KR101946244B1 - 반도체 발광소자 - Google Patents
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Abstract
본 개시는, 반도체 발광소자에 있어서, 바닥부를 포함하는 몸체;로서, 바닥부에 적어도 하나 이상의 홀이 형성된 몸체; 각각의 홀에 위치하는 반도체 발광소자 칩;으로서, 전자와 정공의 재결합에 의해 빛을 생성하는 복수의 반도체층과, 복수의 반도체층에 전기적으로 연결된 전극을 구비하는 반도체 발광소자 칩; 반도체 발광소자 칩을 덮는 봉지재; 그리고, 몸체 바닥부의 홀과 중첩되지 않게 몸체에 위치하는 적어도 하나 이상의 보강재;를 포함하며, 반도체 발광소자 칩의 전극이 몸체 바닥부의 하면 방향으로 노출되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자에 대한 것이다.
Description
본 개시(Disclosure)는 전체적으로 반도체 발광소자에 관한 것으로, 특히 광추출 효율을 향상시킨 반도체 발광소자에 관한 것이다.
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).
도 1은 종래의 반도체 발광소자 칩의 일 예를 나타내는 도면이다.
반도체 발광소자 칩은 성장기판(10; 예: 사파이어 기판), 성장기판(10) 위에, 버퍼층(20), 제1 도전성을 가지는 제1 반도체층(30; 예: n형 GaN층), 전자와 정공의 재결합을 통해 빛을 생성하는 활성층(40; 예; INGaN/(In)GaN MQWs), 제1 도전성과 다른 제2 도전성을 가지는 제2 반도체층(50; 예: p형 GaN층)이 순차로 증착되어 있으며, 그 위에 전류 확산을 위한 투광성 전도막(60)과, 본딩 패드로 역할하는 전극(70)이 형성되어 있고, 식각되어 노출된 제1 반도체층(30) 위에 본딩 패드로 역할하는 전극(80: 예: Cr/Ni/Au 적층 금속 패드)이 형성되어 있다. 도 1과 같은 형태의 반도체 발광소자를 특히 레터럴 칩(Lateral Chip)이라고 한다. 여기서, 기판(10) 측이 외부와 전기적으로 연결될 때 장착면으로 기능한다.
도 2는 한국공개특허공보 제10-2015-0073521호에 기재된 반도체 발광소자 칩의 다른 예를 나타내는 도면이다. 설명의 편의를 위해 도면기호를 변경하였다.
반도체 발광소자 칩은 성장기판(10), 성장기판(10) 위에, 제1 도전성을 가지는 제1 반도체층(30), 전자와 정공의 재결합을 통해 빛을 생성하는 활성층(40), 제1 도전성과 다른 제2 도전성을 가지는 제2 반도체층(50)이 순차로 증착되어 있으며, 그 위에 성장기판(10) 측으로 빛을 반사시키기 위한 3층으로 된 전극막(90, 91, 92)이 형성되어 있다. 제1 전극막(90)은 Ag 반사막, 제2 전극막(91)은 Ni 확산 방지막, 제3 전극막(92)은 Au 본딩층일 수 있다. 식각되어 노출된 제1 반도체층(30) 위에 본딩 패드로 기능하는 전극(80)이 형성되어 있다. 여기서, 전극막(92) 측이 외부와 전기적으로 연결될 때 장착면으로 기능한다. 도 2와 같은 형태의 반도체 발광소자를 특히 플립 칩(Flip Chip)이라고 한다. 도 2에 도시된 플립 칩의 경우 제1 반도체층(30) 위에 형성된 전극(80)이 제2 반도체층 위에 형성된 전극막(90, 91, 92)보다 낮은 높이에 있지만, 동일한 높이에 형성될 수 있도록 할 수도 있다. 여기서 높이의 기준은 성장기판(10)으로부터의 높이일 수 있다.
도 3은 종래의 반도체 발광소자의 일 예를 나타내는 도면이다.
반도체 발광소자(100)는 리드 프레임(110, 120), 몰드(130), 그리고 캐비티(140) 내에 수직형 반도체 발광소자 칩(150; Vertical Type Light Emitting Chip)이 구비되어 있고, 캐비티(140)는 파장 변환재(160)를 함유하는 봉지제(170)로 채워져 있다. 수직형 반도체 발광소자 칩(150)의 하면이 리드 프레임(110)에 전기적으로 직접 연결되고, 상면이 와이어(180)에 의해 리드 프레임(120)에 전기적으로 연결되어 있다. 수직형 반도체 발광소자 칩(150)에서 나온 광의 일부가 파장 변환재(160)를 여기 시켜 다른 색의 광을 만들어 두 개의 서로 다른 광이 혼합되어 백색광을 만들 수 있다. 예를 들어 반도체 발광소자 칩(150)은 청색광을 만들고 파장 변환재(160)에 여기 되어 만들어진 광은 황색광이며, 청색광과 황색광이 혼합되어 백색광을 만들 수 있다. 도 3은 수직형 반도체 발광소자 칩(150)을 사용한 반도체 발광소자를 보여주고 있지만 , 도 1 및 도 2에 도시된 반도체 발광소자 칩을 사용하여 도 3과 같은 형태의 반도체 발광소자를 제조할 수도 있다. 그러나 도 3에 기재된 반도체 발광소자(100)는 반도체 발광소자 칩(150)과 리드 프레임(110, 120) 사이에 접합이 필요하며, 특히 도 2에 도시된 플립 칩을 사용하는 경우 리드 프레임(110, 120)에 접합하는 과정에서 플립 칩에서 나오는 광량이 접합물질(예 : solder paste)에 의해 손실될 가능성이 큰 문제가 있었다. 또한 반도체 발광소자(100)를 외부(예 : PCB 기판, 서브마운트 등)와 접합하는 SMT 공정 중 발생하는 열 때문에 반도체 발광소자 칩(150)과 리드 프레임(110, 120) 사이의 접합에 문제가 발생할 수 있었다.
본 개시는 반도체 발광소자에 사용된 반도체 발광소자 칩의 전극이 직접 외부(예 : PCB 기판, 서브마운트 등)와 접합하는 반도체 발광소자를 제공하고자 한다. 특히 플립 칩을 사용하였음에도 리드 프레임과 플립 칩 사이의 접합에 의해 플립 칩에서 나오는 광량에 손실이 없도록 리드 프레임과 플립 칩 사이에 접합이 필요없는 반도체 발광소자를 제공하고자 한다.
이에 대하여 '발명을 실시하기 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, 바닥부를 포함하는 몸체;로서, 바닥부에 적어도 하나 이상의 홀이 형성된 몸체; 각각의 홀에 위치하는 반도체 발광소자 칩;으로서, 전자와 정공의 재결합에 의해 빛을 생성하는 복수의 반도체층과, 복수의 반도체층에 전기적으로 연결된 전극을 구비하는 반도체 발광소자 칩; 반도체 발광소자 칩을 덮는 봉지재; 그리고, 몸체의 길이 방향으로 홀과 중첩되지 않게 몸체에 위치하는 적어도 하나 이상의 보강재;를 포함하며, 반도체 발광소자 칩의 전극이 몸체 바닥부의 하면 방향으로 노출되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자가 제공된다.
이에 대하여 '발명을 실시하기 위한 구체적인 내용'의 후단에 기술한다.
도 1은 종래의 반도체 발광소자 칩의 일 예를 나타내는 도면,
도 2는 한국공개특허공보 제10-2015-0073521호에 기재된 반도체 발광소자 칩의 다른 예를 나타내는 도면,
도 3은 종래의 반도체 발광소자의 일 예를 나타내는 도면,
도 4는 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 일 예를 보여주는 도면,
도 5는 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 다른 일 예를 보여주는 도면,
도 6은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 다른 일 예를 보여주는 도면,
도 7은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 일 예를 보여주는 도면,
도 8은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 일 예를 보여주는 도면,
도 9는 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 일 예를 보여주는 도면,
도 10은 본 개시에 따른 반도체 발광소자에서 보강재의 다양한 실시 예를 보여주는 도면,
도 11은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 일 예를 보여주는 도면,
도 12는 본 개시에 따른 반도체 발광소자에 사용되는 반도체 발광소자 칩의 일 예를 보여주는 도면,
도 13은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 일 예를 보여주는 도면,
도 14는 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 제조방법을 보여주는 도면,
도 15는 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 다른 제조방법을 보여주는 도면,
도 16은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 일 예를 보여주는 도면.
도 2는 한국공개특허공보 제10-2015-0073521호에 기재된 반도체 발광소자 칩의 다른 예를 나타내는 도면,
도 3은 종래의 반도체 발광소자의 일 예를 나타내는 도면,
도 4는 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 일 예를 보여주는 도면,
도 5는 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 다른 일 예를 보여주는 도면,
도 6은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 다른 일 예를 보여주는 도면,
도 7은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 일 예를 보여주는 도면,
도 8은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 일 예를 보여주는 도면,
도 9는 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 일 예를 보여주는 도면,
도 10은 본 개시에 따른 반도체 발광소자에서 보강재의 다양한 실시 예를 보여주는 도면,
도 11은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 일 예를 보여주는 도면,
도 12는 본 개시에 따른 반도체 발광소자에 사용되는 반도체 발광소자 칩의 일 예를 보여주는 도면,
도 13은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 일 예를 보여주는 도면,
도 14는 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 제조방법을 보여주는 도면,
도 15는 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 다른 제조방법을 보여주는 도면,
도 16은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 일 예를 보여주는 도면.
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 4는 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 일 예를 보여주는 도면이다.
도 4(a)는 본 개시에 따른 반도체 발광소자(200)에 대한 사시도이며, 도 4(b)는 AA'에 따른 단면도이다.
본 개시에 따른 반도체 발광소자(200)는 몸체(210), 반도체 발광소자 칩(220) 및 봉지재(230)를 포함하고 있다.
몸체(210)는 측벽(211) 및 바닥부(212)를 포함할 수 있다. 바닥부(212)는 홀(213)을 포함하고 있다. 또한 측벽(211) 및 바닥부(212)에 의해 형성된 캐비티(214)를 포함할 수 있다. 바닥부(212)는 상면(215)과 하면(216)을 포함할 수 있다. 측벽(211)은 외측면(217)과 내측면(218)을 포함할 수 있다. 측벽(211)의 높이(H)는 바닥부(212)의 길이(L)보다 작을 수 있다. 측벽(211)의 높이(H)는 0.1mm 이상 내지 0.6mm 이하 일 수 있으며, 바닥부(212)의 길이(L)는 0.5mm 이상일 수 있다. 또한 측벽(211)은 없을 수도 있다(미도시). 홀(213)의 크기는 반도체 발광소자 칩(220)의 크기와 비슷하거나 반도체 발광소자 칩(220)의 크기의 1.5배가 바람직하다. 또한 홀(213)의 측면(240)은 광 추출 효율의 향상을 위해 경사진 것이 바람직하다.
반도체 발광소자 칩(220)은 홀(213)에 위치하고 있다. 반도체 발광소자 칩(220)은 래터럴 칩, 수직 칩 및 플립 칩이 가능하다. 다만 본 개시에서 반도체 발광소자 칩의 전극(221)이 몸체(210) 바닥부(212) 하면(216) 방향으로 노출되어 있는 점에서 플립 칩이 바람직하다. 바닥부(212)의 높이(219)는 반도체 발광소자 칩(220)의 높이(222)보다 낮은 것이 바람직하다. 바닥부(212)의 높이(219)가 반도체 발광소자 칩(220)의 높이(222)보다 높은 경우 반도체 발광소자(200)의 광 추출 효율이 떨어질 수 있기 때문이다. 다만 광 추출 효율이 떨어질 수 있지만, 광 경로 등을 고려하여 바닥부(212)의 높이(219)가 반도체 발광소자 칩(220)의 높이보다 높게 할 수도 있다. 바닥부(212)의 높이(219) 및 반도체 발광소자 칩(220)의 높이(222)는 바닥부(212)의 하면(216)을 기준으로 측정할 수 있다. 반도체 발광소자 칩(220)의 높이(222)는 0.05mm 이상 내지 0.5mm 이하 일 수 있다. 바닥부(212)의 높이(219)는 0.08mm 이상 내지 0.4mm 이하 일 수 있다.
봉지재(230)는 적어도 캐비티(214)에 구비되어 반도체 발광소자 칩(220)을 덮고 있어서, 홀(213)에 위치하고 있는 반도체 발광소자 칩(220)을 몸체(210)에 고정시킬 수 있다. 봉지재(230)는 투광성을 갖고 있으며, 에폭시 수지 및 실리콘 수지 중 하나로 이루어질 수 있다. 필요한 경우 파장 변환재(231)를 포함할 수 있다. 파장 변환재(231)는 반도체 발광소자 칩(220)의 활성층으로부터 생성되는 빛을 다른 파장의 빛으로 변환하는 것이라면 어떠한 것이라도 좋지만(예: 안료, 염료 등), 광 변환 효율을 고려할 때 형광체(예: YAG, (Sr,Ba,Ca)2SiO4:Eu 등)를 사용하는 것이 바람직하다. 또한 파장 변환재(231)는 반도체 발광소자에서 나오는 빛의 색에 따라 정해질 수 있으며, 당업자에게 잘 알려져 있다.
도 5는 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 다른 일 예를 보여주는 도면이다.
본 개시에 따른 반도체 발광소자(300)는 접합부(330)를 포함할 수 있다.
접합부(330)를 제외하고는 도 4에 기재된 반도체 발광소자(200)와 동일한 특성을 갖는다. 접합부(330)는 몸체(310) 바닥부(311)의 하면(312)에 위치한다. 다만 몸체(310) 바닥부(311)의 하면(312) 방향으로 노출된 반도체 발광소자 칩(320)의 전극(321)과 떨어져 위치한다. 접합부(330)로 인하여 반도체 발광소자(300)가 외부(예 : PCB 기판, 서브 마운트)와 접합될 때, 전극(321)만으로 접합하는 경우보다 접합력이 향상될 수 있다. 접합부(330)는 금속일 수 있다. 예를 들어 접합부(330)는 은(Ag), 구리(Cu) 및 금(Au) 중 하나일 수 있다. 또한 접합부(330)는 2개 이상의 금속의 조합일 수 있다. 예를 들어 니켈(Ni)과 구리 조합, 크롬(Cr)과 구리 조합, 티타늄(Ti)과 구리 조합 중 하나일 수 있다. 당업자가 용이하게 변경할 수 있는 범위에서 접합부(330)는 다양한 조합이 가능하다. 도 5(b)는 도 5(a)의 저면도이며, 전극(321)과 접합부(330)의 배치를 확인할 수 있다. 또한 도시하지는 않았지만, 필요한 경우에는 접합부(330)가 반도체 발광소자 칩(320)의 전극(321)과 접하여 위치함으로써, 전극 기능을 수행할 수도 있다.
도 6은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 일 예를 보여주는 도면이다.
본 개시에 따른 반도체 발광소자(400)는 몸체(410)의 바닥부(411)와 반도체 발광소자 칩(420) 사이에 반사 물질(430)을 포함할 수 있다. 반사 물질(430)을 제외하고는 도 5에 기재된 반도체 발광소자(300)와 동일한 특성을 갖는다. 반사 물질(430)이 반도체 발광소자 칩(420)의 측면에 위치함으로써 반도체 발광소자 칩(420)의 측면에서 나오는 빛을 반사시켜, 반도체 발광소자(400)의 광 추출 효율을 향상시킬 수 있다. 반사 물질(430)은 백색 반사 물질이 바람직하다. 예를 들어 백색 실리콘 수지일 수 있다. 또한 도 6(b)와 같이 반사 물질(430)과 반도체 발광소자 칩(420) 사이에 공간(431)이 형성되게 반사 물질(430)이 위치할 수도 있다.
도 7은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 일 예를 보여주는 도면이다.
본 개시에 따른 반도체 발광소자(500)는 몸체(510) 측벽(511)의 내측면(513) 및 바닥부(512)의 상면(514) 중 적어도 하나에 반사층(530)을 포함할 수 있다. 반사층(530)을 제외하고는 도 5에 기재된 반도체 발광소자(300)와 동일한 특성을 갖는다. 반사층(530)은 몸체(510) 바닥부(512)의 상면(514) 전체에 형성될 수 있다. 반사층(530)은 알루미늄(Al), 은(Ag), 분포 브래그 리플렉터(DBR : Distributed Bragg Reflector), 고반사 백색 반사물질 등이 될 수 있다. 특히 도 3과 같은 종래의 반도체 발광소자(100)에는 리드 프레임(110, 120)에 반도체 발광소자 칩(150)이 접합되어야 하기 때문에, 반사효율이 좋은 금속의 반사층이 반도체 발광소자 칩(150)이 접합되는 리드 프레임(110, 120) 상면 전체에 전기적 쇼트 문제로 인하여 형성될 수 없었다. 그러나 본 개시에서는 반도체 발광소자 칩(520)에 접합되는 리드 프레임이 없으며, 또한 바닥부(512)의 상면(514)에 반도체 발광소자 칩(520)이 위치하지 않기 때문에, 반사효율이 높은 금속의 반사층(530)이 바닥부(512)의 상면(514) 전체에 형성될 수 있다. 반사효율이 높은 금속의 반사층(530)을 바닥부(512)의 상면(514) 전체에 형성시킴으로써, 반도체 발광소자(500)의 광 추출 효율을 향상시킬 수 있다. 또한 도시 하지는 않았지만, 반사층(530)은 홀의 측면에 위치할 수도 있다.
도 8은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 일 예를 보여주는 도면이다.
본 개시에 따른 반도체 발광소자(600)는 몸체(610) 바닥부(611)에 복수개의 홀(612)을 포함하며, 각각의 홀(612)에 반도체 발광소자 칩(620)이 위치할 수 있다. 복수개의 홀(612) 및 각각의 홀(612)에 반도체 발광소자 칩(620)이 위치하는 것을 제외하고는 도 5에 기재된 반도체 발광소자(300)와 동일한 특성을 갖는다. 도 8에는 2개의 홀이 기재되어 있으나, 2개 이상도 가능하다. 또한 각각의 홀(612)에 위치하는 반도체 발광소자 칩(620)은 서로 다른 색을 발광할 수 있다.
도 9는 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 일 예를 보여주는 도면이다. 도 9(a)는 저면도이며, 도 9(b)는 사시도 이다.
본 개시에 따른 반도체 발광소자(700)는 보강재(720)를 포함할 수 있다. 보강재(720)를 제외하고는 도 4에 기재된 반도체 발광소자(200)와 동일한 특성을 갖는다. 보강재(720)는 복수 개 일 수 있다. 도 9에 도시된 것처럼 보강재(720)가 2개인 경우 홀(711) 및 홀(711)에 위치하는 반도체 발광소자 칩(730)은 보강재(720) 사이에 위치할 수 있다. 보강재(720)와 홀(711)은 중첩되지 않게 배치하는 것이 바람직하다. 보강재(720)는 몸체(710)의 휨이나 휨에 의한 몸체(710)의 깨짐 문제 등을 보완할 수 있다. 보강재(720)는 금속이 바람직하다. 보강재(720)는 도 3에 기재된 리드 프레임일 수도 있다. 또한 보강재(720)는 도 5에 기재된 접합부의 기능도 가질 수 있다.
도 10은 본 개시에 따른 반도체 발광소자에서 보강재의 다양한 실시 예를 보여주는 도면이다. 도 10(a) 내지 도 10(c)는 사시도이며, 도 10(d) 및 도 10(e)는 저면도이다.
도 10(a) 내지 도 10(c)는 보강재(720)의 다양한 실시 예로서 몸체(710)의 바닥부의 상면(712)과 하면(713) 사이에 보강재(720)가 다양하게 위치하는 것을 보여주고 있다. 도 10(a)의 보강재(720)는 몸체(710)에 완전히 삽입되어 있는 것을 보여준다. 도 10(b)의 보강재(720)는 보강재(720)의 하면(721)이 몸체(710) 바닥부의 하면(713)과 일치하는 것을 보여준다. 도 10(c)의 보강재(720)는 보강재(720)의 일부가 몸체(710) 바닥부의 하면(713)에서 돌출되어 있는 것을 보여준다. 또한 도 10(d)를 보면 보강재(720)가 몸체(710)의 길이방향으로 형성되어 있는 도 9(a)와 다르게 보강재(720)가 몸체(710)의 길이방향과 세로방향에 모두 형성되어 있는 것을 보여준다. 보강재(720)가 몸체(710)의 홀과 중첩되지 않게 가능한 넓은 영역에 형성되는 것이 몸체(710)의 휨이나 휨에 의한 몸체(710)의 깨짐 문제 등에 바람직하다.
도 11은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 일 예를 보여주는 도면이다. 도 11(a) 및 도 11(c)는 저면도이며, 도 11(b)는 도 11(a)의 AA'를 따라 자른 단면도이고 도 11(d)는 도 11(c)의 BB'를 따라 자른 단면도이다.
보강재(720)를 포함하는 반도체 발광소자(700)는 도 11(a) 및 도 11(b)와 같이 보강재(720)가 반도체 발광소자 칩(730)을 정전기 또는 역방향 전류로부터 보호하기 위한 보호 소자(740; 예: 제너 다이오드, pn 다이오드)를 포함할 수 있다. 또한 도 11(b)와 같이 보강재(720)에 보호 소자(740)가 삽입되어 있다. 보호 소자(740)는 보호 소자(740)의 전극(741)을 제외하고 예를 들어 백색 실리콘 수지(750)로 덮혀 있다. 다만 보호 소자(740)의 크기가 작기 때문에 외부(예 : PCB 기판, 서브마운트 등)의 전극에 직접 실장하는 것이 어려울 수 있으며, 이를 해결하기 위해 도 11(c) 및 도 11(d)와 같이 몸체(710)에 보호 소자(740)가 삽입될 수 있다. 보호 소자(740)는 단락된 보강재(720) 위에 위치한다. 보호 소자(740)는 백색 실리콘 수지(750)로 덮혀 있다. 보강재(720)가 외부(예 : PCB 기판, 서브마운트 등)의 전극에 반도체 발광소자 칩(730)과 함께 연결된다. 쇼트를 방지하기 위해 도 11(c)에 기재된 보강재는 단락(722)되어 있다. 즉 보호 소자(740)는 도 11(d)와 같이 단락된 보강재(720) 위에 보호 소자(740)의 전극(741)이 위치하도록 배치한 후 백색 실리콘 수지(750)로 덮혀 있다. 도 11(a) 및 11(c)의 보호 소자(740)는 외부(예 : PCB 기판, 서브마운트 등)의 전극을 통해 반도체 발광소자 칩(730)과 전기적으로 역방향 병렬연결된다. 다만 도 11(a)에서는 보호 소자(740)가 직접 외부와 전기적으로 연결되지만, 도 11(c)에서는 보호 소자(740)가 보강재(720)를 통해 외부와 전기적으로 연결된다. 도 11(a) 및 도 11(c)에서 반도체 발광소자 칩(730)과 보호 소자(740)가 전기적으로 역방향 병렬연결되도록 하는 외부(예 : PCB 기판, 서브마운트 등)의 전극 배열은 통상의 기술자에게 용이하다.
도 12는 본 개시에 따른 반도체 발광소자에 사용되는 반도체 발광소자 칩의 일 예를 보여주는 도면이다.
도 12(a)는 사시도이며, 도 12(b)는 AA'를 따라 자른 단면도이다.
본 개시에 따른 반도체 발광소자에 사용되는 반도체 발광소자 칩(800)은 비투광성 성장기판(810) 및 반도체 발광부(820)를 포함하고 있다.
비투광성 성장기판(810)은 복수의 반도체층(822)의 상측(821)이 노출되도록 캐비티(830)를 포함할 수 있다. 비투광성 성장기판(810)이 비투광성이기 때문에 반도체 발광부(820)에서 나온 광은 캐비티(830)를 통해 상측으로 나간다. 캐비티(830)는 식각 공정을 통해 얻을 수 있다. 캐비티(830)의 측면(831)은 반도체 발광부(820)에서 나오는 광을 반사시켜 상측으로 나가도록 하기 위해 경사진 것이 바람직하다. 또한 캐비티(830)의 측면(831)은 광의 반사효율을 향상시키기 위해 반사층(832)을 포함할 수 있다. 반사층(832)의 재료는 반사효율이 좋은 것이라면 무엇이든 가능하다. 예를 들어 알루미늄(Al), 은(Ag), 분포 브래그 리플렉터(DBR : Distributed Bragg Reflector) 등이 있다. 또한 캐비티(830)는 투광성 봉지재(840)로 채워질 수 있다. 투광성 봉지재(840)는 수지(841) 및 파장 변환재(842)를 포함할 수 있다. 파장 변환재(842)는 반도체 발광부(820)에서 나오는 광을 다른 파장의 광으로 변환하는 것이라면 어떠한 것이라도 좋지만(예: 안료, 염료 등), 광 변환 효율을 고려할 때 형광체(예: YAG, (Sr,Ba,Ca)2SiO4:Eu 등)를 사용하는 것이 바람직하다. 수지(841)는 에폭시 수지, 실리콘 수지 등이 이용될 수 있다. 또한 투광성 봉지재(840)는 광 산란재 등이 부가적으로 더 함유될 수 있다. 비투광성 성장기판(810)으로는 실리콘 성장기판이 바람직하다. 반도체 발광부(820)는 복수의 반도체층(822), 제1 전극(826) 및 제2 전극(827)을 포함하고 있다. 복수의 반도체층(822)은 비투광성 성장기판(810)의 하측에서 성장하는 제1 도전성을 가지는 제1 반도체층(823), 제1 도전성과 다른 제2 도전성을 가지는 제2 반도체층(825) 및 제1 반도체층과 제2 반도체층 사이에 개재되며 전자와 정공의 재결합을 통해 빛을 생성하는 활성층(824)을 포함한다. 도시하지 않았지만 필요에 따라 버퍼층을 포함하여 추가의 층들을 포함할 수 있다. 캐비티(830)에 의해 노출되는 복수의 반도체층(822)의 상측(821)은 제1 반도체층(823)일 수 있지만, 버퍼층이 포함되는 경우 노출되는 복수의 반도체층(822)의 상측(821)은 버퍼층이 될 수 있다. 제1 전극(826)은 제1 반도체층(823)과 전기적으로 연통하며 전자와 정공 중 하나를 공급한다. 제1 전극(826)은 도 2에 기재된 것처럼 제1 반도체층(823)과 직접 연결될 수도 있지만, 제1 전극(826)은 제1 반도체층(823)과 전기적으로 연통하기 위해 별도의 전기적 통로(828)를 포함할 수 있다. 다만 전기적 통로(828)를 통해 제1 전극(826)이 제1 반도체층(823)과 전기적으로 연통할 때, 제1 전극(826)이 제2 반도체층(825)과 접촉하는 것을 방지하기 위해서 반도체 발광부(820)는 제2 반도체층(825)과 제1 전극(826) 사이 및 전기적 통로(828)의 측면에 형성된 절연층(850)을 포함할 수 있다. 제2 전극(827)은 제2 반도체층(825)과 전기적으로 연통하며 전자와 정공 중 하나를 공급한다. 절연층(850)이 제2 반도체층(825)과 제2 전극(827) 사이에도 위치하는 경우에는 제2 전극(827)은 제2 전극(827)과 제2 반도체층(825)을 전기적으로 연결하는 전기적 통로(829)를 포함할 수 있다. 제1 전극(826) 및 제2 전극(827)은 복수의 반도체층(822)의 하측에 위치한다. 또한 반사효율을 높이기 위해서 제1 전극(826) 및 제2 전극(827)과 복수의 반도체층(822) 사이에 형성되는절연층(850)이 반사층으로 될 수 있다. 절연층(850)이 반사층으로 기능하는 경우, 제1 전극(826) 및 제2 전극(827)이 형성되지 않은 부분으로 나가는 빛도 반사할 수 있다. 절연층(850)이 반사기능을 갖는 것을 비도전성 반사막(850)이라 할 수 있으며, 비도전성 반사막에 대한 것은 한국등록특허공보 제10-1368720호에 자세히 기재되어 있다. 또는 도시하지는 않았지만 복수의 반도체층(222) 위에 금속 반사층을 포함할 수도 있다. 금속 반사층을 형성하는 방법은 당업자에게 잘 알려져 있어 별도로 기재하지 않는다. 도 12(c)는 반도체 발광소자 칩(800)에서 반도체 발광부(820) 측면에 빛을 반사하는 반사벽(860)이 추가되었다. 비투광성 성장기판(810), 반사벽(860) 및 반사기능을 갖는 절연층(850)에 의해 반도체 발광소자 칩(800)에서 나오는 빛은 캐비티(830)를 통해서만 나갈 수 있다.
도 13은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 일 예를 보여주는 도면이다.
도 13(a)는 본 개시에 따른 반도체 발광소자로서 다양한 컬러 및 다양한 색온도의 백색광을 구현할 수 있으며, 연색성이 우수한 반도체 발광소자의 일 예를 보여주는 도면이다.
도 13(a)에 기재된 반도체 발광소자(900)는 몸체(910) 바닥부(911)에 복수개의 홀(912)을 포함하며, 각각의 홀(912)에는 도 12에 기재된 반도체 발광소자 칩(800)이 위치할 수 있다. 반도체 발광소자 칩(800)은 비투광성 성장기판(810)의 캐비티(830)를 통해서 빛이 나간다. 특히 도 12(c)와 같이 반도체 발광소자 칩(800)의 측면에 반사벽(860)이 위치하는 경우, 반도체 발광소자 칩(800)에서 나오는 빛은 캐비티(830)를 통해서만 빛이 나갈 수 있다. 또한 복수개의 홀(912) 각각에 위치하는 반도체 발광소자 칩(800)이 서로 다른 빛을 발광하도록, 복수개의 홀(912) 각각에 위치하는 반도체 발광소자 칩(800)의 캐비티(830)에 서로 다른 색을 발광하는 파장 변환재(842)를 사용할 수 있다. 예를 들어 도 13(a)와 같이 3개의 반도체 발광소자 칩(800)이 있는 경우, 1개는 청색을 발광하고, 1개는 녹색을 발광하고, 나머지 1개는 적색을 발광하게 할 수 있다. 특히 반도체 발광소자 칩(800)에서 나오는 빛이 캐비티(830)를 통해서만 나갈 수 있는 경우 또는 도 6(a)와 같이 반도체 발광소자 칩(800)과 바닥부(911) 사이에 반사 물질이 있는 경우(미도시)에는 복수개의 반도체 발광소자 칩(800)에서 발광하는 빛이 상호 간에 영향을 미치지 않을 수 있다. 특히 각각의 반도체 발광소자 칩(800)의 캐비티(830) 내에 있는 파장 변환재(842)에 영향을 미치지 않을 수 있다. 따라서 색순도가 높은 다양한 컬러 및 다양한 색온도의 백색광을 구현할 수 있으며, 연색성이 우수한 반도체 발광소자를 얻을 수 있다. 또한 파장 변환재(842)가 반도체 발광소자 칩(800)에 포함되어 있기 때문에, 봉지재(920)는 파장 변환재를 포함하지 않을 수 있다. 도 13(a)에서 설명하지 않은 나머지 특성은 도 8에 기재된 반도체 발광소자(600)와 동일하다.
도 13(b)에 기재된 반도체 발광소자(1000)는 몸체(1100) 바닥부(1110)에 복수개의 홀(1120)을 포함하며, 각각의 홀(1120)에는 반도체 발광소자 칩(1200)이 위치할 수 있다. 또한 몸체(1100)는 복수개의 홀(1120) 사이에 격벽(1130)을 포함하고 있다. 격벽(1130)에 의해 복수개의 홀(1120)에 대응하는 복수개의 캐비티(1140)가 형성된다. 복수개의 캐비티(1140)에 서로 다른 파장 변환재(1310, 1320)을 사용할 수 있다. 예를 들어 도 13(b)에 도시된 것처럼 각각의 홀(1120)에는 청색을 발광하는 3개의 반도체 발광소자 칩(1200)이 위치하고, 1개의 캐비티(1140)에는 파장 변환재가 없는 봉지재(1300)가 사용되고, 1개의 캐비티(1140)에는 청색에 여기되어 녹색을 발광하는 파장 변환재(1310)가 포함된 봉지재(1300)가 사용되고, 나머지 1개의 캐비티(1140)에는 청색에 여기되어 적색을 발광하는 파장 변환재(1320)가 포함된 봉지재(1300)가 사용될 수 있다. 격벽(1130)에 의해 복수개의 캐비티(1140)에서 나오는 빛이 상호 간에 영향을 미치지 않을 수 있다. 특히 복수개의 캐비티(1140)에서 나오는 빛이 각각의 캐비티(1140)내에 있는 파장 변환재(1310, 1320)에 영향을 미치지 않을 수 있다. 따라서 색순도가 높은 다양한 컬러 및 다양한 색온도의 백색광을 구현할 수 있으며, 연색성이 우수한 반도체 발광소자를 얻을 수 있다. 도 13(b)에서 설명하지 않는 나머지 특성은 도 8에 기재된 반도체 발광소자(600)와 동일하다.
도 14는 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 제조방법을 보여주는 도면이다.
먼저 바닥부(2100)에 홀(2110)을 포함하는 몸체(2000)를 준비한다(S1). 몸체(2000)는 사출성형을 통해 얻을 수 있다. 홀(2100)에 반도체 발광소자 칩(2200)을 위치시킨다(S2). 이후 반도체 발광소자 칩(2200)을 몸체(2000)에 고정시키기 위해 봉지재(2300)로 반도체 발광소자 칩(2200)을 덮는다(S3). 봉지재(2300)로 반도체 발광소자 칩(2200)을 고정시키기 전에 반도체 발광소자 칩(2200)이 움직이지 않도록 하기 위해 장착면(2400)을 사용할 수 있다. 장착면(2400)은 일반 접착력있는 테이프이면 가능하다. 예를 들어 블루 테이프일 수 있다. 이후 장착면(2400)이 있는 경우, 장착면(2400)을 제거하고, 접착부(2500)를 형성한다(S4). 또한 접착부(2500) 대신에 보강재(미도시)를 형성할 수도 있다. 보강재가 몸체 바닥부의 상면 및 하면 사이에 위치하는 경우 몸체를 만들 때 보강재를 넣을 수 있다. 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 제조방법의 순서는 당업자가 용이하게 변경할 수 있는 범위에서는 본 개시의 범위에 포함될 수 있다.
도 15는 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 다른 제조방법을 보여주는 도면이다.
도 14에 기재된 제조방법에 따라 도 15와 같이 복수의 반도체 발광소자(3000)가 한 번에 제조될 수 있다. 예를 들어 복수의 몸체(3100)가 있는 기판(3200)을 사출성형을 통해 얻은 후 도 14에 기재된 제조방법에 따라 복수의 반도체 발광소자(3000)를 한 번에 제조할 수 있다. 이후 절단선(3300)에 따라 절단하여 각각의 반도체 발광소자(3000)를 만들 수 있다.
도 16은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 일 예를 보여주는 도면이다.
본 개시에 따른 반도체 발광소자(4000)는 몸체(4100)의 측벽(4110)에 돌출부(4111)를 포함하며, 돌출부(4111) 사이 및 봉지재 위에 형성된 렌즈(4200)를 포함할 수 있다. 도 16에서 설명하지 않는 나머지 특성은 도 4에 기재된 반도체 발광소자(200)와 동일하다. 돌출부(4111)는 렌즈(4200)를 형성할 때, 렌즈(4200)가 돌출부(4111)를 넘어서 형성되지 않도록 하는 경계턱의 역할을 한다. 렌즈(4200)는 도 14에서 봉지재를 형성하는 단계(S3) 이후에 투광성 수지를 사용하여 형성할 수 있다.
이하 본 개시의 다양한 실시 형태에 대하여 설명한다.
(1) 반도체 발광소자에 있어서, 바닥부를 포함하는 몸체;로서, 바닥부에 적어도 하나 이상의 홀이 형성된 몸체; 각각의 홀에 위치하는 반도체 발광소자 칩;으로서, 전자와 정공의 재결합에 의해 빛을 생성하는 복수의 반도체층과, 복수의 반도체층에 전기적으로 연결된 전극을 구비하는 반도체 발광소자 칩; 반도체 발광소자 칩을 덮는 봉지재; 그리고, 몸체 바닥부의 홀과 중첩되지 않게 몸체에 위치하는 적어도 하나 이상의 보강재;를 포함하며, 반도체 발광소자 칩의 전극이 몸체 바닥부의 하면 방향으로 노출되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
(2) 보강재는 몸체의 길이 방향으로 2개가 형성되며, 홀은 2개의 보강재 사이에 위치하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
(3) 보강재는 몸체 바닥부의 상면과 하면 사이에 위치하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
(4) 보강재의 하면이 몸체 바닥부 하면과 일치하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
(5) 보강재의 일부가 몸체 바닥부의 하면으로부터 돌출되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
(6) 보강재는 몸체 바닥부의 하면에 위치하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
(7) 보강재는 금속인 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
(8) 몸체;는 측벽을 포함하며, 측벽 및 바닥부에 의해 형성되는 캐비티를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
(9) 반사층이 바닥부의 상면 전체에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
(10) 반사층이 금속층인 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
(11) 바닥부의 높이는 반도체 발광소자 칩의 높이 보다 낮은 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
(12) 바닥부와 반도체 발광소자 칩 사이에 반사 물질이 위치하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
(13) 홀은 복수개 있으며, 반도체 발광소자 칩이 각각의 홀에 위치하며, 보강재는 몸체 바닥부의 상면과 하면 사이에 위치하고, 몸체의 길이방향으로 2개 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
(14) 보강재가 보호 소자;를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
(15) 몸체 바닥부가 보호 소자;를 포함하며, 보호 소자가 보강재 위에 위치하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
본 개시에 따르면 반도체 발광소자 칩의 전극이 직접 외부(예 : PCB 기판, 서브마운트 등)와 접합하는 반도체 발광소자를 얻을 수 있다.
또한 본 개시에 따르면 플립 칩을 사용하였음에도 리드 프레임과 플립 칩 사이의 접합에 의해 플립 칩에서 나오는 광량에 손실이 없도록 리드 프레임과 플립 칩 사이에 접합이 필요없는 반도체 발광소자를 얻을 수 있다.
반도체 발광소자 : 100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 900, 1000, 3000, 4000
반도체 발광소자 칩 : 150, 220, 320, 420, 520, 620, 730, 800, 1200, 2200
보강재 : 720
반도체 발광소자 칩 : 150, 220, 320, 420, 520, 620, 730, 800, 1200, 2200
보강재 : 720
Claims (14)
- 반도체 발광소자에 있어서,
측벽 및 바닥부를 포함하는 몸체;로서, 바닥부에 적어도 하나 이상의 홀이 형성된 몸체;
각각의 홀에 위치하는 반도체 발광소자 칩;으로서, 전자와 정공의 재결합에 의해 빛을 생성하는 복수의 반도체층과, 복수의 반도체층에 전기적으로 연결된 전극을 구비하는 반도체 발광소자 칩;
홀에 위치하고 있는 반도체 발광소자 칩을 덮는 봉지재; 그리고,
몸체 바닥부의 홀 및 홀에 위치하는 반도체 발광소자 칩과 중첩되지 않게 몸체에 위치하는 적어도 하나 이상의 보강재;로서, 보강재의 적어도 일부가 몸체에 삽입되어 있는 보강재;를 포함하며,
반도체 발광소자 칩은 홀의 측면으로부터 일정거리 떨어져 위치하며,
반도체 발광소자 칩의 전극이 몸체 바닥부의 하면 방향으로 노출되어 있고,
대향하는 양 측벽 사이에서 길이 방향을 따라 몸체 바닥부의 홀 및 홀에 위치하는 반도체 발광소자 칩과 중첩되지 않게 연장되며
바닥부의 길이 중 홀을 제외한 바닥부의 길이가 측벽의 높이 및 반도체 발광소자 칩의 길이보다 긴 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자. - 청구항 1에 있어서,
보강재는 몸체의 길이 방향으로 2개가 형성되며, 홀은 2개의 보강재 사이에 위치하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자. - 청구항 1에 있어서,
보강재의 하면이 몸체 바닥부 하면과 일치하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자. - 청구항 1에 있어서,
보강재의 일부가 몸체 바닥부의 하면에서 돌출되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자. - 청구항 1에 있어서,
보강재는 몸체 바닥부의 하면에 위치하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자. - 청구항 1에 있어서,
보강재는 금속인 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자. - 청구항 1에 있어서,
몸체;는
측벽 및 바닥부에 의해 형성되는 캐비티를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자. - 청구항 7에 있어서,
반사층이 바닥부의 상면 전체에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자. - 청구항 8에 있어서,
반사층이 금속층인 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자. - 청구항 1에 있어서,
바닥부의 높이는 반도체 발광소자 칩의 높이 보다 낮은 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자. - 청구항 1에 있어서,
바닥부와 반도체 발광소자 칩 사이에 반사 물질이 위치하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자. - 청구항 1에 있어서,
홀은 복수개 있으며,
반도체 발광소자 칩이 각각의 홀에 위치하며,
보강재는 몸체 바닥부의 상면과 하면 사이에 위치하고, 몸체의 길이방향으로 2개 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자. - 청구항 1에 있어서,
보강재가 보호 소자;를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자. - 청구항 1에 있어서,
몸체가 보호 소자;를 포함하며, 보호 소자의 전극이 단락된 보강재 위에 위치하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
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