KR20160103583A - 반도체 발광소자, 이의 제조방법, 및 이를 가지는 광원모듈 - Google Patents
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Abstract
본 개시는 반도체 발광소자에 있어서, 전자와 정공의 재결합에 의해 빛을 생성하는 반도체 발광부와, 반도체 발광부에 전기적으로 연결된 적어도 하나의 전극을 가지는 반도체 발광칩(semiconductor light emitting chip); 반도체 발광부의 주변에 위치하는 벽(wall);으로서, 제1 높이를 가지는 제1 부분과, 제1 높이보다 낮은 제2 높이를 가지는 제2 부분을 포함하는 벽; 그리고 벽으로부터 노출된 반도체 발광칩을 덮으며, 빛이 투과하는 봉지재;로서, 적어도 하나의 전극의 반대 측, 및 제2 부분 측으로 노출된 봉지재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자, 이의 제조방법, 및 이를 가지는 광원모듈에 관한 것이다.
Description
본 개시(Disclosure)는 전체적으로 반도체 발광소자, 이의 제조방법, 및 이를 가지는 광원모듈에 관한 것으로, 특히 칩 스케일(chip scale)의 반도체 발광소자, 이의 제조방법, 및 이를 가지는 광원모듈에 관한 것이다.
여기서, 반도체 발광소자는 전자와 정공의 재결합을 통해 빛을 생성하는 반도체 광소자를 의미하며, 3족 질화물 반도체 발광소자를 예로 들 수 있다. 3족 질화물 반도체는 Al(x)Ga(y)In(1-x-y)N (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)로 된 화합물로 이루어진다. 이외에도 적색 발광에 사용되는 GaAs계 반도체 발광소자 등을 예로 들 수 있다.
여기서는, 본 개시에 관한 배경기술이 제공되며, 이들이 반드시 공지기술을 의미하는 것은 아니다(This section provides background information related to the present disclosure which is not necessarily prior art).
반도체 발광소자(semiconductor light emitting device)는 에피(EPI) 공정, 칩 형성(Fabrication) 공정 및 패키지(Package) 공정 등을 거쳐 제조된다.
도 1은 미국 등록특허공보 제6,650,044호에 도시된 LED의 일 예를 나타내는 도면으로서, LED는 성장 기판(100)에 복수의 반도체층(300,400,500)이 순차로 증착되어 있다. 제2 반도체층(500) 위에 금속 반사막(950)이 형성되어 있고, 식각되어 노출된 제1 반도체층(300) 위에 전극(800)이 형성되어 있다. 봉지재(1000)는 형광체를 함유하며, 성장 기판(100) 및 반도체층(300,400,500)을 둘러싸도록 형성된다. LED는 전기적 콘택(820,960)이 구비된 기판(1200)에 도전성 접착제(830,970)에 의해 접합된다.
도 2는 미국 등록특허공보 제6,650,044호에 도시된 반도체 발광소자의 제조 방법의 일 예를 나타내는 도면으로서, 먼저, 기판(1200) 위에 복수의 LED(2A-2F)를 배치한다. 기판(1200)은 실리콘으로 이루어지며, 각 LED의 성장 기판(100; 도 1 참조)은 사파이어 또는 실리콘 카바이드로 이루어진다. 기판(1200)에는 전기적 콘택(820,960; 도 1 참조)이 형성되어 있고, 각 LED는 전기적 콘택(820,960)에 접합된다. 이후, 각 LED에 대응하는 개구(8A-8F)가 형성된 스텐실(6)을 기판(1200)에 구비한 후, 전기적 콘택(820,960)의 일부가 노출되도록 봉지재(1000; 도 1 참조)를 형성한다. 이후, 스텐실(6)을 제거하고, 큐어링 공정을 수행한 후에, 기판(1200)을 쏘잉(sawing) 또는, 스크라이빙(scribing)해서 개별 반도체 발광소자로 분리한다.
이에 대하여 '발명의 실시를 위한 구체적인 내용'의 후단에 기술한다.
여기서는, 본 개시의 전체적인 요약(Summary)이 제공되며, 이것이 본 개시의 외연을 제한하는 것으로 이해되어서는 아니된다(This section provides a general summary of the disclosure and is not a comprehensive disclosure of its full scope or all of its features).
본 개시에 따른 일 태양에 의하면(According to one aspect of the present disclosure), 반도체 발광소자에 있어서, 전자와 정공의 재결합에 의해 빛을 생성하는 반도체 발광부와, 반도체 발광부에 전기적으로 연결된 적어도 하나의 전극을 가지는 반도체 발광칩(semiconductor light emitting chip); 반도체 발광부의 주변에 위치하는 벽(wall);으로서, 제1 높이를 가지는 제1 부분과, 제1 높이보다 낮은 제2 높이를 가지는 제2 부분을 포함하는 벽; 그리고 반도체 발광칩을 덮으며, 빛이 투과하는 봉지재;로서, 적어도 하나의 전극의 반대 측, 및 제2 부분 측으로 노출된 봉지재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자가 제공된다.
본 개시에 따른 다른 하나의 태양에 의하면(According to another aspect of the present disclosure), 반도체 발광소자의 제조 방법에 있어서, 베이스 위에 개구가 형성된 댐과 개구로 노출된 베이스 위에 반도체 발광칩을 구비하는 단계;로서, 전자와 정공의 재결합에 의해 빛을 생성하는 반도체 발광부와, 반도체 발광부에 전기적으로 연결된 적어도 하나의 전극을 가지는 반도체 발광칩을 개구에 구비하는 단계; 댐의 측면과 반도체 발광부의 측면 사이에 벽을 형성하는 단계;로서, 반도체 발광부의 측면 방향에서 볼때, 제1 높이를 가지는 제1 부분과, 제1 높이보다 낮은 제2 높이를 가지는 제2 부분을 포함하는 벽;을 형성하는 단계; 그리고 반도체 발광칩을 덮는 봉지재를 형성하는 단계;로서, 적어도 하나의 전극의 반대 측, 및 제2 부분 측으로 노출되는 봉지재;를 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자의 제조방법이 제공된다.
본 개시에 따른 또 다른 하나의 태양에 의하면(According to still another aspect of the present disclosure), 도광판의 측면에 구비되는 광원모듈에 있어서, 도광판의 측면 측에 구비되는 기판; 그리고 기판에 구비되어 도광판의 측면에 광을 방사하는 반도체 발광소자;를 포함하며, 반도체 발광소자는: 전자와 정공의 재결합에 의해 빛을 생성하는 반도체 발광부와, 반도체 발광부에 전기적으로 연결되며, 반도체 발광부를 기준으로 도광판의 반대 측에 구비되는 적어도 하나의 전극을 가지며, 기판에 실장된 반도체 발광칩(semiconductor light emitting chip); 반도체 발광부의 주변에 위치하는 벽(wall);으로서, 적어도 하나의 전극 측을 기준으로 도광판의 측면을 향하여 제1 높이를 가지는 제1 부분과, 제1 높이보다 낮은 제2 높이를 가지는 제2 부분을 포함하며, 제1 부분은 도광판의 두께 방향에 구비되고, 제2 부분은 도광판의 측면의 길이 방향에 구비되는 벽; 그리고 반도체 발광칩을 덮으며, 도광팡의 측면과 마주보는 봉지재;로서, 제2 부분 측으로 노출된 봉지재; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 광원모듈이 제공된다.
이에 대하여 '발명의 실시를 위한 구체적인 내용'의 후단에 기술한다.
도 1은 미국 등록특허공보 제6,650,044호에 도시된 반도체 발광소자의 일 예를 나타내는 도면,
도 2는 미국 등록특허공보 제6,650,044호에 도시된 반도체 발광소자의 제조 방법의 일 예를 나타내는 도면,
도 3은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 일 예를 설명하기 위한 도면,
도 4는 도 3에서 절단선 A-A, 및 B-B를 따라 절단한 단면의 예들을 설명하기 위한 도면,
도 5, 및 도 6은 댐의 일 예, 및 댐의 개구에 반도체 발광소자를 구비하는 방법의 일 예를 설명하기 위한 도면들
도 7 및 도 8은 벽을 형성하는 방법의 일 예를 설명하는 도면들
도 9 및 도 10은 봉지재를 형성하는 방법의 일 예를 설명하는 도면들
도 11은 개별 반도체 발광소자로 분리하는 방법의 일 예를 설명하는 도면,
도 12는 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 다른 예들을 설명하기 위한 도면,
도 13은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 예들을 설명하기 위한 도면,
도 14 및 도 15는 본 개시에 따른 광원모듈의 일 예를 설명하기 위한 도면들.
도 2는 미국 등록특허공보 제6,650,044호에 도시된 반도체 발광소자의 제조 방법의 일 예를 나타내는 도면,
도 3은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 일 예를 설명하기 위한 도면,
도 4는 도 3에서 절단선 A-A, 및 B-B를 따라 절단한 단면의 예들을 설명하기 위한 도면,
도 5, 및 도 6은 댐의 일 예, 및 댐의 개구에 반도체 발광소자를 구비하는 방법의 일 예를 설명하기 위한 도면들
도 7 및 도 8은 벽을 형성하는 방법의 일 예를 설명하는 도면들
도 9 및 도 10은 봉지재를 형성하는 방법의 일 예를 설명하는 도면들
도 11은 개별 반도체 발광소자로 분리하는 방법의 일 예를 설명하는 도면,
도 12는 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 다른 예들을 설명하기 위한 도면,
도 13은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 예들을 설명하기 위한 도면,
도 14 및 도 15는 본 개시에 따른 광원모듈의 일 예를 설명하기 위한 도면들.
이하, 본 개시를 첨부된 도면을 참고로 하여 자세하게 설명한다(The present disclosure will now be described in detail with reference to the accompanying drawing(s)).
도 3은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 일 예를 설명하기 위한 도면으로서, 반도체 발광소자(100)는 반도체 발광칩(101; semiconductor light emitting chip), 벽(170; wall), 및 봉지재(180)를 포함한다. 반도체 발광칩(101)은 전자와 정공의 재결합에 의해 빛을 생성하는 반도체 발광부(105; 도 4 참조)와, 반도체 발광부(105)에 전기적으로 연결된 적어도 하나의 전극(80,70)을 가진다. 벽(170)은 반도체 발광부(105)의 주변에 위치하며, 제1 높이를 가지는 제1 부분(171)과, 제1 높이보다 낮은 제2 높이를 가지는 제2 부분(175)을 포함한다. 봉지재(180)는 적어도 하나의 전극(80,70)이 노출되도록 벽(170)으로부터 노출된 반도체 발광칩(101)을 덮으며, 적어도 하나의 전극(80,70)의 반대 측, 및 제2 부분(175) 측으로 노출된다. 반도체 발광칩(101)은 청색 LED 칩(예: 450 nm), NUV LED 칩, 녹색 LED 칩, 적색 LED 칩 등의 칩일 수 있다. 봉지재(180)에는 형광체가 함유될 수 있으며, 형광체의 종류는 반도체 발광칩(101)으로부터의 요구되는 빛에 따라 반도체 발광칩(101)에 대응하게 선택될 수 있다.
도 4a는 도 3에서 A-A 선을 따라 절단한 단면의 일 예를 설명하기 위한 도면이고, 도 4b는 도 3에서 B-B 선을 따라 절단한 단면의 일 예를 설명하기 위한 도면이다. 본 예에서, 반도체 발광칩(101)으로는 플립 칩 소자로서, 성장 기판(10), 복수의 반도체층(30,40,50), 광반사층(R), 및 2개의 전극(80,70)을 포함한다. 본 개시에서 반도체 발광칩(101)은 플립칩에 한정되지 않으며, 레터럴칩(lateral chip)이나 수직형칩(vertical chip)도 적용가능하다.
3족 질화물 반도체 발광소자를 예로 들면, 성장 기판(10)으로 주로 사파이어, SiC, Si, GaN 등이 이용되며, 성장 기판(10)은 최종적으로 제거될 수도 있다. 복수의 반도체층(30,40,50)은 성장 기판(10) 위에 형성된 버퍼층(도시되지 않음), 제1 도전성을 가지는 제1 반도체층(30; 예: Si 도핑된 GaN), 제1 도전성과 다른 제2 도전성을 가지는 제2 반도체층(50; 예: Mg 도핑된 GaN) 및 제1 반도체층(30)과 제2 반도체층(50) 사이에 개재되며 전자와 정공의 재결합을 통해 빛을 생성하는 활성층(40; 예: InGaN/(In)GaN 다중양자우물구조)을 포함한다. 복수의 반도체층(30,40,50) 각각은 다층으로 이루어질 수 있고, 버퍼층은 생략될 수 있다. 제1 반도체층(30)과 제2 반도체층(50)은 그 위치가 바뀔 수 있으며, 3족 질화물 반도체 발광소자에 있어서 주로 GaN으로 이루어진다.
제1 전극(80)은 제1 반도체층(30)과 전기적으로 연통되어 전자를 공급한다. 제2 전극(70)은 제2 반도체층(50)과 전기적으로 연통되어 정공을 공급한다. 도 4a에 제시된 바와 같이, 제2 반도체층(50)과 전극(70,80) 사이에는 광반사층(R)이 개재되며, 제2 반도체층(50)과 광반사층(R) 사이에는 투광성 도전막(60)이 개재될 수 있다. 광반사층(R)은 SiO2와 같은 절연층, DBR(Distributed Bragg Reflector) 또는 ODR(Omni-Directional Reflector)을 포함하는 다층 구조를 가질 수 있다. 또는, 제2 반도체층(50) 위에 금속 반사막이 구비되고, 전극(70)이 금속 반사막 위에 구비되며, 메사식각으로 노출된 제1 반도체층(50)과 다른 전극(80)이 연통될 수 있다.
벽(170)은 반도체 발광칩(101)의 측면을 두르도록 형성되며(도 3b 참조), 서로 대향하는 2개의 제1 부분(171)들과, 2개의 제1 부분(171)들과 다른 방향으로 서로 대향하는 2개의 제2 부분(175)들을 포함한다. 도 4a에 제시된 바와 같이, 벽(170)의 제1 부분(171)은 전극(80,70) 측을 기준으로 반도체 발광부(105)보다 높이가 높고, 도 4b에 제시된 바와 같이, 벽(170)의 제2 부분(175)은 반도체 발광부(105)의 높이 이하이다. 봉지재(180)와 접촉하는 제1 부분(171)의 상단, 및 제2 부분(175)의 상단은 표면장력에 의해 상승된(elevated)된 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 벽(170)의 제1 부분(171)은 반도체 발광부(105)로부터 먼 부분이 반도체 발광부(105)에 가까운 부분보다 높이가 높고, 벽(170)의 제2 부분(175)은 반도체 발광부(105)로부터 먼 부분이 반도체 발광부(105)에 가까운 부분보다 높이가 낮다.
봉지재(180)는 반도체 발광칩(101)을 덮도록 형성되며, 반도체 발광부(105)로부터의 빛은 봉지재(180)에 함유된 형광체에 의해 파장이 변환된다. 봉지재(180)는 도 4a에 제시된 바와 같이 전극(80,70)의 반대 측으로 노출되며, 도 4b에 제시된 바와 같이, 봉지재(180)는 제2 부분(175)보다는 높게 형성되어 제2 부분(175) 방향으로 노출된다. 따라서, 빛은 전극(80,70)의 반대 측뿐만 아니라 벽(170)의 제2 부분(175) 측으로도 방사된다. 본 예에서, 봉지재(180)는 제1 부분(171) 측으로는 노출되지 않는다. 본 예에서 전극(80,70)은 2개의 제2 부분(175)들이 서로 대향하는 방향으로 배열되어 있지만, 2개의 제1 부분(171)들이 서로 대향하는 방향으로 배열되는 예도 고려할 수 있다.
이하, 도 5 내지 도 11를 참조하여 반도체 발광소자(100)의 제조방법의 일 예를 설명한다.
도 5, 및 도 6은 댐의 일 예, 및 댐의 개구에 반도체 발광소자를 구비하는 방법의 일 예를 설명하기 위한 도면들로서, 반도체 발광소자(100)의 제조 방법에 있어서, 먼저, 도 5a에 제시된 바와 같이, 베이스(201) 위에 개구(305)가 형성된 댐(301; 마스크)을 구비한다. 베이스(201)는 플렉시블한 테이프이거나 필름이거나 딱딱한 플레이트일 수 있다. 댐(301)으로는 Al, Cu, Ag, Cu-Al 합금, Cu-Ag 합금, Cu-Au 합금, SUS(스테인리스스틸) 등이 사용될 수 있으며, 도금된 부재 또는 표면에 막이 형성된 부재도 물론 사용 가능하다. 댐(301)은 비금속일 수도 있으며, 예를 들어, 플라스틱이 사용될 수 있으며, 다양한 색상이나 광반사율을 선택할 수 있다. 댐(301)에 형성되는 개구(305)는 다양하게 변경이 가능하다. 본 예에서, 개구(305)는 도 5a에 제시된 바와 같이, 일 측으로 길게 뻗도록 형성되어 있고, 이러한 개구(305)가 복수 개가 형성되어 있다. 댐(301)에는 반도체 발광칩(101)을 베이스(201)에 놓을 때, 위치를 가이드하기 위해 홀(309)이 형성되어 있다.
베이스(201) 자체로 접착성 또는 점착성을 가지는 테이프로서 댐(301)에 접착될 수 있다. 또는, 도 6a 및 도 6b에 제시된 바와 같이, 클램프(503)를 사용하여 외력에 의해 베이스(201)와 댐(301)을 간편하게 접촉 및 분리시킬 수 있다.
이후, 개구(305)로 노출된 베이스(201) 위에 제1 전극(80) 및 제2 전극(70)이 베이스(201)를 향하도록 복수의 반도체 발광칩(101)을 구비한다. 예를 들어, 도 5b, 도 6c 및 도 6d에 제시된 바와 같이, 소자 이송장치(501)는 고정부(13; 예: 테이프) 위의 각 반도체 발광칩(101)을 전기적 흡착 또는 진공 흡착 방식으로 픽업(pick-up)하여 댐(301)의 개구(305)로 노출된 베이스(201) 위에 놓는다. 소자 이송장치(501)는 빈 곳(14)을 인식하고 다음 위치의 반도체 발광칩(101)을 픽업할 수 있다. 소자 이송장치(501)의 일 예로, 다이본더와 유사하게, 패턴 또는 형상을 인식하며, 이송할 위치나 대상물의 각도를 보정할 수 있는 장치라면 그 명칭에 무관하게 사용 가능할 것이다.
예를 들어, 베이스(201)와 댐(301)은 광반사율에 차이가 있도록 재질이나 색상이 선택되거나, 표면이 처리될 수도 있으며, 소자 이송장치(501)는 카메라나 광학센서 등을 이용하여, 댐(301)과 베이스(201)의 명암의 차이, 광반사율 차이 또는, 반사광의 차이를 감지하거나, 전극(80,70)의 패턴(예: 전극 분리선), 개구(305) 및/또는 홀(309)의 형상 및 위치를 인식할 수 있다. 이에 의해 소자 이송장치(501)는 개구(305)로 노출된 베이스(201) 위에 위치나 각도를 보정할 수 있고, 개구(305)로 인한 댐(301) 면, 에지, 및 점 중 적어도 하나로부터 지시된 거리 또는 좌표에 해당하는 베이스(201) 상의 위치에 반도체 발광칩(101)을 놓을 수 있다.
도 7 및 도 8은 벽(170)을 형성하는 방법의 일 예를 설명하는 도면들로서, 도 8a는 도 7에서 C-C 선을 따라 절단한 단면의 일 예를 나타내는 도면이고, 도 8b는 도 7에서 D-D 선을 따라 절단한 단면의 일 예를 나타내는 도면이다. 도 7에 제시된 바와 같이, 반도체 발광부(105)의 측면에 구비되는 벽(170)을 형성한다. 예를 들어, 도 8a에 제시된 바와 같이, 개구(305)로 인한 측면(307)은 베이스(201)에 대해 기울어진 경사면이다. 바람직하게는 광 투과도가 낮은 물질, 또는 비투광성 물질(예: 광반사 물질)을 디스펜서로 개구(305)에 공급하면, 비투광성 물질은 댐(301)의 측면(307)과 반도체 발광부(105)의 측면을 따라 자연스럽게 개구(305)에 퍼지면서 벽(170)이 형성된다.
벽(170)은 수지(실리콘계, 에폭시계 등) 등 다양한 물질이 사용될 수 있으며, 그 물질의 반사율이 50% 이상인 경우에는 리플렉터(reflector)로 사용이 가능하다. 한편, 벽(170)은 전자기 간섭을 방지하기 위해 EMC(electro magnetic compatibility) 물질로 이루어질 수 있다. 벽(170)의 재질이 투광성인 경우를 배제하는 것은 아니다.
도 8a에 제시된 바와 같이, 댐(301)의 측면(307)과 반도체 발광부(105)의 측면 사이에 공급된 비투광성 물질이 표면장력에 의해 댐(301)의 측면(307)을 따라 상승하여 반도체 발광칩(101)보다 높이가 높게 벽(170)의 제1 부분(171)이 형성된다. 한편, 반도체 발광칩(101) 사이에서는 비투광성 물질이 표면장력에 의해 도 8b에 제시된 바와 같이 형성되며, 반도체 발광칩(101)의 높이 이하의 제2 부분(175)이 형성된다. 표면장력에 의해 상승하도록, 비투광성 물질은 점성이 낮은 것이 바람직하다. 비투광성 물질의 점성을 적절히 선택하면, 벽(170)의 제1 부분(171), 및 제2 부분(175)의 상단의 형상을 조절할 수 있다. 댐은 도 8c에 제시된 바와 같이 경사면이 아니라 수직으로 된 면을 가지는 것도 가능하다.
도 9 및 도 10은 봉지재를 형성하는 방법의 일 예를 설명하는 도면들로서, 도 10a는 도 9에서 E-E 선을 따라 절단한 단면의 일 예를 나타내는 도면이고, 도 10b는 도 9에서 F-F 선을 따라 절단한 단면의 일 예를 나타내는 도면이다. 다음으로, 벽(170)으로 사용된 수지를 소프트 큐어링(curing) 또는, 큐어링한 후, 벽(170)으로부터 노출된 반도체 발광부(105)를 덮도록, 예를 들어, 형광체를 함유한 수지 또는 실리콘을 개구(305)에 도팅하거나 프린팅하는 방법으로 봉지재(180)를 형성한다. 봉지재(180)는 도 10a에 제시된 바와 같이, 전극(80,70)의 반대 측으로 노출되며, 도 10b에 제시된 바와 같이 제1 부분(171)보다 높이가 낮은 벽(170)의 제2 부분(175) 측으로 노출된다. 따라서, 반도체 발광부(105)로부터의 빛은 봉지재(180)를 통해 전극(80,70)의 반대측, 및 벽(170)의 제2 부분(175) 측으로 방사될 수 있다.
도 11은 개별 반도체 발광소자로 분리하는 방법의 일 예를 설명하는 도면으로서, 봉지재(180) 형성 이후, 반도체 발광칩(101), 벽(170), 및 봉지재(180)를 포함하는 반도체 발광소자(100)를 베이스(201) 및 댐(301)과 분리할 수 있다. 바(bar)로 전극(80,70) 측으로부터 반도체 발광소자(100)를 밀어내거나, 도 11a에 제시된 바와 같이, 양각 패턴이 형성된 판(1005)으로 반도체 발광소자(100)를 밀어내는 방법으로 댐(301)으로부터의 반도체 발광소자(100)를 분리할 수 있다. 분리를 용이하게 하기 위해 댐(301)의 측면(307)에 이형코팅층(release coating layer)을 형성할 수 있다. 이후, 도 11b에 제시된 바와 같이, 절단하여 도 11c에 제시된 바와 같이, 개별 반도체 발광소자(100)로 분리한다. 따라서, 벽(170)의 제2 부분(175)의 외측면, 및 제2 부분(175) 측으로 노출된 봉지재(180)의 면은 절단면으로서, 서로 이어져 있다.
이와 같은 반도체 발광소자(100), 및 이의 제조방법에 의하면, 반도체 발광소자(100)는 그 사이즈를 작게 하는 데에 매우 유리한 구조를 가지며, 댐(301)을 사용하여 반도체 발광칩(101) 둘레에 벽(170)을 콤팩트하게 형성할 수 있어서, 반도체 발광칩(101)에 비해 현저히 크지 않고, 거의 칩스케일의 패키지(CSP; chip scale package)가 된다. 또한, 형광체는 벽(170)으로부터 노출된 반도체 발광부(105)를 덮도록 필요한 양만큼만 형성되므로 비용이 절약된다. 또한, 이러한 반도체 발광소자(100)는 제1 전극(80) 및 제2 전극(70)이 벽(170)의 하단으로 노출되어 있어서, PCB 등의 회로기판에 직접 실장(예: COB)되는 SMD(surface mount device)로서도 매우 효율적인 구조를 가진다. 또한, 벽(170)의 제1 부분(171)과 제2 부분(175)의 높이를 다르게 하여 측방으로의 빛이 방사되는 방향 및 그 양을 조절할 수 있다.
도 12는 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 다른 예들을 설명하기 위한 도면으로서, 반도체 발광칩(101), 벽(170), 및 봉지재(180)를 형성하는 공정 이후, 도 12a에 제시된 바와 같이, 베이스(201)를 제거한 후에 전기적 접촉 면적 증가, 접합의 면적 증가, 및 방열 면적 증가 등을 위해 증착, 도금 등의 방법으로 제1 도전부(141) 및 제2 도전부(142)를 형성하는 공정이 추가될 수 있다. 도 12b는 도 12a에서 G-G 선을 따라 절단한 단면의 일 예로서, 댐으로부터 분리된 반도체 발광소자를 나타낸다. 도 12c는 도 12a에서 H-H 선을 따라 절단한 단면의 일 예를 나타내며, 벽(170)의 제1 부분(171)에 절단된 댐(301)이 붙어 있는 개별 소자의 예를 나타낸다. 제1 도전부(141) 및 제2 도전부(142)는 도 12b에 제시된 바와 같이 벽(170)의 하면까지 연장되거나, 12c에 제시된 바와 같이, 댐(301)의 하면까지 연장되도록 형성되는 것도 가능하다. 도 12d에 제시된 바와 같이, 벽(170)의 제1 부분(171)의 높이를 전술된 예들보다는 낮추어 제1 부분(171) 측으로도 봉지재(180)가 노출되게 하고, 제1 부분(171) 측으로도 빛이 방사되는 예를 고려할 수 있다. 한편, 도 12e에 제시된 바와 같이, 측면(307)에 돌기(315)가 형성된 댐(301)을 사용하면 도 12f에 제시된 바와 같이, 벽(170)의 제1 부분(171)의 외측면에 돌기(315)에 대응하는 홈(177)이 형성된 반도체 발광소자(100)가 제조될 수 있다. 홈(177)으로 인해 반도체 발광소자의 외관을 보고 제1 전극(80)과 제2 전극(70)의 방향을 구분할 수 있다.
도 13은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 예들을 설명하기 위한 도면으로서, 댐으로부터 도 13a와 같이 분리한 이후, 개별 소자별로 절단하지 않고, 그대로 복수의 반도체 발광칩(101)이 벽(170)과 봉지재(180)에 결합된 상태로 사용할 수 있다. 또한, 도 13b에 제시된 바와 같이, 댐(301)과 반도체 발광칩(101) 사이에 플립칩 타입의 기능성 소자(401)를 배치하되, 바람직하게는, 전극(480,470)이 노출되며 벽(170)의 제1 부분(171)에 내에 기능성 소자(401)가 묻히도록 하고, 도전부(141,142)에 의해 반도체 발광칩(101)과 기능성 소자(401)를 전기적으로 연결하는 예도 고려할 수 있다. 기능성 소자(401)는 예를 들어, ESD(ElectroStatic Discharge) 및/또는 EOS(Electrical Over-Stress)로부터 반도체 발광부(105)를 보호하는 보호 소자(protecting element: 예: zener diode)이다. 또한, 도 13c에 제시된 바와 같이, 도전부(141,142)에 의해 복수의 반도체 발광칩(101)이 직렬연결되도록 할 수 있다. 또 다른 예로, 도 13d에 제시된 바와 같이, 반도체 발광칩(101) 사이의 벽의 제2 부분(175)를 절단하여 경사면을 가지도록 형성할 수도 있다.
도 14 및 도 15는 본 개시에 따른 광원모듈의 일 예를 설명하기 위한 도면들로서, 광원모듈(800)은 표시장치 등의 백라이트 어셈블리에 사용될 수 있으며, 표시패널(1)의 배면에 구빈된 도광판(3)의 측면(3a)에 구비되어, 도광판(3)의 측면(3a)에 광을 방사하는 광원으로 사용될 수 있다. 광원모듈(800)은 회로기판(810), 및 복수의 반도체 발광소자(100)를 포함한다. 회로기판(800)은 PCB일 수 있고, 반도체 발광소자(100)는 도 3 내지 도 13에서 설명된 반도체 발광소자(100)로서, 회로기판(810)에 COB 타입으로 실장될 수 있다.
도 15a는 도 14에서 I-I 선을 따라 절단한 단면의 일 예를 나타내는 도면으로서, 봉지재(180)는 도광판(3)의 측면(3a)과 마주하도록 배치되며, 벽(170)의 제1 부분(171)은 도광판(3)의 상면(3b) 측에, 및 도광판(3)의 하면(3c) 측에 위치한다. 따라서, 봉지재(180)로부터 나온 빛이 상하 방향으로 퍼지는 것이 제1 부분(171)에 의해 억제된다. 도 15b는 도 14에서 J-J 선을 따라 절단한 단면의 일 예를 나타내는 도면으로서, 복수의 반도체 발광소자(100)는 도광판(3)의 측면(3a)을 따라 배열되어 있고, 각 반도체 발광소자(100)의 제2 부분(175), 및 제2 부분(175) 측으로 노출된 봉지재(180)는 서로 마주보도록 구비된다. 따라서, 제2 부분(175)으로도 광이 방사된다. 따라서, 도광판(3)에서 반도체 발광소자(100)와 대응하는 영역(3d)과 반도체 발광소자(100)들의 사이 영역(3e)에서 입사하는 광량의 차이가 감소하여 핫스팟이나 무늬가 발생하는 것이 억제된다.
이하 본 개시의 다양한 실시 형태에 대하여 설명한다.
(1) 반도체 발광소자에 있어서, 전자와 정공의 재결합에 의해 빛을 생성하는 반도체 발광부와, 반도체 발광부에 전기적으로 연결된 적어도 하나의 전극을 가지는 반도체 발광칩(semiconductor light emitting chip); 반도체 발광부의 주변에 위치하는 벽(wall);으로서, 제1 높이를 가지는 제1 부분과, 제1 높이보다 낮은 제2 높이를 가지는 제2 부분을 포함하는 벽; 그리고 벽으로부터 노출된 반도체 발광칩을 덮으며, 빛이 투과하는 봉지재;로서, 적어도 하나의 전극의 반대 측, 및 제2 부분 측으로 노출된 봉지재; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
(2) 제1 부분은 반도체 발광부보다 높이가 높고, 제2 부분은 반도체 발광부의 높이 이하인 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
(3) 벽은 반도체 발광칩의 측면을 두르도록 형성되며, 서로 대향하는 2개의 제1 부분들; 그리고 2개의 제1 부분들과 다른 방향으로 서로 대향하는 2개의 제2 부분들;을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
(4) 벽의 제2 부분의 외측면, 및 제2 부분 측으로 노출된 봉지재의 면은 절단된 면이며, 서로 이어진 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
(5) 제1 부분의 상단, 및 제2 부분의 상단은 표면장력에 의해 상승된(elevated) 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
(6) 벽의 제1 부분은 반도체 발광부로부터 먼 부분이 반도체 발광부에 가까운 부분보다 높이가 높고, 벽의 제2 부분은 발광부로부터 먼 부분이 반도체 발광부에 가까운 부분보다 높이가 낮은 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
(7) 반도체 발광부는: 제1 도전성을 가지는 제1 반도체층, 제1 도전성과 다른 제2 도전성을 가지는 제2 반도체층, 및 제1 반도체층과 제2 반도체층의 사이에 개재되며 전자와 정공의 재결합에 의해 빛을 생성하는 활성층을 가지는 복수의 반도체층;을 포함하며, 적어도 하나의 전극은: 복수의 반도체층을 기준으로 봉지재의 반대 측에 위치하며, 제1 반도체층에 전자와 정공 중 하나를 공급하는 제1 전극; 그리고 복수의 반도체층을 기준으로 봉지재의 반대 측에 위치하며, 제2 반도체층에 전자와 정공 중 나머지 하나를 공급하는 제2 전극;을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
(8) 봉지재의 서로 대향하는 측면들은 2개의 제1 부분들에 의해 노출되지 않도록 막혀 있고, 제1 전극 및 제2 전극의 반대 측과, 2개의 제2 부분들 측으로 각각 노출된 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
(9) 반도체 발광소자의 제조 방법에 있어서, 베이스 위에 개구가 형성된 댐과 개구로 노출된 베이스 위에 반도체 발광칩을 구비하는 단계;로서, 전자와 정공의 재결합에 의해 빛을 생성하는 반도체 발광부와, 반도체 발광부에 전기적으로 연결된 적어도 하나의 전극을 가지는 반도체 발광칩을 개구에 구비하는 단계; 댐의 측면과 반도체 발광부의 측면 사이에 벽을 형성하는 단계;로서, 반도체 발광부의 측면 방향에서 볼때, 반도체 발광부의 일 측을 기준으로 제1 높이를 가지는 제1 부분과, 제1 높이보다 낮은 제2 높이를 가지는 제2 부분을 포함하는 벽;을 형성하는 단계; 벽으로부터 노출된 반도체 발광칩을 덮는 봉지재를 형성하는 단계;로서, 적어도 하나의 전극이 노출되도록 반도체 발광칩을 덮고, 적어도 하나의 전극의 반대 측, 및 제2 부분 측으로 노출되는 봉지재;를 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자의 제조방법.
(10) 반도체 발광칩을 개구에 구비하는 단계에서, 복수의 반도체 발광칩이 이웃하게 구비되며, 벽을 형성하는 단계에서, 댐의 측면과 반도체 발광부의 측면 사이에서, 벽의 상단은 벽을 따라 표면장력에 의해 상승되어(elevated)되어 제1 부분이 형성되고, 복수의 반도체 발광칩 사이에서, 벽의 상단은 반도체 발광칩의 측면을 따라 표면장력에 의해 상승되어 제2 부분이 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자의 제조방법.
(11) 벽을 형성하는 단계에서, 제1 부분은 반도체 발광부보다 높이가 높도록 형성되고, 제2 부분은 반도체 발광부의 높이 이하로 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자의 제조방법.
(12) 개구로 인한 댐의 측면은 베이스에 대해 경사를 이루는 경사면인 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자의 제조방법.
(13) 복수의 반도체 발광부, 및 봉지재를 댐으로부터 분리하는 단계; 그리고 복수의 반도체 발광부 사이에서 봉지재, 및 벽의 제2 부분을 절단하여 개별 반도체 발광소자로 분리하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자의 제조방법.
(14) 도광판의 측면에 구비되는 광원모듈에 있어서, 도광판의 측면 측에 구비되는 기판; 그리고 기판에 구비되어 도광판의 측면에 광을 방사하는 반도체 발광소자;를 포함하며, 반도체 발광소자는: 전자와 정공의 재결합에 의해 빛을 생성하는 반도체 발광부와, 반도체 발광부에 전기적으로 연결되며, 반도체 발광부를 기준으로 도광판의 반대 측에 구비되는 적어도 하나의 전극을 가지며, 기판에 실장된 반도체 발광칩(semiconductor light emitting chip); 반도체 발광부의 주변에 위치하는 벽(wall);으로서, 적어도 하나의 전극 측을 기준으로 도광판의 측면을 향하여 제1 높이를 가지는 제1 부분과, 제1 높이보다 낮은 제2 높이를 가지는 제2 부분을 포함하며, 제1 부분은 도광판의 두께 방향에 구비되고, 제2 부분은 도광판의 측면의 길이 방향에 구비되는 벽; 그리고 반도체 발광칩을 덮으며, 도광팡의 측면과 마주보는 봉지재;로서, 제2 부분 측으로 노출된 봉지재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 광원모듈.
(15) 복수의 반도체 발광소자가 도광판의 측면을 따라 기판에 구비되며, 각 반도체 발광소자의 제2 부분, 및 제2 부분 측으로 노출된 봉지재가 서로 마주보도록 구비된 것을 특징으로 하는 광원모듈.
본 개시에 따른 반도체 발광소자, 이의 제조방법, 및 이를 가지는 광원모듈에 의하면, 사이즈를 반도체 발광칩에 비해 현저히 크지 않고, 거의 칩스케일 패키지(CSP; chip scale package)를 가지는 반도체 발광소자가 제공된다.
또한, 형광체는 벽으로부터 노출된 반도체 발광부를 덮도록 필요한 양만큼만 형성되므로 비용이 절약된다.
또한, 제1 전극 및 제2 전극이 벽의 하단으로 노출되어 있어서, PCB 등의 회로기판에 직접 실장되는 SMD(surface mount device)로서도 매우 효율적인 구조를 가진다.
또한, 벽의 제1 부분과 제2 부분의 높이를 다르게 하여 측방으로의 빛이 방사되는 방향 및 그 양을 조절할 수 있다.
100: 반도체 발광소자
101: 반도체 발광칩
105: 반도체 발광부
80,70: 전극 170: 벽 180: 봉지재
80,70: 전극 170: 벽 180: 봉지재
Claims (15)
- 반도체 발광소자에 있어서,
전자와 정공의 재결합에 의해 빛을 생성하는 반도체 발광부와, 반도체 발광부에 전기적으로 연결된 적어도 하나의 전극을 가지는 반도체 발광칩(semiconductor light emitting chip);
반도체 발광부의 주변에 위치하는 벽(wall);으로서, 제1 높이를 가지는 제1 부분과, 제1 높이보다 낮은 제2 높이를 가지는 제2 부분을 포함하는 벽; 그리고
반도체 발광칩의 일부를 덮으며, 빛이 투과하는 봉지재;로서, 적어도 하나의 전극의 반대 측, 및 벽의 제2 부분 측으로 노출된 봉지재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자. - 청구항 1에 있어서,
제1 부분은 반도체 발광부보다 높이가 높고,
제2 부분은 반도체 발광부의 높이 이하인 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자. - 청구항 1에 있어서,
벽은 반도체 발광칩의 측면을 두르도록 형성되며,
서로 대향하는 2개의 제1 부분들; 그리고
2개의 제1 부분들과 다른 방향으로 서로 대향하는 2개의 제2 부분들;을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자. - 청구항 1에 있어서,
벽의 제2 부분의 외측면, 및 제2 부분 측으로 노출된 봉지재의 면은 절단된 면이며, 서로 이어진 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자. - 청구항 2에 있어서,
제1 부분의 상단, 및 제2 부분의 상단은 표면장력에 의해 상승된(elevated) 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자. - 청구항 5에 있어서,
벽의 제1 부분은 반도체 발광부로부터 먼 부분이 반도체 발광부에 가까운 부분보다 높이가 높고,
벽의 제2 부분은 발광부로부터 먼 부분이 반도체 발광부에 가까운 부분보다 높이가 낮은 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자. - 청구항 3에 있어서,
반도체 발광부는:
제1 도전성을 가지는 제1 반도체층, 제1 도전성과 다른 제2 도전성을 가지는 제2 반도체층, 및 제1 반도체층과 제2 반도체층의 사이에 개재되며 전자와 정공의 재결합에 의해 빛을 생성하는 활성층을 가지는 복수의 반도체층;을 포함하며,
적어도 하나의 전극은:
복수의 반도체층을 기준으로 봉지재의 반대 측에 위치하며, 제1 반도체층에 전자와 정공 중 하나를 공급하는 제1 전극; 그리고
복수의 반도체층을 기준으로 봉지재의 반대 측에 위치하며, 제2 반도체층에 전자와 정공 중 나머지 하나를 공급하는 제2 전극;을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자. - 청구항 7에 있어서,
봉지재의 서로 대향하는 측면들은 2개의 제1 부분들에 의해 노출되지 않도록 막혀 있고, 제1 전극 및 제2 전극의 반대 측과, 2개의 제2 부분들 측으로 각각 노출된 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자. - 반도체 발광소자의 제조 방법에 있어서,
베이스 위에 개구가 형성된 댐과 개구로 노출된 베이스 위에 반도체 발광칩을 구비하는 단계;로서, 전자와 정공의 재결합에 의해 빛을 생성하는 반도체 발광부와, 반도체 발광부에 전기적으로 연결된 적어도 하나의 전극을 가지는 반도체 발광칩을 개구에 구비하는 단계;
댐의 측면과 반도체 발광부의 측면 사이에 벽을 형성하는 단계;로서, 반도체 발광부의 측면 방향에서 볼때, 제1 높이를 가지는 제1 부분과, 제1 높이보다 낮은 제2 높이를 가지는 제2 부분을 포함하는 벽;을 형성하는 단계; 그리고
반도체 발광칩을 덮는 봉지재를 형성하는 단계;로서, 적어도 하나의 전극의 반대 측, 및 제2 부분 측으로 노출되는 봉지재;를 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자의 제조방법. - 청구항 9에 있어서,
반도체 발광칩을 개구에 구비하는 단계에서, 복수의 반도체 발광칩이 이웃하게 구비되며,
벽을 형성하는 단계에서, 댐의 측면과 반도체 발광부의 측면 사이에서, 벽의 상단은 벽을 따라 표면장력에 의해 상승되어(elevated)되어 제1 부분이 형성되고,
복수의 반도체 발광칩 사이에서, 벽의 상단은 반도체 발광칩의 측면을 따라 표면장력에 의해 상승되어 제2 부분이 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자의 제조방법. - 청구항 10에 있어서,
벽을 형성하는 단계에서,
제1 부분은 반도체 발광부보다 높이가 높도록 형성되고,
제2 부분은 반도체 발광부의 높이 이하로 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자의 제조방법. - 청구항 10에 있어서,
개구로 인한 댐의 측면은 베이스에 대해 경사를 이루는 경사면인 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자. - 청구항 10에 있어서,
복수의 반도체 발광부, 및 봉지재를 댐으로부터 분리하는단계; 그리고
복수의 반도체 발광부 사이에서 봉지재, 및 벽의 제2 부분을 절단하여 개별 반도체 발광소자로 분리하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자. - 도광판의 측면에 구비되는 광원모듈에 있어서,
도광판의 측면 측에 구비되는 기판; 그리고
기판에 구비되어 도광판의 측면에 광을 방사하는 반도체 발광소자;를 포함하며,
반도체 발광소자는:
전자와 정공의 재결합에 의해 빛을 생성하는 반도체 발광부와, 반도체 발광부에 전기적으로 연결되며, 반도체 발광부를 기준으로 도광판의 반대 측에 구비되는 적어도 하나의 전극을 가지며, 기판에 실장된 반도체 발광칩(semiconductor light emitting chip);
반도체 발광부의 주변에 위치하는 벽(wall);으로서, 적어도 하나의 전극 측을 기준으로 도광판의 측면을 향하여 제1 높이를 가지는 제1 부분과, 제1 높이보다 낮은 제2 높이를 가지는 제2 부분을 포함하며, 제1 부분은 도광판의 두께 방향에 구비되고, 제2 부분은 도광판의 측면의 길이 방향에 구비되는 벽; 그리고
반도체 발광칩을 덮으며, 도광팡의 측면과 마주보는 봉지재;로서, 제2 부분 측으로 노출된 봉지재; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 광원모듈. - 청구항 14에 있어서,
복수의 반도체 발광소자가 도광판의 측면을 따라 기판에 구비되며,
각 반도체 발광소자의 제2 부분, 및 제2 부분 측으로 노출된 봉지재가 서로 마주보도록 구비된 것을 특징으로 하는 광원모듈.
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