KR20160015685A - 보호 소자를 포함하는 발광 다이오드 칩 및 이를 포함하는 발광 장치 - Google Patents

보호 소자를 포함하는 발광 다이오드 칩 및 이를 포함하는 발광 장치 Download PDF

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Abstract

발광 다이오드 칩 및 이를 포함하는 발광 장치가 개시된다. 상기 발광 장치는, 발광 다이오드부, 및 보호 다이오드부를 포함하는 발광 다이오드 칩; 및 발광 다이오드 칩 상에 위치하는 렌즈를 포함하고, 렌즈는, 발광 다이오드 칩으로부터 방출되는 광이 입사되는 입사면을 정의하는 하부 오목부가 형성된 하부면; 및 광이 출사되는 면을 정의하며, 상부 오목부가 형성된 상부면을 포함하고, 발광 다이오드 칩은 하부 오목부의 아래 또는 그 내부에 배치되며, 상부 오목부는 보호 다이오드부의 상부에 위치한다. 이에 따라, 지향 분포가 넓고 균일하며, 발광 특성이 우수한 발광 장치게 제공된다.

Description

보호 소자를 포함하는 발광 다이오드 칩 및 이를 포함하는 발광 장치{LIGHT EMITTING DEVICE COMPRISING PROTECTION DEVICE AND LIGHT EIMITTING APPARATUS COMPRISING THE SAME}
본 발명은 발광 다이오드 칩 및 이를 포함하는 발광 장치에 관한 것으로, 특히, 보호 소자를 포함하는 발광 다이오드 칩, 및 상기 발광 소자와 렌즈를 포함하는 발광 장치에 관한 것이다.
발광 다이오드는 전자와 정공의 재결합으로 발생되는 광을 발하는 무기 반도체 소자로서, 최근, 직접 천이형 특성을 갖는 질화물 반도체를 이용한 발광 다이오드가 개발 및 제조되고 있다.
최근 LED TV의 백라이트 유닛(Back Light Unit)은 물론이고, 조명, 자동차, 전광판, 기간 시설 등 다방면에 고휘도-고출력 발광 다이오드의 적용이 확대되고 있다. 이에 따라, 방열 특성이 우수하고, 전류 분산 효율이 우수한 플립칩형 발광 다이오드에 대한 수요가 증가하고 있다. 또한 발광 다이오드의 출력이 높아짐에 따라, 정전기에 의한 발광 다이오드의 파손을 방지하기 위한 정전기 보호 성능이 더욱 높게 요구되고 있다.
정전기 방전에 의한 발광 다이오드의 파손을 방지하기 위하여, 일반적으로 발광 다이오드 패키징 공정에서 별도의 보호 소자(예를 들어, 제너 다이오드)를 발광 다이오드와 함께 동일한 패키지 내에 배치시킨다. 예를 들어, 대한민국특허 공개공보 10-2011-0128592 등에는 발광 다이오드와 제너 다이오드를 포함하는 발광 다이오드 패키지가 개시되어 있다.
그러나, 제너 다이오드는 값이 비싸고, 제너 다이오드를 실장하는 공정들의 추가로 인해 발광 다이오드 패키징 공정수 및 제조 비용이 증가된다. 또한, 제너 다이오드가 발광 다이오드 패키지 내에서 발광 다이오드 근처에 실장되므로, 제너 다이오드에 의한 광 흡수에 기인하여 패키지의 발광 효율이 낮아지며, 이에 따라 발광 다이오드 패키지의 수율이 떨어진다. 더욱이, 제너 다이오드의 위치에 따라 발광 다이오드 패키지의 발광이 균일하지 않은 문제가 발생한다.
KR 10-2011-0128592 A
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 보호 소자를 포함하는 발광 다이오드 칩을 제공하여, 별도의 보호 소자를 생략할 수 있는 발광 다이오드 칩 및 이를 포함하는 발광 장치를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는, 보호 소자를 포함하는 발광 다이오드 칩이 구비되며, 발광 특성이 균일하고 지향각이 넓은 발광 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 발광 장치는, 발광 다이오드부, 및 상기 발광 다이오드부와 역병렬로 연결된 보호 다이오드부를 포함하는 발광 다이오드 칩; 및 상기 발광 다이오드 칩 상에 위치하는 렌즈를 포함하고, 상기 렌즈는, 발광 다이오드 칩으로부터 방출되는 광이 입사되는 입사면을 정의하는 하부 오목부가 형성된 하부면; 및 상기 광이 출사되는 면을 정의하며, 상부 오목부가 형성된 상부면을 포함하고, 상기 발광 다이오드 칩은 상기 하부 오목부의 아래 또는 그 내부에 배치되며, 상기 발광 다이오드 칩의 상기 보호 다이오드부는 상부 오목부의 아래에 위치한다.
이에 따라, 렌즈의 상부면으로 방출되는 광의 지향 분포를 균일하게 할 수 있고, 보호 다이오드부에 의해 발생하는 암부에 의해 유발될 수 있는 문제점들을 최소화할 수 있다.
상기 보호 다이오드부는 상기 발광 다이오드 칩의 중심부에 위치할 수 있고, 상기 상부 오목부는 상기 상부면의 중심부에 위치할 수 있다.
나아가, 상기 상부 오목부의 중심부 및 상기 보호 다이오드부는 상기 발광 다이오드 칩의 상면에 수직한 가상의 렌즈 중심축 선상에 위치할 수 있다.
몇몇 실시예들에 있어서, 상기 발광 다이오드부 및 상기 보호 다이오드부는 각각, 제1 도전형 반도체층; 및 상기 제1 도전형 반도체층 상에 위치하며, 제2 도전형 반도체층과 활성층을 포함하는 메사를 포함할 수 있고, 상기 메사는 상기 발광 다이오드부에 위치하는 제1 메사, 및 상기 보호 다이오드부에 위치하는 제2 메사를 포함할 수 있다.
상기 발광 다이오드부의 제1 도전형 반도체층 및 제2 도전형 반도체층은 각각 상기 보호 다이오드부의 제2 도전형 반도체층 및 제1 도전형 반도체층과 전기적으로 접속될 수 있다.
또한, 상기 발광 다이오드 칩은, 상기 제1 및 제2 메사 상에 위치하는 제2형 컨택 전극; 상기 제2형 컨택 전극, 상기 발광 다이오드부, 및 상기 보호 다이오드부를 덮되, 상기 제1 도전형 반도체층을 부분적으로 노출시키는 제1 개구부와 상기 제2형 컨택 전극을 부분적으로 노출시키는 제2 개구부를 포함하는 제1 절연층; 상기 제1 절연층을 적어도 부분적으로 덮고, 상기 제1 개구부를 통해 상기 발광 다이오드부의 제1 도전형 반도체층에 전기적으로 접속되며, 상기 제2 개구부를 통해 상기 보호 다이오드부 상의 제2형 컨택 전극에 전기적으로 접속된 제1형 패드 전극; 및 상기 제1 개구부를 통해 상기 보호 다이오드부의 제1 도전형 반도체층에 전기적으로 접속되며, 상기 제2 개구부를 통해 상기 발광 다이오드부 상의 제2형 컨택 전극에 전기적으로 접속된 제2형 패드 전극을 포함할 수 있다.
상기 보호 다이오드부는 상기 발광 다이오드 칩의 중심부에 위치하여, 상기 발광 다이오드부에 둘러싸일 수 있다.
상기 발광 다이오드부의 제1 도전형 반도체층을 노출시키는 제1 개구부는, 상기 발광 다이오드 칩의 외곽 테두리 영역을 따라 형성될 수 있다.
또한, 상기 발광 다이오드부의 제1 도전형 반도체층을 노출시키는 제1 개구부는, 상기 외곽 테두리 영역으로부터 상기 보호 다이오드부 측으로 향하는 영역에 더 형성될 수 있다.
다른 실시예들에 있어서, 상기 발광 다이오드 칩은, 상기 제1형 패드 전극, 상기 제2형 패드 전극 및 상기 제1 절연층을 적어도 부분적으로 덮고, 상기 제1형 패드 전극과 제2형 패드 전극을 각각 노출시키는 제3 개구부 및 제4 개구부를 포함하는 제2 절연층을 더 포함할 수 있다.
상기 발광 장치는, 상기 발광 다이오드 칩이 실장되며, 리드들을 포함하는 기판을 더 포함할 수 있고, 상기 제1형 패드 전극은 상기 제3 개구부를 통해 일 리드와 전기적으로 접속될 수 있고, 상기 제2형 패드 전극은 상기 제4 개구부를 통해 또 다른 리드와 전기적으로 접속될 수 있다.
상기 발광 장치는, 상기 제1형 패드 전극 및 제2형 패드 전극과 리드들을 접착하는 솔더를 더 포함할 수 있다.
다른 실시예들에 있어서, 상기 발광 다이오드 칩은, 상기 제3 개구부를 통해 제1형 패드 전극과 전기적으로 접속되는 제1 범프; 및 상기 제4 개구부를 통해 제2형 패드 전극과 전기적으로 접속되는 제2 범프를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 발광 다이오드 칩은, 상기 제2 절연층 상에 위치하는 방열 패드를 더 포함할 수 있고, 상기 방열 패드는 상기 제1 및 제2 범프 사이에 위치할 수 있다.
몇몇 실시예들에 있어서, 상기 하부 오목부는 그 입구에서 상부로 갈수록 폭이 좁아지는 형상을 가질 수 있다.
상기 하부 오목부의 수직 단면은 상단 꼭지점이 잘린 형상인 절두형 도형일 수 있다.
상기 렌즈의 상부면은 상기 오목부의 중심을 둘러싸는 내부면, 및 상기 내부면을 둘러싸는 외부면을 포함할 수 있고, 상기 내부면과 외부면이 접하는 위치의 높이는 상기 렌즈의 최고점에 대응할 수 있다.
상기 렌즈는, 상기 상부면과 하부면 사이에 위치하는 플랜지를 더 포함할 수 있다.
상기 발광 장치는, 상기 발광 다이오드 칩이 실장되는 기판; 및 상기 기판 상에 위치하고, 상기 발광 다이오드 칩의 측면을 덮는 반사 시트를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 다른 발광 다이오드 칩은, 발광 다이오드부; 및 상기 발광 다이오드부와 역병렬로 연결된 보호 다이오드부를 포함하고, 상기 보호 다이오드부는 상기 발광 다이오드 칩의 중심부에 위치한다.
상기 발광 다이오드부 및 상기 보호 다이오드부 각각은, 상기 제1 도전형 반도체층 상에 위치하며, 제2 도전형 반도체층과 활성층을 포함하는 메사를 포함할 수 있고, 상기 메사는 상기 발광 다이오드부에 위치하는 제1 메사, 및 상기 보호 다이오드부에 위치하는 제2 메사를 포함할 수 있다.
상기 발광 다이오드 칩은, 상기 제1 및 제2 메사 상에 위치하는 제2형 컨택 전극; 상기 제2형 컨택 전극, 상기 발광 다이오드부, 및 상기 보호 다이오드부를 덮되, 상기 제1 도전형 반도체층을 부분적으로 노출시키는 제1 개구부와 상기 제2형 컨택 전극을 부분적으로 노출시키는 제2 개구부를 포함하는 제1 절연층; 상기 제1 절연층을 적어도 부분적으로 덮고, 상기 제1 개구부를 통해 상기 발광 다이오드부의 제1 도전형 반도체층에 전기적으로 접속되며, 상기 제2 개구부를 통해 상기 보호 다이오드부 상의 제2형 컨택 전극에 전기적으로 접속된 제1형 패드 전극; 및 상기 제1 개구부를 통해 상기 보호 다이오드부의 제1 도전형 반도체층에 전기적으로 접속되며, 상기 제2 개구부를 통해 상기 발광 다이오드부 상의 제2형 컨택 전극에 전기적으로 접속된 제2형 패드 전극를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 보호 다이오드부는 상기 발광 다이오드부에 둘러싸일 수 있다.
상기 발광 다이오드부의 제1 도전형 반도체층을 노출시키는 제1 개구부는, 상기 발광 다이오드 칩의 외곽 테두리 영역을 따라 형성될 수 있다.
나아가, 상기 발광 다이오드부의 제1 도전형 반도체층을 노출시키는 제1 개구부는, 상기 외곽 테두리 영역으로부터 상기 보호 다이오드부 측으로 향하는 영역에 더 형성될 수 있다.
다른 실시예들에 있어서, 상기 발광 다이오드 칩은, 상기 제1형 패드 전극, 상기 제2형 패드 전극 및 상기 제1 절연층을 적어도 부분적으로 덮고, 상기 제1형 패드 전극과 제2형 패드 전극을 각각 노출시키는 제3 개구부 및 제4 개구부를 포함하는 제2 절연층을 더 포함할 수 있다.
상기 발광 다이오드 칩은, 상기 제3 개구부를 통해 제1형 패드 전극과 전기적으로 접속되는 제1 범프; 및 상기 제4 개구부를 통해 제2형 패드 전극과 전기적으로 접속되는 제2 범프를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 발광 다이오드 칩은, 상기 제2 절연층 상에 위치하는 방열 패드를 더 포함할 수 있고, 상기 방열 패드는 상기 제1 및 제2 범프 사이에 위치할 수 있다.
본 발명에 따르면, 보호 다이오드부가 하나의 칩 내에 포함된 발광 다이오드 칩이 제공될 수 있으므로, 발광 장치 내에 별도의 보호 소자를 마련할 필요가 없다. 따라서, 발광 장치의 제조 단가가 감소될 수 있고, 제조 공정 역시 단순화되어 공정 수율이 향상될 수 있다.
또한, 발광 다이오드 칩의 암부에 해당하는 보호 다이오드부(PR)의 위치가 렌즈의 상부 오목부의 중심부와 수직으로 나란하게 정렬된 발광 장치가 제공된다. 이에 따라, 렌즈의 상부면(340)으로 방출되는 광의 지향 분포를 균일하게 할 수 있고, 발광 다이오드 칩에서 보호 다이오드부에 의해 형성되는 암부로 인하여 발생할 수 있는 발광 균일성의 저하를 최소화할 수 있으며, 발광 장치의 발광 시 렌즈의 중심부 상부에 광이 집중되는 것을 더욱 효과적으로 방지할 수 있다.
도 1 내지 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드 칩 및 그 제조 방법을 설명하기 위한 평면도들 및 단면도들이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 다이오드 칩 및 그 제조 방법을 설명하기 위한 평면도 및 단면도이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 다이오드 칩 및 그 제조 방법을 설명하기 위한 평면도 및 단면도이다.
도 9 내지 도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 장치를 설명하기 위한 단면도, 사시도 및 확대 단면도이다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 실시예들은 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고 도면들에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다. 또한, 하나의 구성요소가 다른 구성요소의 "상부에" 또는 "상에" 있다고 기재된 경우 각 부분이 다른 부분의 "바로 상부" 또는 "바로 상에" 있는 경우뿐만 아니라 각 구성요소와 다른 구성요소 사이에 또 다른 구성요소가 있는 경우도 포함한다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 1 내지 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드 칩 및 그 제조 방법을 설명하기 위한 평면도들 및 단면도들이다. 구체적으로, 도 6의 발광 다이오드 칩은 도 1 내지 도 6을 참조하여 설명하는 제조 방법에 따라 제조될 수 있다. 각각의 도면들에서, (a)는 평면도를 도시하고, (b)는 상기 평면도에서 A-A선에 대응하는 부분의 단면을 도시한다.
도 1을 참조하면, 성장 기판(110) 상에 제1 도전형 반도체층(121), 활성층(123), 제2 도전형 반도체층(125)을 포함하는 발광 구조체(120)를 형성한다.
성장 기판(110)은 발광 구조체(120)를 성장시킬 수 있는 기판이면 한정되지 않으며, 예를 들어, 사파이어 기판, 실리콘 카바이드 기판, 실리콘 기판, 질화갈륨 기판, 질화알루미늄 기판 등일 수 있다. 본 실시예에 있어서, 성장 기판(110)은 패턴 된 사파이어 기판(Patterned Sapphire Substrate; PSS)일 수 있다.
발광 구조체(120)는 제1 도전형 반도체층(121), 활성층(123), 및 제2 도전형 반도체층(125)은 순차적으로 성장시킴으로써 형성될 수 있다. 발광 구조체(120)는 질화물 반도체를 포함할 수 있으며, MOCVD, HVPE, MBE 등 통상의 기술자에게 공지된 질화물 반도체층 성장 방법을 이용하여 형성할 수 있다. 또한, 제1 도전형 반도체층(121)을 성장시키기 전에, 성장 기판(110) 상에 버퍼층(미도시)을 더 형성할 수 있다.
제1 도전형 반도체층(121)과 제2 도전형 반도체층(125)은 서로 반대의 도전형을 가질 수 있다. 예를 들어, 제1 도전형 반도체층(121)은 Si와 같은 불순물을 포함하여 n형으로 도핑될 수 있고, 이와 유사하게, 제2 도전형 반도체층(125)은 Mg와 같은 불순물을 포함하여 p형으로 도핑될 수 있다.
이어서, 도 2를 참조하면, 발광 구조체(120)를 패터닝하여 활성층(123) 및 제2 도전형 반도체층(125)을 포함하는 메사들(M1, M2)을 형성함과 아울러, 메사들(M1, M2) 상에 제2형 컨택 전극(130)을 형성한다. 발광 구조체(120)를 패터닝하는 것과, 제2형 컨택 전극(130)을 형성하는 것의 순서는 무관하다.
발광 구조체(120)를 패터닝하는 것은, 예를 들어, 사진 및 식각 공정을 이용하여 발광 구조체(120)를 부분적으로 제거하는 것을 포함할 수 있다. 발광 구조체(120)를 패터닝함으로써 메사들(M1, M2)이 형성될 수 있으며, 메사들(M1, M2)의 측면은 포토레지스트 리플로우와 같은 기술을 사용함으로써 경사지게 형성될 수 있다. 메사들(M1, M2) 측면의 경사진 프로파일은 활성층(123)에서 방출된 광의 추출 효율을 향상시킨다.
메사들(M1, M2)은 제1 메사(M1)와 제2 메사(M2)를 포함할 수 있으며, 메사들(M1, M2)을 형성하기 위하여 발광 구조체(120)가 부분적으로 제거된 부분에는 제1 도전형 반도체층(121)가 부분적으로 노출된 영역(120a)이 형성될 수 있다.
제1 메사(M1)와 제2 메사(M2)는 서로 이격될 수 있고, 제2 메사(M2)는 제1 메사(M1)에 둘러싸인 형태로 형성될 수 있다. 이에 따라, 제2 메사(M2)는 발광 다이오드 칩의 중심부에 위치할 수 있다. 제1 메사(M1)는 도시된 바와 같이 일체로 된 단일 메사일 수 있다. 제1 메사(M1) 주변에는 제1 도전형 반도체층(121)이 노출된 영역(120a)이 형성될 수 있고, 상기 노출된 영역(120a)의 형태에 따라 제1 메사(M1)의 형태가 결정될 수 있다. 예를 들어, 도시된 바와 같이, 제1 도전형 반도체층(121)이 노출된 영역(120a)은 발광 다이오드 칩의 테두리 부분을 따라 형성될 수 있고, 나아가, 상기 테두리 부분으로부터 제2 메사(M2) 측으로 향하는 부분에도 더 형성될 수도 있다.
다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 제1 메사(M1)는 복수의 메사들을 포함할 수도 있고, 제1 도전형 반도체층(121)이 노출된 영역(120a) 역시 다양하게 변형될 수 있다. 또한, 후술하는 바와 같이, 제1 메사(M1)는 발광 다이오드부(LR)의 발광 영역에 대응할 수 있고, 제2 메사(M2)는 보호 다이오드부(PR) 영역에 대응할 수 있다. 따라서, 제1 메사(M1)는 정의하고자 하는 발광 영역에 따라 다양하게 변형될 수 있다.
제2형 컨택 전극(130)은 메사들(M1, M2) 상에 형성되고, 제2 도전형 반도체층(125)의 상면을 적어도 부분적으로 덮어 제2 도전형 반도체층(125)과 오믹 컨택될 수 있다. 특히, 제2형 컨택 전극(130)은 제2 도전형 반도체층(125)의 상면의 대부분을 덮을 수 있고, 이에 따라 제2 도전형 반도체층(125)에서의 전류 분산 효율이 향상될 수 있다.
제2형 컨택 전극(130)은 제2 도전형 반도체층(125)과 오믹 컨택될 수 있다. 따라서, 제2형 컨택 전극(130)은 제2 도전형의 질화물 반도체층과 오믹 컨택할 수 있는 물질을 포함할 수 있고, 제2 도전형이 p형인 경우, p형 질화물 반도체층과 오믹 컨택할 수 있는 도전성 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제2형 컨택 전극(130)은 금속 또는 도전성 산화물 등을 포함할 수 있다.
구체적으로, 제2형 컨택 전극(130)은 광 반사성의 금속을 포함할 수 있고, 이 경우, 제2형 컨택 전극(130)은 반사층(미도시) 및 상기 반사층을 덮는 커버층을 포함할 수 있다.
상기 반사층은 높은 반사도를 가지면서 제2 도전형 반도체층(125)과 오믹 접촉을 형성할 수 있는 금속을 포함할 수 있고, 예를 들어, 상기 반사층은 Ni, Pt, Pd, Rh, W, Ti, Al, Ag 및 Au 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 커버층은 상기 반사층과 다른 물질 간의 상호 확산을 방지할 수 있고, 외부의 다른 물질이 상기 반사층에 확산하여 상기 반사층이 손상되는 것을 방지할 수 있다. 상기 커버층은, 예를 들어, Au, Ni, Ti, Cr 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 반사층 및 커버층은 도금 또는 증착 등의 방법을 이용하여 형성할 수 있으며, 패터닝 또는 리프트 오프 등의 방법을 이용하여 원하는 위치에 형성시킬 수 있다. 나아가, 반사층 및 커버층은 단일층 또는 다중층으로 형성될 수도 있다.
이와 달리, 제2형 컨택 전극(130)은 투명 도전성 물질을 포함할 수도 있다. 상기 투명 도전성 물질은 제2 도전형 반도체층(125)과 오믹 컨택을 형성할 수 있고, 예를 들어, ITO, ZnO, IZO 및 Ni/Au 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 제2형 컨택 전극(130)이 투명 도전성 물질을 포함하는 경우, 후술하는 제2 절연층(160)을 반사 특성을 갖도록 형성함으로써, 반사 기능을 대신할 수 있다.
도 3을 참조하면, 발광 구조체(120)를 영역별로 분리하는 분리(isolation) 공정을 수행할 수 있다. 분리 공정은 노출된 영역(120a) 아래의 제1 도전형 반도체층(121)을 부분적으로 제거하여, 분리 영역(120b, 120c)을 형성하는 것을 포함할 수 있다.
분리 공정은 사진 및 식각 공정을 이용하여 수행될 수 있다. 분리 공정을 통해 메사들(M1, M2) 주변의 제1 도전형 반도체층(121)이 부분적으로 제거되어 분리 영역(120b, 120c)이 형성됨에 따라, 제1 메사(M1)를 포함하는 반도체 구조체(120)와 제2 메사(M1)를 포함하는 반도체 구조체(120)로 분리된다. 특히, 분리 영역 120b에 의해 발광 구조체(120)는 적어도 두 개의 부분으로 분할될 수 있고, 제1 메사(M1)를 포함하는 반도체 구조체(120)는 발광 다이오드부(LR)로 정의되고, 제2 메사(M2)를 포함하는 반도체 구조체(120)는 보호 다이오드부(PR)로 정의된다. 또한, 발광 다이오드부(LR)와 보호 다이오드부(PR)는 서로 이격된다.
보호 다이오드부(PR)는 성장 기판(110)에 대하여 중심부에 위치할 수 있고, 이 경우, 발광 다이오드부(LR)는 보호 다이오드부(PR)를 둘러싸는 형태로 배치될 수 있다.
한편, 발광 다이오드부(LR)와 보호 다이오드부(PR) 각각은 제1 메사(M1) 및 제2 메사(M2)가 형성되지 않아 제1 도전형 반도체층(121)이 노출된 영역을 포함할 수 있다. 특히, 발광 다이오드부(LR)에 있어서, 제1 도전형 반도체층(121)이 노출된 영역은 제1 메사(M1)를 둘러싸도록 배치될 수 있다.
이어서, 도 4를 참조하면, 발광 다이오드부(LR), 보호 다이오드부(PR) 및 제2형 컨택 전극(130)을 적어도 부분적으로 덮되, 제1 개구부(140a, 140c)와 제2 개구부(140b, 140d)를 포함하는 제1 절연층(140)을 형성할 수 있다.
제1 절연층(140)은 개구부들(140a 내지 140d)이 위치하는 영역을 제외한 다른 부분들 상에 전체적으로 형성될 수 있다. 이때, 제1 및 제3 개구부(140a, 140c)는 제1 도전형 반도체층(121)의 상면을 부분적으로 노출시키고, 제2 및 제4 개구부(140b, 140d)는 제2형 컨택 전극(130)의 상면을 부분적으로 노출시킬 수 있다.
구체적으로, 제1 개구부(140a)는 발광 다이오드부(LR)의 제1 도전형 반도체층(121)을 노출시킬 수 있고, 제1 개구부(140a)는 발광 다이오드 칩의 외곽 테두리를 따라 형성되어 제1 메사(M1)를 둘러싸는 형태로 형성될 수 있다. 나아가, 제1 개구부(140a)는 발광 다이오드 칩의 외곽 테두리 부분에서 보호 다이오드부(PR) 측으로 향하는 부분에도 형성될 수 있다. 한편, 제3 개구부(140c)는 보호 다이오드부(PR)의 제1 도전형 반도체층(121)을 적어도 부분적으로 노출시킬 수 있다.
제2 개구부(140b)는 발광 다이오드부(LR)의 제2형 컨택 전극(130)을 노출시킬 수 있고, 이때 제2 개구부(140b)는, 도시된 바와 같이, 발광 다이오드 칩의 일 측면에 치우쳐 배치될 수 있다. 한편, 제4 개구부(140d)는 보호 다이오드부(PR)의 제2형 컨택 전극(130)을 적어도 부분적으로 노출시킬 수 있다. 이때, 제3 개구부(140c)는 제2 개구부(140b)와 제4 개구부(140d)의 사이에 위치할 수 있다.
제1 절연층(140)은 절연성의 물질을 포함할 수 있으며, 예를 들어, SiO2 또는 SiNx을 포함할 수 있다. 나아가, 제1 절연층(140)은 다중층을 포함할 수 있고, 굴절률이 다른 물질이 교대로 적층된 분포 브래그 반사기를 포함할 수도 있다. 특히, 제2형 컨택 전극(130)이 투명 도전성 물질을 포함하는 경우, 제1 절연층(140)은 반사물질 또는 분포 브래그 반사기를 포함할 수 있다. 이에 따라, 제1 절연층(140)이 광을 반사시키는 역할을 하여, 발광 다이오드의 발광 효율을 향상시킬 수 있다. 제1 절연층(140)은 형성 물질에 따라 다양한 방법을 통해 형성될 수 있고, 예를 들어, 증착 공정 등을 이용하여 제1 절연층(140)을 형성할 수 있다.
다음, 도 5를 참조하면, 제1 절연층(140) 상에 제1 절연층(140)을 덮는 제1형 패드 전극(150) 및 제2형 패드 전극(155)을 형성한다. 이때, 제1형 패드 전극(150)과 제2형 패드 전극(155)은 서로 이격되며, 이들 사이에는 이격 영역(150a)이 형성될 수 있다.
제1형 패드 전극(150)은 제1 절연층(140)을 전반적으로 덮도록 형성될 수 있고, 또한, 제1 개구부(140a)와 제4 개구부(140d)를 채울 수 있다. 제1형 패드 전극(150)은 제2형 컨택 전극(130) 및 보호 다이오드부(PR)의 제1 도전형 반도체층(121)과 절연될 수 있고, 이에 따라, 제2 개구부(140b) 및 제3 개구부(140c)의 위치에는 형성되지 않는다.
이에 따라, 제1형 패드 전극(150)은 제1 개구부(140a)를 통해 발광 다이오드부(LR)의 제1 도전형 반도체층(121)과 전기적으로 접속될 수 있고, 특히, 제1 도전형 반도체층(121)과 오믹 컨택될 수 있다. 또한, 제1형 패드 전극(150)은 제4 개구부(140d)를 통해 보호 다이오드부(PR)의 제2형 컨택 전극(130)과 전기적으로 접속될 수 있다. 따라서, 발광 다이오드부(LR)의 제1 도전형 반도체층(121)과 보호 다이오드부(PR)의 제2 도전형 반도체층(125)은 제1형 패드 전극(150)을 통해 전기적으로 접속된다.
제2형 패드 전극(155)은 제1형 패드 전극(150)과 이격되며, 제1형 패드 전극(150)이 형성되지 않은 영역 상에 형성될 수 있다. 즉, 제2형 패드 전극(155)은 제1형 패드 전극(150)이 형성되지 않은 제2 및 제3 개구부(140b, 140c)가 위치하는 영역에 형성되어, 제2 및 제3 개구부(140b, 140c)를 채울 수 있다.
이에 따라, 제2형 패드 전극(155)은 제2 개구부(140b)를 통해 발광 다이오드부(LR)의 제2형 컨택 전극(130)과 전기적으로 접속될 수 있고, 제3 개구부(140c)를 통해 보호 다이오드부(PR)의 제1 도전형 반도체층(121)과 전기적으로 접속되며, 특히, 상기 제1 도전형 반도체층(121)과 오믹 컨택될 수 있다. 따라서, 발광 다이오드부(LR)의 제2형 컨택 전극(130)과 보호 다이오드부(PR)의 제1 도전형 반도체층(121)은 제2형 패드 전극(155)을 통해 전기적으로 접속된다.
상술한 바와 같이, 발광 다이오드부(LR)의 제1 및 제2 도전형 반도체층(121, 125)은 각각 보호 다이오드부(PR)의 제2 및 제1 도전형 반도체층(125, 121)에 전기적으로 연결된다. 따라서 발광 다이오드부(LR)와 보호 다이오드부(PR)는 서로 역병렬로 연결된다. 따라서, 본 실시예에 따른 발광 다이오드 칩 동작 시, 보호 다이오드부(PR)는 발광 다이오드부(LR)에 역병렬로 연결된 제너 다이오드와 유사한 기능을 할 수 있어, 정전기 방전 등에 의한 발광 다이오드부(LR)의 손상 또는 파손을 방지할 수 있다.
한편, 제1형 패드 전극(150)과 제2형 패드 전극(155)은 질화물 반도체에 대한 오믹 컨택을 형성할 수 있는 금속 물질을 포함할 수 있고, 나아가, 고반사성 특성을 가질 수 있다. 예를 들어, 제1형 패드 전극(150)과 제2형 패드 전극(155)은 Ni, Pt, Pd, Rh, W, Ti, Al, Cr, Ag 및 Au 중 적어도 하나를 포함하는 단일층 또는 다중층으로 형성될 수 있다.
금속 물질을 포함하는 제1형 패드 전극(150)과 제2형 패드 전극(155)은 도금, 증착 등의 방법을 통해 제1 절연층(140) 상에 형성될 수 있다. 또한, 제1형 패드 전극(150)과 제2형 패드 전극(155)은 동시에 형성될 수도 있고, 이 경우 서로 동일한 물질을 포함할 수 있다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
이어서, 도 6을 참조하면, 제1형 패드 전극(150)과 제2형 패드 전극(155)을 적어도 부분적으로 덮는 제2 절연층(160)을 형성할 수 있다. 이에 따라, 도 6에 도시된 바와 같은 플립칩형의 발광 다이오드 칩(100a)이 제공된다.
제2 절연층(160)은 절연성의 물질을 포함할 수 있으며, 예를 들어, SiO2 또는 SiNx을 포함할 수 있다. 나아가, 제2 절연층(160)은 다중층을 포함할 수 있고, 굴절률이 다른 물질이 교대로 적층된 분포 브래그 반사기를 포함할 수도 있다. 한편, 제2 절연층(160)은 제1 절연층(140)과 서로 다른 물질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 제1 절연층(140)은 SiO2를 포함할 수 있고, 제2 절연층(160)은 SiNx를 포함할 수 있다. 또한, 제1 절연층(140)의 두께는 제2 절연층(160)의 두께보다 더 두꺼울 수 있다. 제1 절연층(140)이 상대적으로 더 두껍게 형성됨으로써, 발광 구조체(120)가 전기적으로 더욱 효과적으로 보호될 수 있고, 외부의 습기에 의한 발광 구조체(120)의 데미지를 더욱 효과적으로 방지할 수 있다.
제2 절연층(160)은 형성 물질에 따라 다양한 방법을 통해 형성될 수 있고, 예를 들어, 증착 공정 등을 이용하여 제2 절연층(160)을 형성할 수 있다. 나아가, 제5 개구부(160a) 및 제6 개구부(160b)는 제2 절연층(160)을 부분적으로 식각하여 형성할 수 있고, 이와 달리, 제2 절연층(160)의 증착 후 리프트 오프 공정을 이용하여 형성할 수도 있다.
제2 절연층(160)은 제1형 패드 전극(150)를 부분적으로 노출시키는 제5 개구부(160a) 및 제2형 패드 전극(155)을 부분적으로 노출시키는 제6 개구부(160b)를 포함할 수 있다. 제5 개구부(160a) 및 제6 개구부(160b) 각각을 통해 제1형 패드 전극(150)과 제2형 패드 전극(155)가 노출된 부분은, 발광 다이오드 칩(100a) 작동 시 외부 전원과 전기적으로 연결할 수 있는 영역을 제공한다. 즉, 본 실시예에 따른 발광 다이오드 칩(100a)은 범프를 포함하지 않음으로써, 슬림한 형태의 발광 다이오드 칩(100a)이 요구되는 응용 분야에 적용될 수 있다.
제1형 패드 전극(150)과 제2형 패드 전극(155)을 통해 외부 전원이 발광 다이오드 칩(100a)에 공급되면, 발광 다이오드부(LR)의 활성층(123) 영역에서 전자와 정공의 결합을 통한 광이 방출된다. 한편, 보호 다이오드부(PR)는 발광 다이오드부(LR)와 역병렬로 연결되므로, 발광 다이오드 칩(100a)에 전원이 인가되더라도 발광 작용이 일어나지 않는다. 따라서 본 실시예에 따른 발광 다이오드 칩(100a) 동작 시, 보호 다이오드부(PR) 영역에서는 발광이 발생하지 않아 보호 다이오드부(PR)가 위치하는 영역에서 암부가 형성된다.
한편, 성장 기판(110)은 제1 도전형 반도체층(121)으로부터 제거될 수도 있다. 성장 기판(110)은 이 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자(이하, '통상의 기술자')에게 공지된 기술을 이용하여 발광 구조체(120)로부터 분리되어 제거될 수 있다. 기판(110)은 물리적 및/또는 화학적 방법을 통해 발광 구조체로부터 분리되거나 제거될 수 있고, 예를 들어, 레이저 리프트 오프, 화학적 리프트 오프, 스트레스 리프트 오프, 또는 연마 등의 방법으로 분리되거나 제거될 수 있다.
이하, 본 실시예에 따른 발광 다이오드 칩(100a)에 대해 설명한다. 다만, 상술한 실시예에서 기 설명된 구성에 대해서는 상세한 설명을 생략한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드 칩(100a)은 발광 다이오드부(LR) 및 발광 다이오드부(LR)에 역병렬로 연결된 보호 다이오드부(PR)를 포함한다. 이때, 보호 다이오드부(PR)는 발광 다이오드 칩(100a)의 중심부에 위치할 있고, 보호 다이오드부(PR)는 발광 다이오드부(LR)에 둘러싸인 형태로 배치될 수 있다.
발광 다이오드부(LR) 및 보호 다이오드부(PR) 각각은 제1 도전형 반도체층(121), 및 제1 도전형 반도체층(121) 상에 위치하며 활성층(123) 및 활성층(123) 상에 위치하는 제2 도전형 반도체층(125)을 포함하는 메사(M1, M2)를 포함할 수 있다. 메사(M1, M2)는 발광 다이오드부(LR)에 위치하는 제1 메사(M1) 및 보호 다이오드부(PR)에 위치하는 제2 메사(M2)를 포함할 수 있다.
나아가, 발광 다이오드 칩(100a)은 메사들(M1, M2) 상에 위치하는 제2형 컨택 전극(130), 제2형 컨택 전극(130)과 메사들(M1, M2)을 덮되 제1 도전형 반도체층(121) 및 제2형 컨택 전극(130)을 부분적으로 노출시키는 개구부들을 포함하는 제1 절연층(140), 제1형 패드 전극(150), 및 제2형 패드 전극(155)을 포함할 수 있다. 이때, 발광 다이오드부(LR)의 제1 도전형 반도체층(121)과 보호 다이오드부(PR)의 제2형 컨택 전극(130)은 제1형 패드 전극(150)에 의해 전기적으로 접속될 수 있으며, 보호 다이오드부(PR)의 제1 도전형 반도체층(121)과 발광 다이오드부(LR)의 제1 도전형 반도체층(121)은 제2형 패드 전극(155)에 의해 전기적으로 접속될 수 있다. 이에 따라, 발광 다이오드부(LR)와 보호 다이오드부(PR)는 서로 역병렬로 연결될 수 있다.
또한, 발광 다이오드 칩(100a)은 제1형 패드 전극(150)과 제2형 패드 전극(155)을 부분적으로 덮되, 제1형 패드 전극(150)과 제2형 패드 전극(155) 각각을 부분적으로 노출시키는 개구부들을 포함하는 제2 절연층(160)을 더 포함할 수 있다.
이와 같이, 본 실시예에 따르면, 보호 다이오드부(PR)와 발광 다이오드부(LR)를 하나의 칩 내에 포함할 수 있는 플립칩형 발광 다이오드 칩(100a)이 제공될 수 있다. 이러한 발광 다이오드 칩(100a)을 이용하면, 별도의 보호 소자가 없이도 정전기 방전에 의한 발광 다이오드의 파손을 방지할 수 있다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 다이오드 칩 및 그 제조 방법을 설명하기 위한 평면도 및 단면도이다.
도 7의 실시예에 따른 발광 다이오드 칩(100b)은 도 6의 발광 다이오드 칩(100a)과 대체로 유사하나, 제1 범프(171) 및 제2 범프(173)를 더 포함하는 점에서 차이가 있다. 이하, 차이점을 위주로 설명하며, 동일한 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 7을 참조하면, 발광 다이오드 칩(100b)은 도 6의 발광 다이오드 칩(100a)의 구성에 더하여, 제1 범프(171) 및 제2 범프(173)를 더 형성함으로써 제공될 수 있다.
제1 범프(171)와 제2 범프(173)는 제2 절연층(160) 상에 형성될 수 있다. 제1 범프(171)는 제5 개구부(160a)를 채워 제1형 패드 전극(150)과 전기적으로 연결될 수 있고, 제2 범프(173)는 제6 개구부(160b)를 채워 제2형 패드 전극(155)과 전기적으로 연결될 수 있다. 따라서 제1 및 제2 범프(171, 173)는 발광 다이오드에 외부로부터 전원을 공급하는 전극 역할을 할 수 있다. 또한, 제1 범프(171)와 제2 범프(173)는 전기적으로 절연되며, 공간적으로 서로 이격될 수 있다.
제1 범프(171)와 제2 범프(173)는, 예를 들어, Ti, Cr, Ni 등의 접착층과 Al, Cu, Ag 또는 Au 등의 고전도 금속층을 포함할 수 있고, 상기 금속들을 증착, 도금 등의 방법으로 제2 절연층(160) 상에 제1 범프(171) 및 제2 범프(173)를 형성할 수 있다. 또한, 제1 범프(171)와 제2 범프(173)는 동일한 공정을 통해 동시에 형성될 수도 있다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 다이오드 칩 및 그 제조 방법을 설명하기 위한 평면도 및 단면도이다.
도 8의 실시예에 따른 발광 다이오드 칩(100c)은 도 7의 발광 다이오드 칩(100b)과 대체로 유사하나, 방열 패드(180)를 더 포함하는 점에서 차이가 있다. 이하, 차이점을 위주로 설명하며, 동일한 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 8을 참조하면, 발광 다이오드 칩(100c)은 도 7의 발광 다이오드 칩(100b)의 구성에 더하여, 방열 패드(180)를 더 형성함으로써 제공될 수 있다.
방열 패드(180)는 제2 절연층(160) 상에 형성될 수 있으며, 발광 구조체(120)와 전기적으로 절연될 수 있다. 또한, 방열 패드(180)는 제1 및 제2 범프(171, 173) 사이에 위치할 수 있으며, 상기 범프들(171, 173)과 전기적으로 절연될 수 있다. 방열 패드(180)는 열 전도성이 높은 물질, 예를 들어, Cu와 같은 금속을 이용하여 도금 또는 증착 등의 방법을 이용하여 형성될 수 있다.
본 실시예의 발광 다이오드 칩(100c)은 방열 패드(180)를 더 포함함으로써 발광 시 발생하는 열을 효과적으로 방출시킬 수 있으며, 특히, 고출력, 대면적의 플립칩형 발광 다이오드 칩(100c)의 수명 및 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
도 9 내지 도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 장치를 설명하기 위한 단면도, 사시도 및 확대 단면도이다. 구체적으로, 도 9 및 도 10은 상기 발광 장치를 개략적으로 도시하는 단면도 및 사시도이며, 도 10은 도 9의 일부분(B)을 확대 도시하는 확대도이다.
본 실시예에 따른 발광 장치는, 발광 다이오드 칩(100) 및 렌즈(300)를 포함한다. 나아가, 상기 발광 장치는, 발광 다이오드 칩(100)을 지지하는 베이스(200)를 더 포함할 수 있다.
발광 다이오드 칩(100)은 발광 다이오드부와 상기 발광 다이오드부와 역병렬로 연결된 보호 다이오드부를 포함하는 플립칩형 발광 다이오드 칩일 수 있다. 특히, 발광 다이오드 칩(100)은 하나의 칩 내에 발광 다이오드부와 보호 다이오드부가 모두 형성된 발광 소자일 수 있다. 또한, 발광 다이오드 칩(100)은 플립칩 형태를 가지므로, 발광 다이오드 칩(100)을 기판(210)과 전기적으로 연결하기 위한 와이어는 생략될 수 있다.
발광 다이오드 칩(100)은 도 6, 도 7 또는 도 8의 실시예에 따른 발광 다이오드 칩들(100a, 100b, 100c)을 포함할 수 있다. 본 실시예에 있어서, 도 11에 도시된 바와 같이, 발광 다이오드 칩(100)은 도 6의 발광 다이오드 칩(100a)인 경우로 설명한다. 따라서, 발광 다이오드 칩(100a) 내에서 보호 다이오드부(PR)는 그 중심부에 위치할 수 있다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적인 사상 범위를 벗어나지 않는 범위의 다른 형태의 발광 다이오드 칩도 본 발명에 포함된다.
베이스(200)는 기판(210)을 포함할 수 있고, 또한, 기판(210) 상에 위치하는 반사시트(220)를 더 포함할 수 있다.
기판(210)은 도전성 또는 절연성 기판일 수 있고, 예를 들어, 폴리머 기판, 세라믹 기판, 금속 기판, 또는 인쇄회로기판일 수 있다. 또한, 플립칩형 발광 다이오드 칩(100)은 기판(210) 상에 실장되므로, 기판(210)은 칩 실장 부재의 기능을 할 수 있다. 나아가, 기판(210)은 렌즈(300)가 안착될 수 있는 지지 부재 역할을 할 수 있다.
기판(210)은 플립칩형 발광 다이오드(100)과 전기적으로 연결될 수 있는 리드들(미도시)을 포함할 수 있다. 기판(210)이 인쇄회로기판인 경우, 인쇄회로들은 상기 리드들에 대응할 수 있다.
예를 들어, 도 11에 도시된 바와 같이, 발광 다이오드 칩(100a)은 기판(210) 상에 실장될 수 있고, 제1형 패드 전극(150)과 제2형 패드 전극(155)은 솔더와 같은 도전성 접착 물질(411, 413)에 의해 기판(210)에 배치 및 접착될 수 있다. 이때, 기판(210)과 발광 다이오드 칩(100a)은 도전성 접착 물질(411, 413)에 의해 서로 전기적으로 연결된다. 기판(210)이 리드들을 포함하는 경우, 도전성 접착 물질(411, 413)은 상기 리드들에 접촉되어, 기판(210)과 발광 다이오드 칩(100a)을 전기적으로 연결할 수 있다.
반사시트(220)는 렌즈(300)와 기판(210) 사이에 위치할 수 있으며, 발광 다이오드 칩(100)의 측면에 인접하여 위치할 수 있고, 나아가, 발광 다이오드 칩(100)의 측면과 접할 수 있다. 반사시트(220)는 가시광 영역의 넓은 파장 범위의 광을 반사시킬 수 있도록 반사율이 높은 백색 반사물질이 코팅될 수 있다. 이에 따라, 반사시트(220)는 광을 렌즈(300) 내부로 반사시킬 수 있다.
렌즈(300)는 하부면(330) 및 상부면(340)을 포함하고, 또한 플랜지(350)를 더 포함할 수 있다.
렌즈(300)의 하부면(330)에는 하부 오목부(320)가 형성될 수 있으며, 발광 다이오드 칩(100)은 상기 하부 오목부(320) 아래에 배치될 수 있다. 이와 달리, 발광 다이오드 칩(100)은 하부 오목부(320) 내에 배치될 수도 있다.
하부 오목부(320)의 내면은 발광 다이오드 칩(100)으로부터 방출되는 광이 렌즈(300)로 입사되는 입사면(330)으로 정의된다. 입사면(330)은 측면(331)을 포함하며, 나아가, 측면(331) 상부에 위치하는 상단면(333)을 더 포함할 수 있다. 하부 오목부(320)은 하부의 입구로부터 위로 향하는 방향에 따라 폭이 좁아는 형상을 가질 수 있고, 따라서 입사면(330)의 측면(331)은 경사를 가질 수 있다. 이때, 측면(331)은 그 접선의 기울기가 감소하는 형상을 가질 수 있으나, 이와 달리 그 접선의 기울기가 일정하거나 증가하는 형상을 가질 수도 있다.
입사면(330)의 상단면(333)은 평평한 형상을 가질 수 있고, 이에 따라, 하부 오목부(320)의 수직방향 단면은 꼭지점이 잘린 절두형 도형과 유사한 형태를 가질 수 있다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 입사면(330)의 상단면(333)은 볼록한 형상을 가질 수도 있다.
렌즈(300)의 상부면(340)은 렌즈(300)의 내부로 입사되어 방출되는 광이 넓은 지향각을 갖고, 균일한 지향 분포를 갖도록 할 수 있는 형상을 갖는다. 도시된 바와 같이, 렌즈(300)의 상부면(340)은 상부 오목부(342)를 포함할 수 있고, 상기 상부 오목부(342)는 렌즈(300)의 중심 영역에 위치할 수 있으며, 상부 오목부(342)의 중앙에는 상부 오목부의 중심부(345)가 형성될 수 있다. 나아가, 렌즈(300)의 상부면(340)은 상부 오목부의 중심부(345)를 둘러싸는 내부면(341) 및 내부면(341)을 둘러싸는 외부면(343)을 더 포함할 수 있다.
내부면(341)과 외부면(343)은 각각 볼록면 형상을 가질 수 있다. 내부면(341)의 접선의 기울기는 외부면(343)의 접선의 기울기와 서로 반대될 수 있다. 구체적으로 설명하면, 예컨대, 렌즈(300)의 하면이 x축, 가상의 중심축(V)이 y축으로 정의된 임의의 공간에서, 내부면(341)의 기울기는 양의 값을 가질 수 있고, 외부면(343)의 기울기는 음의 값을 가질 수 있다. 따라서, 내부면(341)과 외부면(343)이 접하는 위치의 높이는 렌즈(300)의 최고(最高)점에 대응할 수 있다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 지향각 등을 고려하여 상부면(340)의 형상은 다양하게 변형될 수도 있다.
상부면(340)의 상부 오목부(342) 및 내부면(341)에 의해, 렌즈(300)의 중심 영역 근처로 진행하는 광을 바깥쪽으로 분산시키고, 외부면(343)은 렌즈(300)의 중심축(V)의 바깥쪽으로 출사되는 광량을 증가시킨다. 또한, 일반적으로 발광 다이오드에서 방출된 광은 발광 다이오드에 수직한 상부 방향으로 향하는 광량이 가장 많다. 본 실시예에 따른 렌즈(300)는 중심부에 상부 오목부(342)가 형성되어, 발광 다이오드에 수직 상부 방향으로 향하는 광을 측면으로 산란 또는 반사시킴으로써, 발광 장치의 중심 영역에 광이 밀집되는 현상을 완화시킬 수 있다. 종합적으로, 렌즈(300)로 입사되어 방출되는 광은 넓은 지향각을 가질 수 있으며, 또한, 지향각에 따른 지향 분포가 균일할 수 있다.
한편, 렌즈(300)의 상부 오목부(342)는 발광 다이오드 칩(100)의 상부, 특히, 보호 다이오드부의 상부에 위치할 수 있다. 보호 다이오드부가 발광 다이오드 칩(100)의 중심부에 위치하는 경우, 상부 오목부(342)는 렌즈(300)의 상부면(340)의 중심부에 위치할 수 있다. 나아가, 상부 오목부의 중심부(345)와 보호 다이오드부는 모두 가상의 중심축(V) 선상에 위치할 수 있다.
이와 관련하여, 도 11을 참조하여 구체적으로 설명하면, 발광 다이오드 칩(100a)의 보호 다이오드부(PR)는 발광 다이오드(100a)의 중심부에 위치한다. 이에 대응하여, 상부 오목부(342)는 렌즈(300)의 중심부에 위치한다. 따라서, 보호 다이오드부(PR)와 상부 오목부(342)의 중심부(345)는 발광 다이오드 칩(100a)의 상면에 수직한 가상의 렌즈 중심축(V)선 상에 정렬될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 실시예에 따른 렌즈(300)를 적용하면, 발광 다이오드 칩(100a)의 수직 상부 방향으로 향하는 광을 측면으로 산란 또는 반사시켜 이 부분에 광이 집중되는 것을 방지한다. 즉, 발광 다이오드 칩의 중심부에서 방출되는 광은 렌즈(300)에 의해 수직 상부 방향이 아닌 다른 방향으로 방출되도록 유도되므로, 발광 다이오드 칩의 중심부에서 방출되는 광량의 정도에 의해 발광 장치의 발광 균일성이 저하되지 않아, 광의 지향 분포를 넓고 균일하게 할 수 있다. 또한, 발광 장치의 발광 시 렌즈(300)의 중심부 상부에 광이 집중되는 것을 더욱 효과적으로 방지할 수 있다.
따라서, 발광 다이오드 칩(100a)에서 광이 발생하지 않는 암부에 해당하는 보호 다이오드부(PR)의 위치를 렌즈(300)의 상부 오목부의 중심부(345)와 수직으로 나란하게 정렬함으로써, 발광 다이오드 칩(100a)의 암부에 의해 발생할 수 있는 발광 균일성의 저하를 최소화할 수 있다.
더욱이, 발광 다이오드 칩(100)은 보호 다이오드부를 포함하므로, 기판(210) 상에 별도의 보호 소자(예를 들어, 제너 다이오드)를 마련할 필요가 없다. 따라서 발광 장치의 제조 단가가 감소할 수 있고, 제조 공정이 단순화되어 발광 장치의 공정 수율이 향상될 수 있다.
다시 도 9 및 도 10을 참조하면, 플랜지(350)는 상부면(340)과 하부면(330)의 사이에 위치할 수 있으며, 렌즈(300)의 외형 크기를 한정한다. 플랜지(350)의 측면과 하부면에는 요철 패턴이 형성될 수 있으며, 이에 따라, 렌즈(300)의 광 추출 효율을 향상시킬 수 있다. 한편, 도시되지 않았으나, 플랜지(350)의 하부에는 다리부가 더 형성될 수 있으며, 상기 다리부는 기판(210)에 결합되어 렌즈(300)를 고정하는 역할을 할 수 있다.
이상에서, 본 발명의 다양한 실시예들에 대하여 설명하였지만, 상술한 다양한 실시예들 및 특징들에 본 발명이 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 특허청구범위에 의한 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형과 변경이 가능하다.

Claims (28)

  1. 발광 다이오드부, 및 상기 발광 다이오드부와 역병렬로 연결된 보호 다이오드부를 포함하는 발광 다이오드 칩; 및
    상기 발광 다이오드 칩 상에 위치하는 렌즈를 포함하고,
    상기 렌즈는,
    발광 다이오드 칩으로부터 방출되는 광이 입사되는 입사면을 정의하는 하부 오목부가 형성된 하부면; 및
    상기 광이 출사되는 면을 정의하며, 상부 오목부가 형성된 상부면을 포함하고,
    상기 발광 다이오드 칩은 상기 하부 오목부의 아래 또는 그 내부에 배치되며, 상기 발광 다이오드 칩의 상기 보호 다이오드부는 상기 상부 오목부의 아래에 위치하는 발광 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 보호 다이오드부는 상기 발광 다이오드 칩의 중심부에 위치하며,
    상기 상부 오목부는 상기 상부면의 중심부에 위치하는 발광 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 상부 오목부의 중심부 및 상기 보호 다이오드부는 상기 발광 다이오드 칩의 상면에 수직한 가상의 렌즈 중심축 선상에 위치하는 발광 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 발광 다이오드부 및 상기 보호 다이오드부는 각각,
    제1 도전형 반도체층; 및
    상기 제1 도전형 반도체층 상에 위치하며, 제2 도전형 반도체층과 활성층을 포함하는 메사를 포함하고,
    상기 메사는 상기 발광 다이오드부에 위치하는 제1 메사, 및 상기 보호 다이오드부에 위치하는 제2 메사를 포함하는 발광 장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 발광 다이오드부의 제1 도전형 반도체층 및 제2 도전형 반도체층은 각각 상기 보호 다이오드부의 제2 도전형 반도체층 및 제1 도전형 반도체층과 전기적으로 접속되는 발광 장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 발광 다이오드 칩은,
    상기 제1 및 제2 메사 상에 위치하는 제2형 컨택 전극;
    상기 제2형 컨택 전극, 상기 발광 다이오드부, 및 상기 보호 다이오드부를 덮되, 상기 제1 도전형 반도체층을 부분적으로 노출시키는 제1 개구부와 상기 제2형 컨택 전극을 부분적으로 노출시키는 제2 개구부를 포함하는 제1 절연층;
    상기 제1 절연층을 적어도 부분적으로 덮고, 상기 제1 개구부를 통해 상기 발광 다이오드부의 제1 도전형 반도체층에 전기적으로 접속되며, 상기 제2 개구부를 통해 상기 보호 다이오드부 상의 제2형 컨택 전극에 전기적으로 접속된 제1형 패드 전극; 및
    상기 제1 개구부를 통해 상기 보호 다이오드부의 제1 도전형 반도체층에 전기적으로 접속되며, 상기 제2 개구부를 통해 상기 발광 다이오드부 상의 제2형 컨택 전극에 전기적으로 접속된 제2형 패드 전극을 포함하는 발광 장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 보호 다이오드부는 상기 발광 다이오드 칩의 중심부에 위치하여, 상기 발광 다이오드부에 둘러싸인 발광 장치.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 발광 다이오드부의 제1 도전형 반도체층을 노출시키는 제1 개구부는, 상기 발광 다이오드 칩의 외곽 테두리 영역을 따라 형성되는 발광 장치.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 발광 다이오드부의 제1 도전형 반도체층을 노출시키는 제1 개구부는, 상기 외곽 테두리 영역으로부터 상기 보호 다이오드부 측으로 향하는 영역에 더 형성된 발광 장치.
  10. 청구항 6에 있어서,
    상기 발광 다이오드 칩은,
    상기 제1형 패드 전극, 상기 제2형 패드 전극 및 상기 제1 절연층을 적어도 부분적으로 덮고, 상기 제1형 패드 전극과 제2형 패드 전극을 각각 노출시키는 제3 개구부 및 제4 개구부를 포함하는 제2 절연층을 더 포함하는 발광 장치.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 발광 다이오드 칩이 실장되며, 리드들을 포함하는 기판을 더 포함하고,
    상기 제1형 패드 전극은 상기 제3 개구부를 통해 일 리드와 전기적으로 접속되고,
    상기 제2형 패드 전극은 상기 제4 개구부를 통해 또 다른 리드와 전기적으로 접속되는 발광 장치.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 제1형 패드 전극 및 제2형 패드 전극과 리드들을 접착하는 솔더를 더 포함하는 발광 장치.
  13. 청구항 10에 있어서,
    상기 발광 다이오드 칩은,
    상기 제3 개구부를 통해 제1형 패드 전극과 전기적으로 접속되는 제1 범프; 및
    상기 제4 개구부를 통해 제2형 패드 전극과 전기적으로 접속되는 제2 범프를 더 포함하는 발광 장치.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 발광 다이오드 칩은, 상기 제2 절연층 상에 위치하는 방열 패드를 더 포함하고,
    상기 방열 패드는 상기 제1 및 제2 범프 사이에 위치하는 발광 장치.
  15. 청구항 1에 있어서,
    상기 하부 오목부는 그 입구에서 상부로 갈수록 폭이 좁아지는 형상을 갖는 발광 장치.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 하부 오목부의 수직 단면은 상단 꼭지점이 잘린 형상인 절두형 도형인 발광 장치.
  17. 청구항 1에 있어서,
    상기 렌즈의 상부면은 상기 오목부의 중심을 둘러싸는 내부면, 및 상기 내부면을 둘러싸는 외부면을 포함하고,
    상기 내부면과 외부면이 접하는 위치의 높이는 상기 렌즈의 최고점에 대응하는 발광 장치.
  18. 청구항 1에 있어서,
    상기 렌즈는, 상기 상부면과 하부면 사이에 위치하는 플랜지를 더 포함하는 발광 장치.
  19. 청구항 1에 있어서,
    상기 발광 다이오드 칩이 실장되는 기판; 및
    상기 기판 상에 위치하고, 상기 발광 다이오드 칩의 측면을 덮는 반사 시트를 더 포함하는 발광 장치.
  20. 발광 다이오드 칩에 있어서,
    발광 다이오드부; 및
    상기 발광 다이오드부와 역병렬로 연결된 보호 다이오드부를 포함하고,
    상기 보호 다이오드부는 상기 발광 다이오드 칩의 중심부에 위치하는 발광 다이오드 칩.
  21. 청구항 20에 있어서,
    상기 발광 다이오드부 및 상기 보호 다이오드부 각각은,
    상기 제1 도전형 반도체층 상에 위치하며, 제2 도전형 반도체층과 활성층을 포함하는 메사를 포함하고,
    상기 메사는 상기 발광 다이오드부에 위치하는 제1 메사, 및 상기 보호 다이오드부에 위치하는 제2 메사를 포함하는 발광 다이오드 칩.
  22. 청구항 21에 있어서,
    상기 제1 및 제2 메사 상에 위치하는 제2형 컨택 전극;
    상기 제2형 컨택 전극, 상기 발광 다이오드부, 및 상기 보호 다이오드부를 덮되, 상기 제1 도전형 반도체층을 부분적으로 노출시키는 제1 개구부와 상기 제2형 컨택 전극을 부분적으로 노출시키는 제2 개구부를 포함하는 제1 절연층;
    상기 제1 절연층을 적어도 부분적으로 덮고, 상기 제1 개구부를 통해 상기 발광 다이오드부의 제1 도전형 반도체층에 전기적으로 접속되며, 상기 제2 개구부를 통해 상기 보호 다이오드부 상의 제2형 컨택 전극에 전기적으로 접속된 제1형 패드 전극; 및
    상기 제1 개구부를 통해 상기 보호 다이오드부의 제1 도전형 반도체층에 전기적으로 접속되며, 상기 제2 개구부를 통해 상기 발광 다이오드부 상의 제2형 컨택 전극에 전기적으로 접속된 제2형 패드 전극를 더 포함하는 발광 다이오드 칩.
  23. 청구항 20에 있어서,
    상기 보호 다이오드부는 상기 발광 다이오드부에 둘러싸인 발광 다이오드 칩.
  24. 청구항 22에 있어서,
    상기 발광 다이오드부의 제1 도전형 반도체층을 노출시키는 제1 개구부는, 상기 발광 다이오드 칩의 외곽 테두리 영역을 따라 형성되는 발광 다이오드 칩.
  25. 청구항 24에 있어서,
    상기 발광 다이오드부의 제1 도전형 반도체층을 노출시키는 제1 개구부는, 상기 외곽 테두리 영역으로부터 상기 보호 다이오드부 측으로 향하는 영역에 더 형성된 발광 다이오드 칩.
  26. 청구항 22에 있어서,
    상기 제1형 패드 전극, 상기 제2형 패드 전극 및 상기 제1 절연층을 적어도 부분적으로 덮고, 상기 제1형 패드 전극과 제2형 패드 전극을 각각 노출시키는 제3 개구부 및 제4 개구부를 포함하는 제2 절연층을 더 포함하는 발광 다이오드 칩.
  27. 청구항 26에 있어서,
    상기 제3 개구부를 통해 제1형 패드 전극과 전기적으로 접속되는 제1 범프; 및
    상기 제4 개구부를 통해 제2형 패드 전극과 전기적으로 접속되는 제2 범프를 더 포함하는 발광 다이오드 칩.
  28. 청구항 26에 있어서,
    상기 제2 절연층 상에 위치하는 방열 패드를 더 포함하고,
    상기 방열 패드는 상기 제1 및 제2 범프 사이에 위치하는 발광 다이오드 칩.
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