KR20170044286A - 발광 소자 및 이를 포함하는 발광 소자 패키지 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 발광 소자에 관한 것으로서, 기판 및 상기 기판 상에 배치된 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하는 발광 구조물을 포함하고, 상기 기판은 상기 기판상에 소정 간격 이격되게 구비되는 복수 개의 패턴을 포함하며, 상기 복수 개의 패턴은 제1높이 침강되도록 구비되는 침강부를 포함하고, 상기 침강부는 상기 기판의 일면으로부터 제2높이 돌출되도록 구비되는 적어도 하나 이상의 돌출부를 포함하는 발광소자이다.

Description

발광 소자 및 이를 포함하는 발광 소자 패키지{LIGHT EMITTIMNG DEVICE AND LIGHT EMITTING DEVICE INCLUDING THE SAME}
실시 예는 발광 소자 및 이를 포함하는 발광 소자 패키지에 관한 것이다.
반도체의 ⅢⅢ-ⅤⅤ족 또는 ⅡⅡ-ⅥⅥ 족 화합물 반도체 물질을 이용한 발광 다이오드(Light Emitting Diode)나 레이저 다이오드와 같은 발광 소자는 박막 성장 기술 및 소자 재료의 개발로 적색, 녹색, 청색 및 자외선 등 다양한 색을 구현할 수 있다. 또한, 발광 소자는 형광 물질을 이용하여 색을 조합함으로써 효율이 좋은 백색 광선도 구현할 수 있으며, 형광등, 백열등 등 기존의 광원에 비해 저소비전력, 반영구적인 수명, 빠른 응답속도, 안전성, 환경친화성의 장점을 가진다.
따라서, 광 통신 수단의 송신 모듈, 액정 표시 장치(LCD:Liquid Crystal Display)의 백라이트를 구성하는 냉음극관(CCFL:Cold Cathode Fluorescence Lamp)을 대체하는 발광 다이오드 백라이트, 형광등이나 백열 전구를 대체할 수 있는 백색 발광 다이오드 조명 장치, 자동차 헤드 라이트 및 신호 등에까지 발광 소자의 응용이 확대되고 있다.
발광소자는 사파이어 기판상에 버퍼층을 형성하고 그 상부에 언도프(undoped)된 GaN층 및 n-GaN층이 차례대로 배치될 수 있다.
상기 n-GaN층 위에 단일 또는 다중 양자우물구조로 형성되어 광을 방출하는 활성층, 상기 활성층 위에 p-GaN층이 차례대로 적층되도록 구비될 수 있다.
각 층의 형성방법은 전자빔 증착기, PVD(Physical Vapor Deposiotion), CVD(Chemical Vapor Deposition), PLD(Plasma Laser Deposition), 이중형의 열증착기(Dual-type Thermal Evaporator), 스퍼터링(Sputtering), MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)등에 의해 형성 될 수 있다.
이러한 발광소자는 P/N 결합 사이의 활성층(19)에서의 전자와 정공의 재 결합에 의해 광자(Photon)가 발생되는 원리를 가지고 있다.
발광소자가 플립 칩(Flip chip)구조로 구비되는 경우 전술한 발광소자의 상면과 하부면이 뒤집힌 상태로 장착되게 된다.
이때, 기판이 가장 상부면에 위치하게 되고 상기 활성층에서 발생한 광은 상부의 기판을 통하여 외부로 이동하게 된다.
종래의 플립칩 타입의 발광소자는 광 추출 효율을 향상시키기 위하여 상기 기판상에 패턴을 형성하는 패터닝(Patterning), 에칭(Etching) 및 라우팅(Roughing)등의 방법을 사용하고 있었다.
하지만, 종래의 방법들은 화학용액을 사용하여 공정이 증가되어 생산효율을 떨어뜨리는 문제가 있었다.
또한, 화학적 반응을 이용하기 때문에 기판상에 형성되는 패턴의 자유도가 떨어지는 문제가 있었다.
또한, 화학용액을 사용하는 공정이 추가됨에 따라 작업자가 작업하는 경우 인체에 해로운 위험이 발생하는 문제가 있었다.
본 발명은 기판에 패턴을 형성함에 있어 화학용액을 사용하여 공정이 증가되어 생산효율을 떨어뜨리는 문제를 방지하는 발광소자를 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.
또한, 화학적 반응을 이용하기 때문에 기판상에 형성되는 패턴의 자유도가 떨어지는 것을 방지하는 발광소자를 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.
또한, 화학용액을 사용하는 공정이 추가됨에 따라 작업자가 작업하는 경우 인체에 해로운 위험이 발생하는 것을 방지하는 발광소자를 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.
본 발명은 전술한 문제를 해결하기 위하여, 기판 및 상기 기판 상에 배치된 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하는 발광 구조물을 포함하고, 상기 기판은 상기 발광 구조물 방향의 제1면 및 상기 제1 면과 마주보는 제2 면을 포함하고, 상기 기판의 제2 면에 복수 개의 패턴이 배치되고, 상기 복수 개의 패턴 중 적어도 하나는 제1 높이만큼 침강하는 제1 영역과 상기 제1 영역의 둘레에 배치되고 제2 높이만큼 돌출되는 제2 영역을 포함하는 발광소자를 제공하는 것을 과제의 해결 수단으로 한다.
또한, 상기 복수 개의 패턴은, 제1방향을 따라 제1간격 이격되도록 배치되는 복수 개의 제1패턴 및 상기 제1방향과 수직인 제2방향을 따라 제2간격 이격되도록 배치되는 복수 개의 제2패턴;을 포함하는 발광 소자를 제공하는 것을 과제의 해결 수단으로 한다.
또한, 상기 복수 개의 패턴은 상기 기판의 중심(C)으로부터 서로 상이한 반경을 가지는 동심원 형태의 복수 개의 제3패턴인 발광 소자를 제공하는 것을 과제의 해결 수단으로 한다.
또한, 상기 복수 개의 패턴은 상기 기판의 중심(C)으로부터 서로 상이한 반경을 가지는 다각형 형태의 복수 개의 제4패턴인 발광 소자를 제공하는 것을 과제의 해결 수단으로 한다.
또한, 상기 제4패턴은 삼각형 형태인 발광 소자를 제공하는 것을 과제의 해결 수단으로 한다.
또한, 상기 제1간격 및/또는 제2간격은 20um 내지 100um인 발광 소자를 제공하는 것을 과제의 해결 수단으로 한다.
또한, 상기 제1간격 및/또는 제2간격은 50um인 발광 소자를 제공하는 것을 과제의 해결 수단으로 한다.
또한, 상기 침강부는 상기 침강부의 일면을 형성하는 제1경사면 및 상기 침강부의 타면을 형성하는 제2경사면을 포함하며, 상기 제1경사면 및/또는 상기 제2경사면은 상기 기판의 일면과 제1각도만큼 기울어지도록 구비되는 발광 소자를 제공하는 것을 과제의 해결 수단으로 한다.
또한, 상기 제1각도는 10도 내지 75도인 발광 소자를 제공하는 것을 과제의 해결 수단으로 한다.
또한, 상기 제1각도는 45도인 발광 소자를 제공하는 것을 과제의 해결 수단으로 한다.
또한, 상기 제1경사면 및/또는 상기 제2경사면은 러프니스(Roughness)를 포함하는 발광 소자를 제공하는 것을 과제의 해결 수단으로 한다.
또한, 상기 패키지 몸체에 배치된 제1 전극층과 제2 전극층 및 상기 패키지 몸체상에 플립 본딩되고, 상기 제1 전극층과 제2 전극층에 전기적으로 연결되는 발광소자를 포함하는 발광소자 패키지를 제공하는 것을 과제의 해결 수단으로 한다.
본 발명은 기판에 패턴을 형성함에 있어 화학용액을 사용하여 공정이 증가되어 생산효율을 떨어뜨리는 문제를 방지하는 발광소자를 제공하는 것을 발명의 효과로 한다.
또한, 화학적 반응을 이용하기 때문에 기판상에 형성되는 패턴의 자유도가 떨어지는 것을 방지하는 발광소자를 제공하는 것을 발명의 효과로 한다.
또한, 화학용액을 사용하는 공정이 추가됨에 따라 작업자가 작업하는 경우 인체에 해로운 위험이 발생하는 것을 방지하는 발광소자를 제공하는 것을 발명의 효과로 한다.
도 1은 실시 예의 발광소자를 도시한 것이다.
도 2는 실시 예의 발광소자에 배치되는 기판의 상부에 형성되는 패턴의 일 실시 예를 도시한 것이다.
도 3은 실시 예의 발광소자에 배치되는 기판의 상부에 형성되는 패턴의 다른 실시 예를 도시한 것이다.
도 4는 실시 예의 발광소자에 배치되는 기판의 상부에 형성되는 패턴의 다른 실시 예를 도시한 것이다.
도 5는 실시 예의 발광소자에 배치되는 기판의 A-A'를 따라 절단된 단면을 도시한 것이다.
도 6은 실시 예의 발광소자에 배치되는 기판에 형성된 제1경사면의 각도에 따른 광추출효율의 변화를 도시한 그래프이다.
도 7은 실시 예의 발광소자가 배치된 발광소자 패키지의 일실시예를 나타낸 도면이다.
이하 상기의 목적을 구체적으로 실현할 수 있는 본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.
본 발명에 따른 실시예의 설명에 있어서, 각 element의 " 상(위) 또는 하(아래)(on or under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상(위) 또는 하(아래)(on or under)는 두개의 element가 서로 직접(directly)접촉되거나 하나 이상의 다른 element가 상기 두 element사이에 배치되어(indirectly) 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 "상(위) 또는 하(아래)(on or under)"으로 표현되는 경우 하나의 element를 기준으로 위쪽 방향 뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.
도 1은 실시 예의 발광소자를 포함하는 발광소자 패키지를 도시한 것이다.
실시 예의 발광소자 패키지는 발광소자가 플립 본딩 되어 있는 구조를 도시한 것이다.
도 1을 참조하면, 발광 소자(LED)는 기판(121), 발광 구조물(123), 제1 및 제2 범프(215A, 215B)를 포함할 수 있다.
기판(121)은 반도체 물질 성장에 적합한 물질, 캐리어 웨이퍼로 형성될 수 있다. 또한, 기판(121)은 열전도성이 뛰어난 물질로 형성될 수 있으며, 전도성 기판 또는 절연성 기판일 수 있다. 예를 들어 기판(121)은 사파이어(Al203), GaN, SiC, ZnO, Si, GaP, InP, Ga203, GaAs 중 적어도 하나를 포함하는 물질일 수 있다. 비록 도시되지는 않았지만 이러한 기판(121)의 아래에는 요철이 형성될 수 있다.
발광 구조물(123)은 기판(121) 아래에 제1 도전형 반도체층(123A), 활성층(123B), 및 제2 도전형 반도체층(123C)이 순차로 적층된 구조일 수 있다.
제1 도전형 반도체층(123A)은 반도체 화합물로 형성될 수 있다. 제1 도전형 반도체층(123A)은 3족-5족, 2족-6족 등의 화합물 반도체로 구현될 수 있으며, 제1 도전형 도펀트가 도핑될 수 있다.
발광 구조물(123)은 제1 도전형 반도체층(123A) 일부를 노출할 수 있다. 즉 발광 구조물(123)에서 제2 도전형 반도체층(123C), 활성층(123B) 및 제1 도전형 반도체층(123A)의 일부가 식각되어 제1 도전형 반도체층(123A)의 일부는 노출될 수 있다. 이때 메사 식각(mesa etching)에 의하여 노출되는 제1 도전형 반도체층(123A)의 노출면은 활성층(123B)의 상면보다 높게 위치할 수 있다.
활성층(123B)과 제1 도전형 반도체층(123A) 사이, 또는 활성층(123B)과 제2 도전형 반도체층(123C) 사이에는 도전형 클래드층(clad layer, 미도시)이 배치될 수도 있으며, 도전형 클래드층은 질화물 반도체(예컨대, AlGaN)로 형성될 수 있다.
기판(121)은 반도체 물질 성장에 적합한 물질이나 캐리어 웨이퍼로 형성될 수 있으며, 열 전도성이 뛰어난 물질로 형성될 수 있고, 전도성 기판 또는 절연성 기판을 포함할 수 있다. 예컨대, 사파이어(Al2O3), SiO2, SiC, Si, GaAs, GaN, ZnO, GaP, InP, Ge, Ga203 중 적어도 하나를 사용할 수 있다.
기판(121)과 발광 구조물(123)은 이종의 재료이므로 격자 상수 부정합(lattice mismatch)이 매우 크고 이들 사이에 열 팽창 계수 차이도 매우 크기 때문에, 결정성을 악화시키는 전위(dislocation), 멜트 백(melt-back), 크랙(crack), 피트(pit), 표면 모폴로지(surface morphology) 불량 등이 발생할 수 있다.
상술한 문제점을 해결하고자 기판(121)과 발광 구조물(123)의 사이에 버퍼층(215)을 형성할 수 있다.
발광 구조물(123)은 제1 도전형 반도체층(123A)과 활성층(123B) 및 제2 도전형 반도체층(123C)을 포함하여 이루어질 수 있다.
제1 도전형 반도체층(123A)은 -Ⅴ족, -Ⅵ족 등의 화합물 반도체로 구현될 수 있으며, 제1 도전형 도펀트가 도핑될 수 있다.
상세하게는 제1 도전형 반도체층(123A)은 AlxInyGa(1-x-y)N (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질, AlGaN, GaN, InAlGaN, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP, AlGaInP 중 어느 하나 이상으로 형성될 수 있다.
제1 도전형 반도체층(123A)이 n형 반도체층인 경우, 제1 도전형 도펀트는 Si, Ge, Sn, Se, Te 등과 같은 n형 도펀트를 포함할 수 있다. 제1 도전형 반도체층(123A)은 단층 또는 다층으로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
활성층(123B)은 제1 도전형 반도체층(123A)과 제2 도전형 반도체층(123C) 사이에 배치되며, 단일 우물 구조, 다중 우물 구조, 단일 양자 우물 구조, 다중 양자 우물(MQW:Multi Quantum Well) 구조, 양자점 구조 또는 양자선 구조 중 어느 하나를 포함할 수 있으며, 예를 들면 다중 양자 우물 구조로 이루어질 수 있다.
활성층(123B)은 -Ⅴ족 원소의 화합물 반도체 재료를 이용하여 우물층과 장벽층, 예를 들면 AlGaN/AlGaN, InGaN/GaN, InGaN/InGaN, AlGaN/GaN, InAlGaN/GaN, GaAs(InGaAs)/AlGaAs, GaP(InGaP)/AlGaP, InGaN/AlGaN 중 어느 하나 이상의 페어 구조로 형성될 수 있다.
우물층은 장벽층의 에너지 밴드 갭보다 작은 에너지 밴드 갭을 갖는 물질로 형성될 수 있다. 활성층(123B)이 녹색 파장 영역의 광을 방출할 때, 활성층(123B)은 다중양자우물 구조로 이루어질 수 있고, 예를 들면 InGaN/AlGaN 구조의 양자우물/양자벽으로 이루어질 수 있고, 상세하게는 In0 . 23GaN/Al0 . 1GaN 구조의 양자우물층/양자벽층의 페어(pair) 구조가 1주기 이상인 다중 양자 우물 구조일 수 있고, 양자 우물은 후술하는 제2 도전형 도펀트를 포함할 수 있다.
제2 도전형 반도체층(123C)은 반도체 화합물로 형성될 수 있다. 제2 도전형 반도체층(123C)은 -Ⅴ족, -Ⅵ족 등의 화합물 반도체로 구현될 수 있으며, 제2 도전형 도펀트가 도핑될 수 있다. 제2 도전형 반도체층(123C)은 예컨대, InxAlyGa1 -x- yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질, AlGaN, GaN AlInN, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP, AlGaInP 중 어느 하나 이상으로 형성될 수 있으며, 예를 들어 제2 도전형 반도체층(123C)이 AlxGa(1-x)N으로 이루어질 수 있다.
제2 도전형 반도체층(123C)이 p형 반도체층인 경우, 제2 도전형 도펀트는 Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등과 같은 p형 도펀트일 수 있다. 제2 도전형 반도체층(123C)은 단층 또는 다층으로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
이때, 제1 전극(123D)이 제1 도전형 반도체층(123A)과 제1 범프(125A) 사이에 배치되고, 제2 전극(123E)이 제2 도전형 반도체층(123C)와 제2 범프(125C) 사이에 배치될 수 있다.
제1 범프(125A)는 제1 전극과 제1 전극층(124) 사이에 배치될 수 있다. 제2 범프(125C)는 제2 전극과 제2 전극층(126) 사이에 배치될 수 있다.
제1 및 제2 전극층(124, 126)은 발광 구조물(123)의 두께 방향과 수직한 방향인 x축 방향으로 서로 이격되어 배치될 수 있다. 따라서, 제1 및 제2 전극층(124, 126)은 서로 전기적으로 분리되어 있다. 제1 및 제2 전극층(124, 126) 각각은 도전형 물질 예를 들면 금속으로 이루어질 수 있으며, 실시 예는 제1 및 제2 전극층(124, 126) 각각의 물질의 종류에 국한되지 않는다.
도 2는 실시 예의 발광소자에 배치되는 기판의 상부에 형성되는 패턴의 일 실시 예를 도시한 것이다.
도 2를 참조하면, 전술한 바와 같이 종래의 발광소자의 기판에 패턴을 형성하기 위해서는 화학 용액을 이용하여 패터닝, 에칭 및 라우팅등의 방식을 이용하게 되는데, 이로 인하여 공정이 증가하거나 상기 기판(121)에 형성되는 패턴(X, Y)의 자유도가 현저히 떨어지는 문제가 발생하였다.
본 실시 예에서는 전술한 문제를 해결하기 위하여 레이저(Laser)를 이용하여 발광소자의 기판(121)에 패턴(X,Y)을 형성할 수 있다.
실시 예의 패턴(X, Y)은 기판(121)의 상부면(121A)에 형성될 수 있으며, 제1방향을 따라 제1간격 이격되도록 복수 개의 제1패턴(X1-X6)이 형성될 수 있다.
또한, 제1방향과 수직방향인 제2방향을 따라 제2간격 이격되도록 복수 개의 제2패턴(Y1-Y5)이 형성될 수 있다.
제1패턴(X1-X6)는 제1방향을 따라 6개 형성되도록 도시되어 있고, 제2패턴(Y1-Y5)는 제2방향을 따라 5개 형성되도록 도시되어 있으나, 이는 일 실시 예를 설명하기 위한 것이며 제1패턴(X1-X6)의 개수와 제2패턴(Y1-Y5)의 개수는 사용자의 필요에 따라 변형될 수 있다.
또한, 제1패턴(X1-X6)의 개수와 제2패턴(Y1-Y5)의 개수는 서로 상이할 수 있다.
또한, 제1패턴(X1-X6)의 개수와 제2패턴(Y1-Y5)의 개수는 동일하도록 구비될 수 있다.
또한, 실시 예의 제1패턴(X1-X6)이 형성되는 제1방향과 제2패턴(Y1-Y5)이 형성되는 제2방향은 서로 수직방향을 이루도록 도시되어 있으나, 이 또한 일 실시 예를 도시한 것이고 제1방향과 제2방향은 수직되지 아니하고 소정 각도를 이루도록 구비될 수도 있다.
상기 제1패턴(X1-X6)들은 제1간격 만큼 서로 이격되도록 형성될 수 있는데, 상기 제1간격은 20um 내지 100um일 수 있고, 예를 들면 50um일 수 있다.
이는 제1패턴(X1-X6)들은 서로 50um 이격되도록 형성되는 경우 발광소자의 광 추출 효율이 가장 높게 나타나기 때문이다.
다만, 상기 제1간격은 제1패턴(X1-X6)이 형성되는 깊이 및 발광소자의 내부의 구조에 따라 달라질 수 있으며, 본 발명의 권리범위를 제한하는 것은 아니다.
또한, 상기 제2패턴(Y1-Y5)은 제2간격 이격되도록 형성될 수 있는데, 상기 제2간격은 20um 내지 100um 일 수 있고, 예를 들면 50um일 수 있다.
이는 제2패턴(Y1-Y5)이 50um 이격되도록 형성되는 경우 발광소자의 광 추출 효율이 가장 높게 나타나기 때문이다.
다만, 상기 제2간격은 제2패턴(Y1-Y5)이 형성되는 깊이 및 발광소자의 내부의 구조에 따라 달라질 수 있으며, 본 발명의 권리범위를 제한하는 것은 아니다.
상기 제1간격 및 상기 제2간격은 서로 동일하게 구비될 수 있다.
또한, 상기 제1간격 및 상기 제2간격은 서로 상이하도록 구비될 수도 있다.
상기 제1패턴(X1-X6) 및 상기 제2패턴(Y1-Y5)들 각각의 깊이는 1um 내지 5um로 구비될 수 있다.
이는, 종래의 발광소자의 기판(121)에 화학 반응을 이용하여 패턴을 형성하는 경우 패턴의 깊이는 적어도 5um이상으로 형성되어야 광 추출 효율이 증가하는 효과가 있었으나 실시 예의 발광소자의 기판(121)에 형성되는 패턴은 레이저를 사용하면 보다 패턴을 정교하게 형성할 수 있기 때문에 상기 패턴의 하부면에 형성되는 플랫(Flat)한 면이 상대적으로 줄어들어 상기 제1패턴(X1-X6) 및 상기 제2패턴(Y1-Y5)이 5um이하로 형성되어도 광 추출 효율을 증가시킬 수 있는 효과가 있다.
도 3은 실시 예의 발광소자에 배치되는 기판의 상부에 형성되는 패턴의 다른 실시 예를 도시한 것이다.
도 3을 참조하면, 실시 예의 발광소자에 배치되는 기판의 상부에는 상기 기판 상부의 중심(C)을 기준으로 서로 상이한 반경을 가지는 동심원 형태의 적어도 하나 이상의 제3패턴(O1-O5)를 포함할 수 있다.
이때, 상기 제3패턴(O1-O5)는 제3간격 이격되도록 배치될 수 있고, 상기 제3간격은 20um 내지 100um 일 수 있으며, 예를 들면 상기 제3간격은 50um일 수 있다.
이는 제3패턴(O1-O5)이 50um 이격되도록 형성되는 경우 발광소자의 광 추출 효율이 가장 높게 나타나기 때문이다.
도 3에 도시된 상기 제3패턴(O1-O5)은 원 형상을 가지도록 도시되어 있으나, 사용자의 필요에 따라 상기 제3패턴(O1-O5)은 원 형상이 아닌 타원 형상으로 구비될 수 있으며, 상기 제3간격이 서로 상이하게 구비될 수도 있다.
보다 자세하게는, 도 3에는 상기 제3패턴(O1-O5)가 동일한 간격을 가지면서 형성 되도록 도시되어 있으나 기판(121)의 중심(C)으로부터 반경방향 외측을 향하여 상기 복수 개의 제3패턴(O1-O5)이 형성되는 상기 제3간격이 증가되면서 구비될 수도 있고, 상기 기판(121)의 중심(C)으로부터 반경방향 외측을 향하여 상기 복수 개의 제3패턴(O1-O5)이 형성되는 상기 제3간격이 감소하면서 구비될 수 있다.
도 4는 실시 예의 발광소자에 배치되는 기판의 상부에 형성되는 패턴의 다른 실시 예를 도시한 것이다.
도 4를 참조하면, 실시 예의 발광소자에 배치되는 기판의 상부에는 상기 기판 상부의 중심(C)을 기준으로 서로 상이한 반경을 가지는 삼각형 형태의 적어도 하나 이상의 제4패턴(T1-T4)를 포함할 수 있다.
상기 제4패턴(T1-T4)는 제3간격 이격되도록 배치될 수 있다.
상기 제4간격은 20um 내지 100um 일 수 있고, 예를 들면 상기 제4간격은 50um일 수 있다.
이는 제4패턴(T1-T4)이 50um 이격되도록 형성되는 경우 발광소자의 광 추출 효율이 가장 높게 나타나기 때문이다.
도 4에 도시된 상기 제4패턴(T1-T4)은 삼각형 형상을 가지도록 도시되어 있으나, 사용자의 필요에 따라 상기 제4패턴(T1-T4)은 삼각형 형상이 아닌 다각형 형상으로 구비될 수 있으며, 상기 제4간격이 서로 상이하게 구비될 수도 있다.
보다 자세하게는, 도 4에는 상기 제4패턴(T1-T4)가 동일한 간격을 가지면서 형성 되도록 도시되어 있으나 기판(121)의 중심(C)으로부터 반경방향 외측을 향하여 상기 복수 개의 제4패턴(T1-T4)이 형성되는 상기 제3간격이 증가되면서 구비될 수도 있고, 상기 기판(121)의 중심(C)으로부터 반경방향 외측을 향하여 상기 복수 개의 제4패턴(T1-T4)이 형성되는 상기 제3간격이 감소하면서 구비될 수 있다.
도 2 내지 도 4에 도시된 상기 패턴(X, Y, O, T)를 형성하기 위하여 실시 예의 발광소자의 기판(121)에 조사하는 레이저의 파장은 352nm이고, 펄스 폭(Pulse Width)는 10ns 내지 20ns로 구비될 수 있다.
또한, 상기 레이저가 상기 기판(121)에 조사되는 주기는 250kHz 내지 350kHz로 구비될 수 있다.
만약, 상기 기판(121)에 조사되는 레이저의 주기가 250kHz 이하로 구비된다면 기판(121)에 상기 패턴(X, Y, O, T)를 형성하는 것이 불가능하며, 상기 기판(121)에 조사되는 레이저의 주기가 350kHz 이상이라면 레이저에 의해 상기 기판(121)에 데미지(damage)가 발생할 수 있기 때문이다.
다만, 상기 레이저의 파장, 파장폭, 조사주기 등은 일 실시 예를 나타낸 것이지, 사용자의 필요에 따라 얼마든지 변경 가능하고, 본 발명의 권리범위를 한정하지 아니한다.
도 5는 실시 예의 발광소자에 배치되는 기판의 A-A'를 따라 절단된 단면을 도시한 것이고, 도 6은 실시 예의 발광소자에 배치되는 기판에 형성된 제1경사면의 각도에 따른 광추출효율의 변화를 도시한 그래프이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 상기 기판(121)에 형성되는 패턴은 상기 기판(121)의 상부면(1215)으로부터 제1높이(H1) 침강되게 구비되는 제1경사면(1211), 상기 제1경사면(1211)과 대응되도록 구비되는 제2경사면(1212), 상기 제1경사면(1211)로 부터 상기 기판(121)의 상부면(1215)를 향하여 제2높이(H2) 돌출되도록 구비되는 제1돌출부(1213) 및 상기 제2경사면(1211)로 부터 상기 기판(121)의 상부면(1215)를 향하여 제2높이(H2) 돌출되도록 구비되는 제2돌출부(1214)를 포함할 수 있다.
환언하자면, 실시 예의 기판(121)은 복수 개의 패턴 중 적어도 하나는 제1높이(H1)만큼 침강하는 제1영역(1211, 1212)과 상기 제1영역(1211, 1212)의 둘레에 배치되고 제2높이(H2)만큼 돌출되는 제2영역(1213, 1214)를 포함할 수 있다.
상기 제1영역(1211, 1212)는 일면이 제1경사면(1211)으로 이루어지고, 타면이 제2경사면(1212)로 이루어지는 공간을 의미할 수 있다.
또한, 상기 제2영역(1213, 1214)은 제1돌출부(1213) 및 제2돌출부(1211)을 모두 포함하는 개념일 수 있다.
전술한 바와 같이, 상기 제1높이(H1)는 1um 내지 5um로 구비될 수 있다.
상기 제1영역(1211, 1212)의 제1높이(H1)는 상기 제2높이(H2)의 1배 내지 5배로 구비될 수 있다.
제2영역(1213, 1214)은 레이저를 이용하여 기판(121)에 패턴을 형성할 때 기판에서 이탈되는 파편들이 열에 의해 녹은 후에 재 응고되어 형성되는데, 이는 실시 예의 발광소자에서 발광하는 광을 흡수하기 때문에 제1높이(H1)가 상기 제2높이(H2)의 1배 이하로 구비되는 경우 광 추출 효율이 감소하기 때문이다.
상기 제1경사면(1211)은 기판(121)의 상부면(1215)와 평행한 기준선(1216)과 제1각도(θ1)를 갖도록 구비될 수 있다.
상기 제2경사면(1212)은 상기 기준선(1216)과 제2각도(θ2)를 갖도록 구비될 수 있다.
상기 제1각도(θ1)와 상기 제2각도(θ2)는 10° 내지 75°로 구비될 수 있다.
보다 바람직하게는, 제1각도(θ1)와 상기 제2각도(θ2)는 45°로 구비될 수 있다.
이는, 도 6에 도시된 그래프와 같이 제1각도(θ1)와 상기 제2각도(θ2)는 45°로 구비되는 경우 발광소자의 광 추출 효율이 최대가 되기 때문이다.
상기 제1각도(θ1)와 상기 제2각도(θ2)는 동일하도록 구비될 수 있다.
상기 제1각도(θ1)와 상기 제2각도(θ2)는 동일하도록 구비되는 경우 광량이 어느 한쪽으로 치우치지 않고 균일하게 진행하도록 할 수 있는 효과가 있다.
또한, 상기 제1각도(θ1)와 상기 제2각도(θ2)는 서로 상이하게 구비될 수도 있다.
상기 제1각도(θ1)와 상기 제2각도(θ2)는 서로 상이하게 구비된다면 어느 한쪽 방향으로 진행하는 광량을 증가시킬 수 있는 효과가 있다.
즉, 제1각도(θ1)와 상기 제2각도(θ2)는 사용자의 필요에 따라 다르게 구비될 수 있으며, 이는 본 발명의 권리범위를 제한하지 아니한다.
제1경사면(1211) 및/또는 제2경사면(1212)은 도면에 도시된 바와 같이 플랫(Flat)한 평면으로 구비될 수 있다.
또한, 제1경사면(1211) 및/또는 제2경사면(1212)은 도면에 도시되지는 않았지만 소정높이 돌출 및 침강 되도록 구비되는 러프니스(Roughness)를 갖도록 구비될 수 있다.
상기 제1경사면(1211) 및/또는 제2경사면(1212)이 소정높이 돌출 및 침강 되도록 구비되는 러프니스(Roughness)를 갖도록 구비됨으로 인하여 활성층(123B)에서 발광하는 광을 보다 효율적으로 추출할 수 있다.
전술한 바와 같이 레이저 가공으로 기판(121)의 일 면에 패턴을 형성시킨 발광소자는 광 추출 효과 측면에서는 플립칩 구조로 배치될 때, 기판(121)의 하부에 배치되는 활성층(123B)에서 발광한 광이 기판(121)의 상부면(121A)을 통하여 보다 효율적으로 추출될 수 있어 광 추출 효과가 개선되고, 제조 공정 측면에서는 기판(121)에 종래의 화학 반응을 이용하는 것 보다 레이저를 이용하여 보다 안전하고 정교하게 패턴을 형성할 수 있는 효과가 있다.
도 7은 발광소자가 배치된 발광소자 패키지의 일실시예를 나타낸 도면이다.
발광소자 패키지(400)는 캐비티(cavity)를 가지는 패키지 몸체(410)에 제1 리드 프레임(421) 및 제2 리드 프레임(422)이 배치될 수 있으며, 제1 리드 프레임(421) 및 제2 리드 프레임(422)이 패키지 몸체(410)를 관통하며 배치되고 있으나 다른 형상으로 배치될 수도 있다.
발광 소자(200)는 제1 리드 프레임(421) 및 제2 리드 프레임(422)와 와이어(430)로 전기적으로 연결되며 배치되고, 캐비티 내에는 몰딩부(440)가 채워지며, 몰딩부(440)는 형광체(445)를 포함할 수 있다.
도 7의 발광소자 패키지(400)에서, 발광소자(200)에서 제1 파장 영역의 광 예를 들면 청색 파장 영역의 광이 방출되고, 형광체(445)가 제1 파장 영역의 광에 의하여 여기되어 보다 장파장인 제2 파장 영역의 광을 방출할 수 있으며, 제1 파장 영역의 광과 제2 파장 영역의 광이 혼합되어 제3 파장 영역의 광 예를 들면 백색광을 구현할 수 있다.
실시 예에 따른 발광 소자 패키지는 복수 개가 기판상에 어레이될 수 있고, 발광 소자 패키지의 광 경로 상에 광학 부재인 도광판, 프리즘 시트, 확산 시트 등이 배치될 수 있다. 이러한 발광 소자 패키지, 기판, 광학 부재는 백라이트 유닛으로 기능할 수 있다.
또한, 실시 예에 따른 발광 소자 패키지를 포함하는 표시 장치, 지시 장치, 조명 장치로 구현될 수 있다.
여기서, 표시 장치는 바텀 커버와, 바텀 커버 상에 배치되는 반사판과, 광을 방출하는 발광 모듈과, 반사판의 전방에 배치되며 발광 모듈에서 발산되는 빛을 전방으로 안내하는 도광판과, 도광판의 전방에 배치되는 프리즘 시트들을 포함하는 광학 시트와, 광학 시트 전방에 배치되는 디스플레이 패널과, 디스플레이 패널과 연결되고 디스플레이 패널에 화상 신호를 공급하는 화상 신호 출력 회로와, 디스플레이 패널의 전방에 배치되는 컬러 필터를 포함할 수 있다. 여기서 바텀 커버, 반사판, 발광 모듈, 도광판, 및 광학 시트는 백라이트 유닛(Backlight Unit)을 이룰 수 있다.
또한, 조명 장치는 기판과 실시 예에 따른 발광 소자 패키지를 포함하는 광원 모듈, 광원 모듈의 열을 발산시키는 방열체, 및 외부로부터 제공받은 전기적 신호를 처리 또는 변환하여 광원 모듈로 제공하는 전원 제공부를 포함할 수 있다. 예를 들어, 조명 장치는, 램프, 해드 램프, 또는 가로등을 포함할 수 있다.
해드 램프는 기판 상에 배치되는 발광 소자 패키지들을 포함하는 발광 모듈, 발광 모듈로부터 조사되는 빛을 일정 방향, 예컨대, 전방으로 반사시키는 리플렉터(reflector), 리플렉터에 의하여 반사되는 빛을 전방으로 굴절시키는 렌즈, 및 리플렉터에 의하여 반사되어 렌즈로 향하는 빛의 일부분을 차단 또는 반사하여 설계자가 원하는 배광 패턴을 이루도록 하는 쉐이드(shade)를 포함할 수 있다.
전술한 발광 소자는 자외선(Ultra Violet, UV) 파장 대역의 광을 방출하도록 구비될 수 있다.
자외선은 파장대에 따라 세가지(UVA, UVB, UVC)로 구분될 수 있다.
UVA는 파장대가 320nm 내지 400nm인 자외선이고, UVB는 파장대가 290nm 내지 320nm인 자외선이며, UVC는 파장대가 290nm이하인 자외선이다.
즉, 상기 발광 소자는 자외선 파장 대역의 광을 방출하여 대상 물체에 포함되어 있는 균을 살균하는 살균장치에 구비될 수 있다.
이상에서 실시 예를 중심(C)으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시 예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시 예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
121: 기판 123: 발광구조물
123A: 제1도전형 반도체층 123B: 활성층
123C: 제2도전형 반도체층 125A: 제1범퍼
125C: 제2 범퍼 1211: 제1경사면
1212: 제2경사면 1213: 제1돌출부
1214: 제2돌출부

Claims (12)

  1. 기판; 및
    상기 기판 상에 배치된 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하는 발광 구조물을 포함하고,
    상기 기판은,
    상기 기판상에 소정 간격 이격되게 구비되는 복수 개의 패턴을 포함하며,
    상기 복수 개의 패턴은 제1높이 침강되도록 구비되는 침강부를 포함하고,
    상기 침강부는 상기 기판의 일면으로부터 제2높이 돌출되도록 구비되는 적어도 하나 이상의 돌출부를 포함하는 발광소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수 개의 패턴은,
    제1방향을 따라 제1간격 이격되도록 배치되는 복수 개의 제1패턴; 및
    상기 제1방향과 수직인 제2방향을 따라 제2간격 이격되도록 배치되는 복수 개의 제2패턴;을 포함하는 발광 소자.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 복수 개의 패턴은,
    상기 기판의 중심으로부터 서로 상이한 반경을 가지는 동심원 형태의 복수 개의 제3패턴인 발광 소자.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 복수 개의 패턴은,
    상기 기판의 중심으로부터 서로 상이한 반경을 가지는 다각형 형태의 복수 개의 제4패턴인 발광 소자.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제4패턴은 삼각형 형태인 발광 소자.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 제1간격 및/또는 제2간격은 20um 내지 100um인 발광 소자.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1간격 및/또는 제2간격은 50um인 발광 소자.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 침강부는,
    상기 침강부의 일면을 형성하는 제1경사면; 및
    상기 침강부의 타면을 형성하는 제2경사면;을 포함하며,
    상기 제1경사면 및/또는 상기 제2경사면은 상기 기판의 일면과 제1각도만큼 기울어지도록 구비되는 발광 소자.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1각도는 10도 내지 75도인 발광 소자.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1각도는 45도인 발광 소자.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 제1경사면 및/또는 상기 제2경사면은 러프니스(Roughness)를 포함하는 발광 소자.
  12. 홈이 형성된 도전성 기판; 및
    상기 도전성 기판의 홈에 적어도 일부가 삽입되어 배치되는 발광소자;를 포함하고,
    상기 발광소자는,
    기판; 및
    상기 기판 상에 배치된 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하는 발광 구조물을 포함하고,
    상기 기판은,
    상기 기판상에 소정 간격 이격되게 구비되는 복수 개의 패턴을 포함하며,
    상기 복수 개의 패턴은 제1높이 침강되도록 구비되는 침강부를 포함하고,
    상기 침강부는 상기 기판의 일면으로부터 제2높이 돌출되도록 구비되는 적어도 하나 이상의 돌출부를 포함하는 발광소자 패키지.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20110066311A (ko) * 2009-12-11 2011-06-17 엘지디스플레이 주식회사 반도체 발광소자 및 그 제조방법

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