전극(247)은 투명 전극(230)의 일 측에 배치되는 제2 전극패드(240) 및 제2 전극패드(240)에 연결되어 일 방향으로 연장되는 제2 연장전극(245a) 및 상기 제2 연장전극(245a)과 반대 방향으로 연장되는 제3 연장전극(245b)을 포함할 수 있다. 제1 전극(257) 또는 제2 전극(247)은 구리(Cu), 금(Au) 또는 은(Ag)을 포함하는 재료로 이루어질 수 있다.
본 개시의 다른 실시예에서는 제2 전극(247)의 제3 연장전극(245b)의 일 측벽에 전류 분산층(235)이 연결되어 있다. 전류 분산층(235)은 정전 방전(ESD)시 전류가 집중되는 부분인 제2 전극(247)의 제3 연장전극(245b)에서 제2 연장전극(245a) 방향의 측벽 부분에 형성될 수 있다. 전류 분산층(235)은 메쉬 구조의 금속층으로 형성하거나 또는 CNT 코팅층으로 형성할 수 있다. 전류 분산층(235)이 제3 연장전극(245b)의 일 측벽부에만 선택적으로 형성되어 전류가 집중되는 부분의 전류를 제2 연장전극(245a) 방향으로 분산시킬 수 있다.
전류 분산층에 의해 전류가 제2 전극의 제2 연장전극 방향으로 분산되는 효과를 보다 상승시키기 위해 본 개시의 또 다른 실시예에 따른 발광 소자(300)을 나타내보인 도 6 및 도 7에 나타낸 바와 같이, 전류 분산층(335)을 제2 전극(347)의 제3 연장전극(345b)의 양 측면부에 형성할 수도 있다. 이 경우 도 6의 Ⅲ-Ⅲ'방향의 단면을 나타내보인 도 7을 참조하면, 전류 분산층(335)은 제2 전극(347)의 제3 연장전극(345b)의 하부에 배치되고 상기 제3 연장전극(345b)의 양 측면 방향으로 연장된 형상으로 형성된다. 도면에서 미설명된 기판(305) 상에 적층된 제1 반도체층(310), 활성층(315), 제3 반도체층(320), 투명 전극(330) 및 제1 전극(247)은 도 4 및 도 5의 구성과 동일하다.
한편, 전류 분산층은 전류가 분산되는 효과를 향상시키기 위해 연장전극을 기준으로 발광 소자 내측으로 전류 분산정도를 높이도록 전류 분산층이 분할되는 면적을 변경할 수 있다. 일 예로, 도 8을 참조하면, 제2 전극의 제3 연장전극(345b)을 기준으로 제3 연장전극(345b)의 상부, 즉, 제2 전극의 제2 연장전극(345a, 도 4) 방향에 형성된 제1 폭(W1)과 제3 연장전극(345b)의 하부에 형성된 제2 폭(W2)을 동일하게 형성하는 경우(도 8의 (a))보다, 도 8의 (b)에 도시한 바와 같이, 제3 연장전극(345b)의 상부, 즉, 제2 전극의 제2 연장전극(345a, 도 4) 방향에 형성된 제3 폭(W3)을 제3 연장전극(345b)의 하부에 형성된 제4 폭(W4)보다 2~3배 넓은 폭으로 형성하는 경우, 전류가 분산되는 양은 제2 연장전극(345a, 도 4) 방향으로 더 많아져 전류 분산 효과가 더 상승될 수 있다.
또한, 전류 분산층은 광량을 증가시키기 위해 투광성을 확보하는 것이 중요하다. 이에 따라 전류 분산층의 발광 면적을 확보하기 위해 도 9 내지 도 11에 도시한 바와 같이, 오픈 영역을 가지는 패턴으로 형성할 수 있다. 예를 들어, 도 9에 도시한 바와 같이, 전류 분산층(335) 상에 육각형의 오픈 영역(360)을 규칙적 또는 불규칙적으로 배열하거나, 도 10에 도시한 바와 같이, 원형의 오픈 영역(370)을 규칙적 또는 불규칙적으로 배열하여 하부에 배치된 투명 전극(230) 또는 제2 반도체층을 포함하는 발광층의 표면을 노출시켜 발광 면적을 증가시킴으로 써 광량을 증가시킬 수 있다.
또는 도 11에 도시한 바와 같이, 전류 분산층(335)을 복수 개의 타원형의 패턴들로 배치하여 인접하는 타원형의 패턴들 사이에 투명 전극(230) 또는 제2 반도체층을 포함하는 발광층의 표면을 노출시켜 광 효율이 감소하는 것을 방지할 수 있다. 전류 분산층(335)을 복수 개의 타원형 패턴들로 형성하는 경우, 제3 연장전극(345b)의 상부에 배치된 부분의 전류 분산층 폭(W5)이 하부의 폭(W6)보다 길게 형성하여 발광 소자 내측으로 전류 분산정도를 증가시킬 수 있다.
도 13은 본 개시의 실시예에 따른 발광 소자를 포함하는 발광 소자 패키지를 나타내보인 정면도이고, 도 14는 도 13에 도시된 발광 소자 패키지의 배면도이다.
도 13 및 도 14를 참조하면, 본 개시의 실시예에 따른 발광 소자 패키지는 발광 소자(100), 리드 프레임(600, 630) 및 하우징부(640)를 포함한다. 발광 소자(100)는 도 1 및 도 2에서 상술한 본 개시의 일 실시예에 따른 전류 분산층(130)을 구비한 발광 소자(100)가 배치되어 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 본 개시의 일 실시예에 따른 전류 분산층(130)을 구비한 발광 소자(100) 대신에, 도 4 및 도 5의 전류 분산층(235)가 형서된 발광 소자(200), 도 6 및 도 7의 전류 분산층(335)가 형성된 발광 소자(300)가 배치될 수 있다. 또한, 전류 분산층은 도 8 내지 도 11의 전류 분산층의 형상을 가지게 형성될 수 있다.
리드 프레임(600, 630)은 제1 리드(600) 및 제2 리드(630)를 포함할 수 있다. 제1 리드(600)는 안착부(640)를 구비한 제1 리드 몸체(650), 제1 리드 연장부(610), 제1 리드 단자부(615) 및 리드 방열부(660, 665)를 포함할 수 있다. 안착부(640)는 바닥부(640a) 및 측면부(640b)를 구비할 수 있다. 리드 방열부(660, 665)는 방열 연장부(660) 및 방열 접촉부(665)를 포함할 수 있다.
제2 리드(630)는 제2 리드 몸체(670), 제2 리드 연장부(620), 제2 리드 단자부(625)를 포함할 수 있다. 발광 소자(100)가 배치된 하우징부(640)는 상부 하우징부(690), 하부 하우징부(695), 개구부(693), 노출부(697) 및 돌출부(699)를 포함할 수 있다.
본 개시의 일 실시예에 따른 전류 분산층(130)을 구비한 발광 소자(100)는 제1 리드(600)의 일측 표면 상에 구비될 수 있다. 바람직하게는 제1 리드(600)의 제1 리드 몸체(650)의 소정 영역, 예를 들어, 안착부(640)의 바닥부(640a) 상에 배치될 수 있다. 이때, 안착부(640)는 제1 리드(600)의 제1 리드 몸체(650)의 일부로써, 제1 리드 몸체(650)의 일부가 오목하게 형성된 부분일 수 있다. 안착부(640)는 상부 하우징부(690)의 개구부(693)에 의해 노출될 수 있다.
안착부(640)는 바닥부(640a) 및 측면부(640b)를 포함하며, 바닥부(640a)에는 일측 표면 상에 전류 분산층(130)을 구비한 발광 소자가 실장될 수 있고, 바닥부(640a)의 타측 표면은 도 14에 도시한 바와 같이, 하부 하우징부(695)에 배치된 노출부(697)에 의해 외부로 노출될 수 있다. 노출부(697)를 통해 노출된 바닥부(640a)는 발광 소자(100)에서 발생된 열을 방열하는 역할을 한다. 안착부(640)의 측면부(640b)는 바닥부(640a)로부터 연장되어 구비될 수 있으며, 제1 리드 몸체(650)의 다른 부분, 즉, 안착부(640)를 제외한 다른 부분의 제1 리드 몸체(650)와 바닥부(640a)를 연결하는 역할을 한다. 측면부(640b)는 바닥부(640a)에 대해 경사지도록 구비되어 바닥부(640a)에 실장된 발광 소자(100)에서 발광되는 광을 반사시키는 반사면의 역할을 할 수 있다. 안착부(640)의 바닥부(640a)에 실장된 발광 소자(100)는 제1 리드 몸체(650) 및 제2 리드 몸체(670)에 각각 금속 와이어(680)를 이용하여 연결될 수 있다.
제1 리드 연장부(610)는 제1 리드 몸체(650)로부터 연장되며, 제1 리드 단자부(615)와 연결될 수 있다. 제1 리드 연장부(610)는 그 일부가 하우징부(640)에 의해 감싸여지고, 나머지 부분은 외부로 노출된 형태로 구비될 수 있다. 제2 리드 연장부(620)는 제2 리드 몸체(670)로부터 연장되며, 제2 리드 단자부(625)와 연결될 수 있다. 제2 리드 연장부(620)는 그 일부가 하우징부(640)에 의해 감싸여지고, 나머지 부분은 외부로 노출된 형태로 구비될 수 있다. 하우징부(640)를 구성하는 상부 하우징부(690) 및 하부 하우징부(695)는 설명의 편의성을 위해 구분하여 설명하고 있으나, 하우징부(640)가 실제로 두 개의 부품을 합쳐 형성되는 것이 아니라 하나의 구성품으로 이루어질 수 있다.
상술한 바와 같이, 발광 소자를 구동시 강한 전류가 순간적으로 흐르는 정전 방전(ESD)에 의해 불량이 발생될 수 있다. 정전 방전(ESD)시 저항이 낮은 영역으로 전하가 흐르는데, 저항의 크기는 길이에 비례함에 따라 그라운드(ground)와 연결되는 전류 경로가 짧은 부분, 예를 들어, 발광 소자(100)의 제2 전극(147)의 제3 연장전극(145b)이 배치된 부분에서 저항이 낮아져 정전 방전(ESD)이 발생할 확률이 상대적으로 상승할 수 있다. 이에 따라, 본 개시의 실시예들에서는 정전 방전(ESD)이 발생할 확률이 높은 부분인 제3 연장전극(145b)를 포함하는 부분에 전류 분산층(130)을 배치하여 전류를 제2 전극(147)의 제2 연장전극(145a) 방향으로 확산시킨다. 이러한 전류 분산층(130)을 배치하여 전류를 확산시킴으로써 제3 연장전극(145b) 주변에 전류가 집중되어 발광 소자(100)가 손상되는 것을 방지할 수 있다.
100: 발광 소자 110: 제1 반도체층
115: 활성층 120: 제2 반도체층
130: 전류 분산층 147: 제1 전극
157: 제2 전극

Claims (15)

  1. 기판 상에 적층된 제1 반도체층, 활성층, 제2 반도체층;
    상기 제2 반도체층 상에 형성되어 전류를 분산시키는 전류 분산층;
    상기 제1 반도체층의 노출면 상에 형성된 제1 전극; 및
    상기 전류 분산층 상에 형성된 제2 전극을 포함하는 발광 소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전극은 상기 제1 반도체층 상의 일측에 배치되는 제1 전극패드 및 상기 제1 전극패드에 연결되어 일 방향으로 연장되는 제1 연장전극을 포함하여 형성된 발광 소자.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2 전극은 상기 제2 반도체층 상의 일측에 배치된 제2 전극패드, 상기 제2 전극패드에 연결되어 일 방향으로 연장되는 제2 연장전극 및 상기 제2 연장전극과 반대 방향으로 연장되는 제3 연장전극을 포함하여 형성된 발광 소자.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 전류 분산층은 상기 제2 반도체층 전면에 형성된 발광 소자.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 전류 분산층은 메쉬(mesh) 구조의 금속층 또는 CNT 코팅층을 포함하여 형성된 발광 소자.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 메쉬 구조의 금속층은 구리(Cu), 텅스텐(W), 은(Ag) 등을 포함하는 재료로 구성된 발광 소자.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 메쉬 구조의 금속층은 가로 방향으로 소정의 간격을 가지게 형성된 복수의 제1 금속 라인 및 세로 방향으로 소정 간격을 가지게 형성된 복수의 제2 금속 라인이 서로 교차되어 다각형의 홀(hole)을 구성하는 발광 소자.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 다각형의 홀은 정방형, 육각형, 원형등의 형상으로 형성된 발광 소자.
  9. 기판 상에 적층된 제1 반도체층, 활성층, 제2 반도체층 및 투명 전극;
    상기 제1 반도체층의 노출면 상에 형성되고 제1 전극패드 및 상기 제1 전극패드에 연결되어 일 방향으로 연장된 제1 연장전극으로 이루어진 제1 전극; 및
    상기 투명 전극 상에 형성되고 제2 전극 패드와 상기 제2 전극패드에 연결되어 일 방향으로 연장되는 제2 연장전극 및 상기 제2 연장전극과 반대 방향으로 연장되는 제3 연장전극으로 이루어진 제2 전극; 및
    상기 투명 전극 상의 제3 연장전극 주변에 형성되면서 상기 제2 연장전극 방향으로 연장된 전류 분산층을 포함하는 발광 소자.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 전류 분산층은 메쉬 구조의 금속층 또는 CNT 코팅층을 포함하는 발광 소자.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 전류 분산층은 상기 제3 연장전극의 일 측벽에 형성된 발광 소자.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 전류 분산층은 상기 제3 연장전극의 하부에 배치되면서 상기 제3 연장전극의 양 측면 방향으로 연장하게 형성된 발광 소자.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 전류 분산층은 상기 제3 연장전극을 기준으로 상기 제2 전극의 제2 연장전극 방향으로 연장된 부분의 폭이 제3 연장전극의 타 방향으로 연장된 부분의 폭보다 2~3배 넓은 폭으로 형성된 발광 소자.
  14. 제9항에 있어서,
    상기 전류 분산층은 육각형, 원형의 오픈 영역이 규칙적 또는 불규칙적으로 배열하여 형성되어 상기 전류 분산층 아래의 투명 전극 표면을 노출시키게 형성된 발광 소자.
  15. 제9항에 있어서,
    상기 전류 분산층은 상기 제3 연장전극 하부에 복수 개의 타원형의 패턴들이 상기 투명 전극의 표면을 노출시키면서 소정 간격 이격하여 배치된 발광 소자.
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WO2019078460A1 (ko) * 2017-10-16 2019-04-25 고려대학교 산학협력단 발광 다이오드 플립칩

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