KR102402260B1

KR102402260B1 - 발광 소자 패키지

Info

Publication number: KR102402260B1
Application number: KR1020150002819A
Authority: KR
Inventors: 이상열
Original assignee: 쑤저우 레킨 세미컨덕터 컴퍼니 리미티드
Priority date: 2015-01-08
Filing date: 2015-01-08
Publication date: 2022-05-27
Anticipated expiration: 2035-01-08
Also published as: KR20160085605A; US10205058B2; WO2016111454A1; US20180277719A1

Abstract

실시 예의 발광 소자 패키지는 기판과, 기판 아래에 배치되며, 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하는 발광 구조물과, 제1 도전형 반도체층에 연결된 제1 전극과, 발광 구조물의 측부와, 제1 전극의 측부 및 하부에 각각 배치된 제1 절연층과, 제1 절연층을 관통하여 제1 도전형 반도체층과 연결된 제1 패드와, 제1 절연층과, 제1 도전형 반도체층과, 활성층을 관통하여 제2 도전형 반도체층에 연결된 제2 전극과, 제2 전극에 연결된 제2 패드 및 발광 구조물의 측부에 배치된 제1 절연층 위로부터 제1 전극의 위에 배치된 제1 절연층 위까지 연장되어, 제1 절연층의 굴곡진 부분을 감싸도록 배치된 보호층을 포함한다.

Description

발광 소자 패키지{Light emitting device package}

실시 예는 발광 소자 패키지에 관한 것이다.

발광 다이오드(LED:Light Emitting Diode)는 화합물 반도체의 특성을 이용하여 전기를 적외선 또는 빛으로 변환시켜서 신호를 주고 받거나, 광원으로 사용되는 반도체 소자의 일종이다.

Ⅲ-Ⅴ족 질화물 반도체(group Ⅲ-Ⅴ nitride semiconductor)는 물리적 및 화학적 특성으로 인해 발광 다이오드(LED:Light Emitting Diode) 또는 레이저 다이오드(LD:Laser Diode) 등의 발광 소자의 핵심 소재로 각광을 받고 있다.

이러한 발광 다이오드는 백열등과 형광등 등의 기존 조명기구에 사용되는 수은(Hg)과 같은 환경 유해물질이 포함되어 있지 않아 우수한 친환경성을 가지며, 긴 수명과 저전력 소비특성 등과 같은 장점이 있기 때문에 기존의 광원들을 대체하고 있다.

이러한 발광 소자를 포함하는 기존의 발광 소자 패키지의 경우, 발광 구조물의 측부와 상부에 절연층이 배치되는데, 절연층의 굴곡진 부분이 파괴될 수 있는 문제점이 있다.

실시 예는 고온 다습한 환경에서 신뢰성을 갖는 발광 소자 패키지를 제공한다.

실시 예의 발광 소자 패키지는, 기판; 상기 기판 아래에 배치되며, 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하는 발광 구조물; 상기 제1 도전형 반도체층에 연결된 제1 전극; 상기 발광 구조물의 측부와, 상기 제1 전극의 측부 및 하부에 각각 배치된 제1 절연층; 상기 제1 절연층을 관통하여 상기 제1 도전형 반도체층과 연결된 제1 패드; 상기 제1 절연층과, 상기 제1 도전형 반도체층과, 상기 활성층을 관통하여 상기 제2 도전형 반도체층에 연결된 제2 전극; 상기 제2 전극에 연결된 제2 패드; 및 상기 발광 구조물의 측부에 배치된 상기 제1 절연층 위로부터 상기 제1 전극의 아래에 배치된 상기 제1 절연층 위까지 연장되어, 상기 제1 절연층의 굴곡진 부분을 감싸도록 배치된 보호층을 포함할 수 있다.

상기 발광 소자 패키지는 상기 보호층 위에 배치된 제2 절연층을 더 포함할 수 있다.

상기 발광 구조물의 측부는 상기 발광 구조물의 두께 방향에 나란한 수직 방향을 기준으로 65°보다 작은 경사각을 갖고 기울어질 수 있다.

상기 보호층은 금속 물질, 세라믹 또는 폴리머 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

상기 보호층은 5 ㎚ 내지 10 ㎚의 두께를 가질 수 있다.

상기 제1 전극은 Ag를 포함할 수 있다.

상기 보호층은 상기 제2 전극과 연결될 수 있다. 이 경우, 상기 보호층과 상기 제2 전극은 동일한 물질을 포함할 수 있다.

또는, 상기 보호층은 상기 제2 전극과 이격되어 배치될 수 있다.

상기 발광 소자 패키지는, 상기 제1 절연층과 상기 제2 전극 아래에 각각 배치된 제3 절연층을 더 포함하고, 상기 제1 패드는 상기 제1 및 제3 절연층을 관통하여 상기 제1 전극과 연결될 수 있다.

예를 들어, 상기 보호층은 다층 구조를 가질 수 있다.

예를 들어, 상기 보호층은 상기 제2 전극과 전기적으로 연결될 수 있다.

실시 예에 따른 발광 소자 패키지는 고온 다습한 환경에서 전극을 구현하는 Ag의 마이그레이션에도 불구하고, 보호층이 제1 절연층으로의 수분 침투를 억제하여 제1 절연층의 파괴를 방지하기 때문에, 개선된 신뢰성을 가질 수 있다.

도 1은 실시 예에 의한 발광 소자 패키지의 평면도를 나타낸다.
도 2는 도 1에 도시된 발광 소자 패키지를 I-I'선을 따라 절개한 일 실시 예에 의한 단면도를 나타낸다.
도 3은 도 1에 도시된 발광 소자 패키지를 I-I'선을 따라 절개한 다른 실시 예에 의한 단면도를 나타낸다.
도 4는 도 1에 도시된 발광 소자 패키지를 I-I'선을 따라 절개한 또 다른 실시 예에 의한 단면도를 나타낸다.
도 5a 내지 도 5e는 도 2에 도시된 발광 소자 패키지의 공정 단면도를 나타낸다.
도 6a 및 도 6b는 비교 례 및 실시 예에 의한 발광 소자 패키지의 제1 절연층을 보이는 사진이다.

이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시 예를 들어 설명하고, 발명에 대한 이해를 돕기 위해 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시 예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시 예들에 한정되는 것으로 해석되지 않아야 한다. 본 발명의 실시 예들은 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.

본 발명에 따른 실시 예의 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)”로 표현되는 경우 하나의 element를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.

또한, 이하에서 이용되는 "제1" 및 "제2," "상/상부/위" 및 "하/하부/아래" 등과 같은 관계적 용어들은, 그런 실체 또는 요소들 간의 어떠한 물리적 또는 논리적 관계 또는 순서를 반드시 요구하거나 내포하지는 않으면서, 어느 한 실체 또는 요소를 다른 실체 또는 요소와 구별하기 위해서만 이용될 수도 있다.

도면에서 각층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다.

실시 예에 의한 발광 소자 패키지(100, 100A, 100B, 100C)는 데카르트 좌표계를 이용하여 설명되지만, 다른 좌표계를 이용하여 설명될 수 있음은 물론이다. 데카르트 좌표계에서, 각 도면에 도시된 x축과, y축과, z축은 서로 직교하고, x축과, y'축과, z'축은 서로 직교한다.

도 1은 실시 예에 의한 발광 소자 패키지(100)의 평면도를 나타내고, 도 2는 도 1에 도시된 발광 소자 패키지(100)를 I-I'선을 따라 절개한 일 실시 예(100A)에 의한 단면도를 나타낸다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 실시 예에 의한 발광 소자 패키지(100, 100A)는 패키지 몸체(102), 기판(110), 발광 구조물(120), 전도성 투광층(130), 제1 전극(142), 제2 전극(144A), 보호층(146, 146A), 제1 절연층(152), 제3 절연층(156), 제4 절연층(158). 제1 패드(162), 제2 패드(164), 제1 솔더부(172), 제2 솔더부(174), 제1 및 제2 리드 프레임(182, 184) 및 몰딩 부재(190)를 포함할 수 있다.
상기 제1 절연층(152)는 서로 다른 물질인 복수의 제1 및 제2 층이 서로 교번하여 적층되어 이루어져 절연성 반사층의 기능을 가질 수 있다.

설명의 편의상, 도 2에 도시된 패키지 몸체(102), 제1 및 제2 솔더부(172, 174), 제1 및 제2 리드 프레임(182, 184) 및 몰딩 부재(190)의 도시는 도 1에서 생략된다.

패키지 몸체(102)는 캐비티(C:Cavity)를 형성할 수 있다. 예를 들어, 도 2에 예시된 바와 같이, 패키지 몸체(102)는 제1 및 제2 리드 프레임(182, 184)과 함께 캐비티(C)를 형성할 수 있다. 즉, 캐비티(C)는 패키지 몸체(102)의 내측면과 제1 및 제2 리드 프레임(182, 184)의 각 상부면에 의해 정의될 수 있다. 그러나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 다른 실시 예에 의하면, 도 2에 예시된 바와 달리, 패키지 몸체(102)만으로 캐비티(C)를 형성할 수도 있다. 또는, 상부면이 평평한 패키지 몸체(102) 위에 격벽(barrier wall)(미도시)이 배치되고, 격벽과 패키지 몸체(102)의 상부면에 의해 캐비티가 정의될 수도 있다. 패키지 몸체(102)는 EMC(Epoxy Molding Compound) 등으로 구현될 수 있으나, 실시 예는 패키지 몸체(102)의 재질에 국한되지 않는다.

발광 구조물(120)은 기판(110) 아래에 배치될 수 있다.

기판(110)은 도전형 물질 또는 비도전형 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 기판(110)은 사파이어(Al₂0₃), GaN, SiC, ZnO, GaP, InP, Ga₂0₃, GaAs 및 Si 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 실시 예는 기판(110)의 물질에 국한되지 않는다.

기판(110)과 발광 구조물(120) 간의 열 팽창 계수(CTE:Coefficient of Thermal Expansion)의 차이 및 격자 부정합을 개선하기 위해, 이들(110, 120) 사이에 버퍼층(또는, 전이층)(미도시)이 더 배치될 수도 있다. 버퍼층은 예를 들어 Al, In, N 및 Ga로 구성되는 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 물질을 포함할 수 있으나, 이에 국한되지 않는다. 또한, 버퍼층은 단층 또는 다층 구조를 가질 수도 있다.

또한, 발광 소자 패키지(100, 100A)로부터의 광 추출 효율을 향상시키기 위해, 기판(110)의 아래에 광 추출 패턴(112)이 형성될 수도 있다. 이 경우, 기판(110)은 PSS(Patterned Sapphire Substrate)일 수 있다.

발광 구조물(120)은 제1 도전형 반도체층(122), 활성층(124) 및 제2 도전형 반도체층(126)을 포함할 수 있다. 기판(110)으로부터 제1 및 제2 리드 프레임(182, 184)을 향하는 방향(즉, x축 방향)으로 제2 도전형 반도체층(126), 활성층(124) 및 제1 도전형 반도체층(122)이 순차적으로 적층되어 형성될 수 있다.

제1 도전형 반도체층(122)은 활성층(124)의 아래에 배치될 수 있다. 제1 도전형 반도체층(122)은 반도체 화합물로 형성될 수 있으며, Ⅲ-Ⅴ 족 또는 Ⅱ-Ⅵ 족 등의 화합물 반도체로 구현될 수 있다. 예컨대, 제1 도전형 반도체층(122)은 In_xAl_yGa_1-x-yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질을 포함할 수 있다. 제1 도전형 반도체층(122)에는 제1 도전형 도펀트가 도핑될 수 있다. 제1 도전형 반도체층(122)이 p형 반도체층인 경우, 제1 도전형 도펀트는 p형 도펀트로서, Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등을 포함할 수 있다.

활성층(124)은 제1 도전형 반도체층(122)과 제2 도전형 반도체층(126) 사이에 배치될 수 있다. 활성층(124)은 제1 도전형 반도체층(122)을 통해서 주입되는 정공(또는, 전자)과 제2 도전형 반도체층(126)을 통해서 주입되는 전자(또는, 정공)가 서로 만나서, 활성층(124)을 이루는 물질 고유의 에너지 밴드에 의해서 결정되는 에너지를 갖는 빛을 방출하는 층이다. 활성층(124)은 단일 우물 구조, 다중 우물 구조, 단일 양자 우물 구조, 다중 양자 우물 구조(MQW:Multi Quantum Well), 양자 선(Quantum-Wire) 구조, 또는 양자 점(Quantum Dot) 구조 중 적어도 어느 하나로 형성될 수 있다.

활성층(124)의 우물층/장벽층은 InGaN/GaN, InGaN/InGaN, GaN/AlGaN, InAlGaN/GaN, GaAs(InGaAs)/AlGaAs, GaP(InGaP)/AlGaP 중 어느 하나 이상의 페어 구조로 형성될 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 우물층은 장벽층의 밴드갭 에너지보다 낮은 밴드갭 에너지를 갖는 물질로 형성될 수 있다.

활성층(124)의 위 또는/및 아래에는 도전형 클래드층(미도시)이 형성될 수 있다. 도전형 클래드층은 활성층(124)의 장벽층의 밴드갭 에너지보다 더 높은 밴드갭 에너지를 갖는 반도체로 형성될 수 있다. 예를 들어, 도전형 클래드층은 GaN, AlGaN, InAlGaN 또는 초격자 구조 등을 포함할 수 있다. 또한, 도전형 클래드층은 n형 또는 p형으로 도핑될 수 있다.

실시 예에 의하면, 활성층(124)은 자외선 파장 대역의 광을 방출할 수 있다. 여기서, 자외선 파장 대역이란, 100 ㎚ 내지 400 ㎚의 파장 대역을 의미한다. 특히, 활성층(124)은 100 ㎚ 내지 280 ㎚ 파장 대역의 광을 방출할 수 있다. 그러나, 실시 예는 활성층(124)에서 방출되는 광의 파장 대역에 국한되지 않는다.

제2 도전형 반도체층(126)은 기판(110)과 활성층(124)의 사이에 배치될 수 있다. 제2 도전형 반도체층(126)은 제2 도전형 도펀트가 도핑된 Ⅲ-Ⅴ 족 또는 Ⅱ-Ⅵ 족 등의 화합물 반도체로 구현될 수 있다. 제2 도전형 반도체층(126)이 n형 반도체층인 경우, 제2 도전형 도펀트는 n형 도펀트로서, Si, Ge, Sn, Se, Te를 포함할 수 있으나 이에 한정되지 않는다.

예를 들어, 제2 도전형 반도체층(126)은 Al_xIn_yGa_(1-x-y)N (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질을 포함할 수 있다. 제2 도전형 반도체층(126)은 GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN, AlGaAs, InGaAs, AlInGaAs, GaP, AlGaP, InGaP, AlInGaP, InP 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.

제1 도전형 반도체층(122)은 p형 반도체층으로, 제2 도전형 반도체층(126)은 n형 반도체층으로 구현할 수 있다. 또는, 제1 도전형 반도체층(122)은 n형 반도체층으로, 제2 도전형 반도체층(126)은 p형 반도체층으로 구현할 수도 있다.

발광 구조물(120)은 n-p 접합 구조, p-n 접합 구조, n-p-n 접합 구조, p-n-p 접합 구조 중 어느 한 구조로 구현할 수 있다.

전도성 투광층(130)은 발광 구조물(120)과 제1 전극(142) 사이에 배치될 수 있다. 전도성 투광층(130)은 투명 전도성 산화막(TCO:Tranparent Conductive Oxide)일 수 있다. 예를 들어, 전도성 투광층(130)은 ITO(indium tin oxide), IZO(indium zinc oxide), IZTO(indium zinc tin oxide), IAZO(indium aluminum zinc oxide), IGZO(indium gallium zinc oxide), IGTO(indium gallium tin oxide), AZO(aluminum zinc oxide), ATO(antimony tin oxide), GZO(gallium zinc oxide), IrOx, RuOx, RuOx/ITO, Ni/IrOx/Au, 및 Ni/IrOx/Au/ITO 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 이러한 재료로 한정하지는 않는다. 경우에 따라, 전도성 투광층(130)은 생략될 수 있다.

제1 전극(142)은 제1 도전형 반도체층(122) 아래에 배치되어, 제1 도전형 반도체층(122)과 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 전극(142)은 전도성 투광층(130)을 경유하여 제1 도전형 반도체층(122)과 전기적으로 연결될 수 있다.

제1 전극(142)은 은(Ag)과 같은 반사 물질로 이루어질 수 있다. 제1 전극(142)은 오믹 특성을 가질 수 있으며, 제1 도전형 반도체층(122)과 오믹 접촉하는 물질을 포함할 수 있다. 만일, 제1 전극(142)이 오믹 역할을 수행할 경우, 별도의 오믹층(미도시)은 형성되지 않을 수 있다.

이와 같이, 제1 전극(142)이 광 반사층의 역할을 수행할 경우, 활성층(124)에서 방출되어 제1 및 제2 리드 프레임(182, 184) 쪽으로 향하는 광이 반사됨으로써 광 추출 효율이 개선될 수 있다.

제1 절연층(152)은 발광 구조물(120)의 측부에 배치되고, 제1 전극(142)의 측부와 하부에 각각 배치될 수 있다.

제1 패드(162)는 제1 절연층(152)을 관통하고 제1 전극(142)과 전도성 투광층(130)을 경유하여 제1 도전형 반도체층(122)과 전기적으로 연결될 수 있다. 이를 위해, 후술되는 제3 절연층(156)과 제1 절연층(152)을 관통하는 제1 관통 홀이 형성되고, 제1 패드(162)는 제1 관통 홀을 통해 제1 전극(142)과 전기적으로 연결될 수 있다.

한편, 제2 전극(144A)은 메사 식각(mesa etching)에 의해 제1 절연층(152)과, 제1 전극(142), 전도성 투광층(130), 제1 도전형 반도체층(122) 및 활성층(124)을 관통하여 노출된 제2 도전형 반도체층(126)에 전기적으로 연결될 수 있다. 즉, 제1 절연층(152), 제1 전극(142), 전도성 투광층(130), 제1 도전형 반도체층(122), 활성층(124) 및 제2 도전형 반도체층(126)의 일부를 메사 식각함으로써, 제1 도전형 반도체층(122)과 활성층(124) 관통하는 제2 관통 홀이 형성된다. 이때, 제2 전극(144A)은 제2 관통 홀을 통하여 제2 도전형 반도체층(126)과 전기적으로 연결될 수 있다. 제1 절연층(152)은 제2 전극(144A)과 제1 도전형 반도체층(122) 사이에 배치되어, 이들(144A, 122)을 서로 전기적으로 이격시킬 수 있다. 또한, 제1 절연층(152)은 제2 전극(144A)과 활성층(124)의 사이에 배치되어, 이들(144A, 124)을 서로 전기적으로 이격시킬 수 있다.

이해를 돕기 위해, 도 1에서 제1 패드(162)에 의해 덮여지는 제1 관통 홀(H1)과 제2 패드(164)에 의해 덮여지는 제2 관통 홀(H2)을 점선으로 표기한다.

제2 전극(144A)은 오믹 접촉하는 물질을 포함하여 오믹 역할을 수행함으로써 별도의 오믹층(미도시)이 배치될 필요가 없을 수도 있고, 별도의 오믹층이 제2 전극(144A) 위 또는 아래에 배치될 수도 있다.

도 1 및 도 2에 예시된 발광 소자 패키지(100, 100A)는 플립 칩 본딩(flip chip bonding) 구조이기 때문에, 활성층(124)에서 방출된 광은 제2 전극(144A), 제2 도전형 반도체층(126) 및 기판(110)을 통해 출사될 수 있다. 이를 위해, 제2 전극(144A), 제2 도전형 반도체층(126) 및 기판(110)은 광 투과성을 갖는 물질로 이루어질 수 있다. 이때, 제1 도전형 반도체층(122)과 제1 전극(142)은 광 투과성이나 비투과성을 갖는 물질 또는 반사성을 갖는 물질로 이루어질 수 있으나, 실시 예는 특정한 물질에 국한되지 않을 수 있다.

제1 및 제2 전극(142, 144A) 각각은 활성층(124)에서 방출된 광을 흡수하지 않고 반사시키거나 투과시킬 수 있고, 제1 및 제2 도전형 반도체층(122, 126) 상에 양질로 성장될 수 있는 어느 물질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 제1 및 제2 전극(142, 144A) 각각은 금속으로 형성될 수 있으며, Ag, Ni, Al, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au, Hf 및 이들의 선택적인 조합으로 이루어질 수 있다.

한편, 제2 패드(164)는 제1 패드(162)와 전기적으로 이격되며, 제2 전극(144A)에 전기적으로 연결될 수 있다. 제2 패드(164)는 제1 도전형 반도체층(122) 아래에 배치되며 후술되는 제3 절연층(156)을 관통하는 제3 관통 홀을 통해 제2 전극(144A)에 연결될 수 있다.

전술한 제1 및 제2 패드(162, 164) 각각은 전기적 전도성을 갖는 금속 물질을 포함할 수 있으며, 제1 및 제2 전극(142, 144A) 각각의 물질과 동일하거나 다른 물질을 포함할 수 있다.

또한, 도 1의 경우, 제1 및 제2 패드(162, 164) 각각은 사각형 평면 형상을 갖는 것으로 도시되어 있지만, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 예를 들어, 다른 실시 예에 의하면, 제1 및 제2 패드(162, 164) 각각은 타원형 평면 형상이나 삼각형이나 오각형 같은 다양한 다각형 평면 형상을 가질 수도 있다.

보호층(146A)은 발광 구조물(120)의 측부에 배치된 제1 절연층(152) 위로부터 제1 전극(142)의 아래에 배치된 제1 절연층(152) 위까지 연장되어 배치될 수 있다. 즉, 보호층(146A)는 제1 절연층(152)의 굴곡진 부분을 감싸도록 배치될 수 있다.

도 2의 경우, 보호층(146A)은 단일 층인 것으로 예시되어 있지만, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 즉, 다른 실시 예에 의하면, 보호층(146A)은 다층 구조를 가질 수도 있다. 또한, 보호층(146A)은 금속 물질, 세라믹 또는 폴리머 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

외부로부터 제1 절연층(152)으로의 수분 침투를 보호할 수만 있다면, 보호층(146A)의 재질과 적층된 층의 개수에 국한되지 않는다.

또한, 보호층(146A)의 두께(t)는 제1 절연층(152)의 종류에 따라 달라질 수 있다. 만일, 제1 절연층(152)이 산화물로 구현될 경우, 보호층(146A)의 두께(t)가 5 ㎚보다 작다면 금속 물질에 의해 보호층(146A)을 균일한 두께로 형성하기 어려워 제1 절연층(152)을 보호하는 역할이 미약할 수 있다. 또는, 보호층(146A)의 두께(t)가 10 ㎚보다 클 경우 스트레스가 야기될 수 있다. 따라서, 보호층(146A)의 두께(t)는 5 ㎚ 내지 10 ㎚일 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.

도 3은 도 1에 도시된 발광 소자 패키지(100)를 I-I'선을 따라 절개한 다른 실시 예(100B)에 의한 단면도를 나타낸다.

도 2에 도시된 발광 소자 패키지(100A)의 경우, 보호층(146A)이 제2 전극(144A)과 이격되어 배치된다. 그러나, 도 3에 도시된 바와 같이, 보호층(146B)은 제2 전극(144B)과 연결되어 배치될 수도 있다. 이를 제외하면, 도 3에 도시된 발광 소자 패키지(100B)는 도 2에 도시된 발광 소자 패키지(100A)와 동일하므로 동일한 참조부호를 사용한다. 따라서, 동일한 부분에 대해서는 도 3에 도시된 발광 소자 패키지(100B)에 대한 설명은 도 2에 도시된 발광 소자 패키지(100A)의 설명으로 대체한다.

도 3에 도시된 바와 같이, 보호층(146B)이 제2 전극(144B)과 연결되어 배치될 경우, 보호층(146B)의 재질과 제2 전극(144B)의 재질은 동일할 수 있다. 즉, 보호층(146B)과 제2 전극(144B)은 동일한 물질 예를 들어 금속으로 구현될 수 있다. 이 경우, 보호층(146B)은 제2 전극(144B)과 전기적으로 연결되어, 제2 전극(144B)의 역할을 겸할 수 있다. 따라서, 제2 전극(144B)은 발광 구조물(120)의 측면까지 연장될 수 있다.

전술한 바와 같이, 보호층(146A, 146B)과 제2 전극(144A, 144B)은 서로 동일한 재질로 구현될 수도 있지만, 다른 실시 예에 의하면 서로 다른 재질로 구현될 수도 있다.

도 4는 도 1에 도시된 발광 소자 패키지(100)를 I-I'선을 따라 절개한 또 다른 실시 예(100C)에 의한 단면도를 나타낸다.

도 2에 도시된 발광 소자 패키지(100A)와 달리, 도 4에 도시된 발광 소자 패키지(100C)의 경우 보호층(146A) 위에 제2 절연층(154)이 더 배치된다. 이를 제외하면, 도 4에 도시된 발광 소자 패키지(100C)는 도 2에 도시된 발광 소자 패키지(100A)와 동일하므로 동일한 참조부호를 사용한다. 따라서, 서로 동일한 부분에 대해서는 도 2에 도시된 발광 소자 패키지(100A)의 설명으로 대체한다.

다시, 도 2를 참조하면, 제3 절연층(156)은 제1 절연층(152) 아래와, 제2 전극(144A) 아래에 각각 배치될 수 있다. 이 경우, 전술한 바와 같이 제1 패드(162)는 제1 및 제3 절연층(152, 156)을 관통하는 제1 관통 홀을 통해 제1 전극(142)과 전기적으로 연결될 수 있다.

만일, 발광 구조물(120)의 측부가 발광 구조물(120)의 두께 방향(예를 들어, x축 방향)에 나란한 수직 방향(VL)을 기준으로 경사진 각도(이하, '경사각'이라 함)(θ)가 클 경우 제1 절연층(152)의 굴곡진 부분(또는, 단차)이 완만하여 수분이 침투할 가능성이 작다. 그러나, 경사각(θ)이 작을 경우 제1 절연층(152)의 단차가 커서 수분이 침투할 가능성이 많다. 그러나, 실시 예에 의하면, 경사각(θ)이 65°보다 작은 경우에도 제1 절연층(152)은 보호층(146A)에 의해 수분으로부터 보호될 수 있다.

한편, 도 2에 도시된 발광 소자 패키지(100A)의 제1 및 제2 솔더부(172, 174)는 제1 및 제2 패드(162, 164)와 각각 전기적으로 연결될 수 있다. 즉, 제1 솔더부(172)는 제1 패드(162)의 아래에 배치되고, 제2 솔더부(174)는 제2 패드(164)의 아래에 배치될 수 있다.

또한, 제1 솔더부(172)는 제1 리드 프레임(182)에 전기적으로 연결되고, 제2 솔더부(174)는 제2 리드 프레임(184)에 전기적으로 연결될 수 있다. 즉, 제1 솔더부(172)는 제1 리드 프레임(182)과 제1 패드(162) 사이에 배치되어 이들(162, 182)을 서로 전기적으로 연결시키고, 제2 솔더부(174)는 제2 리드 프레임(184)과 제2 패드(164) 사이에 배치되어, 이들(164, 184)을 서로 전기적으로 연결시킬 수 있다.

제1 솔더부(172) 및 제2 솔더부(174) 각각은 솔더 페이스트(solder paste) 또는 솔더 볼(solder ball)일 수 있다.

제1 및 제2 리드 프레임(182, 184)은 발광 구조물(120)의 두께 방향(즉, x축 방향)과 수직한 방향(즉, y'축 방향)으로 서로 이격되어 배치될 수 있다. 제1 및 제2 리드 프레임(182, 184) 각각은 도전형 물질 예를 들면 금속으로 이루어질 수 있으며, 실시 예는 제1 및 제2 리드 프레임(182, 184) 각각의 물질의 종류에 국한되지 않는다. 제1 및 제2 리드 프레임(182, 184)을 전기적으로 분리시키기 위해, 제1 및 제2 리드 프레임(182, 184) 사이에는 제4 절연층(158)이 배치될 수도 있다.

또한, 패키지 몸체(102)가 도전형 물질 예를 들면 금속 물질로 이루어질 경우, 제1 및 제2 리드 프레임(182, 184)은 패키지 몸체(102)의 일부일 수도 있다. 이 경우에도, 제1 및 제2 리드 프레임(182, 184)을 형성하는 패키지 몸체(102)는 제4 절연층(158)에 의해 서로 전기적으로 분리될 수 있다.

전술한 제1 내지 제4 절연층(152, 154, 156, 158) 각각은 SiO₂, TiO₂, ZrO₂, Si₃N₄, Al₂O₃, 또는 MgF₂ 중 적어도 하나를 포함할 수 있지만, 실시 예는 제1 내지 제4 절연층(152, 154, 156, 158)의 물질에 국한되지 않는다.

또한, 제1, 제2 및 제3 절연층(152, 154, 156) 각각은 분산 브래그 반사층(DBR:Distributed Bragg Reflector)로 구현될 수 있다. 분산 브래그 반사층은 절연 기능을 수행할 수도 있고, 반사 기능을 수행할 수도 있다. 분산 브래그 반사층은 굴절률이 서로 다른 제1 층 및 제2 층이 교대로 적어도 1회 이상 적층된 구조일 수 있다. 분산 브래그 반사층 각각은 전기 절연 물질일 수 있다. 예컨대, 제1 층은 TiO₂와 같은 제1 유전체층이고, 제2 층은 SiO₂와 같은 제2 유전체층을 포함할 수 있다. 예컨대, 분산 브래그 반사층은 TiO₂/SiO₂층이 적어도 1회 이상 적층된 구조일 수 있다. 제1 층 및 제2 층 각각의 두께는 λ/4이고, λ는 발광 셀에서 발생하는 광의 파장일 수 있다.

한편, 제1 및 제2 솔더부(172, 174)는 제1 및 제2 패드(162, 164)를 통해 제1 및 제2 도전형 반도체층(122, 126)을 제1 및 제2 리드 프레임(182, 184)에 각각 전기적으로 연결시켜, 와이어의 필요성을 없앨 수 있다. 그러나, 다른 실시 예에 의하면, 와이어를 이용하여 제1 및 제2 도전형 반도체층(122, 126)을 제1 및 제2 리드 프레임(182, 184)에 각각 연결시킬 수도 있다.

경우에 따라, 제1 솔더부(172) 및 제2 솔더부(174)는 생략될 수도 있다. 이 경우, 제1 패드(162)가 제1 솔더부(172)의 역할을 수행하고, 제2 패드(164)가 제2 솔더부(174)의 역할을 수행할 수 있다. 제1 솔더부(172)와 제2 솔더부(174)가 생략될 경우, 제1 패드(162)는 제1 리드 프레임(182)과 직접 연결되고, 제2 패드(164)는 제2 리드 프레임(184)과 직접 연결될 수 있다.

한편, 몰딩 부재(190)는 기판(110), 발광 구조물(120), 보호층(146A), 제3 절연층(156), 제1 및 제2 패드(162, 164)의 측부, 제1 및 제2 솔더부(172, 174)의 측부를 포위하여 보호할 수 있다.

몰딩 부재(190)는 예를 들어 실리콘(Si)으로 구현될 수 있으며, 형광체를 포함하므로 발광 소자부터 방출된 광의 파장을 변화시킬 수 있다. 여기서, 발광 소자는 도 2에 도시된 발광 소자 패키지(100A)에서 패키지 몸체(102), 제4 절연층(158), 제1 및 제2 패드(162, 164), 제1 및 제2 솔더부(172, 174) 및 제1 및 제2 리드 프레임(182, 184)를 제외한 부분에 해당할 수 있다. 형광체로는 발광 소자에서 발생된 빛을 백색광으로 변환시킬 수 있는 YAG계, TAG계, Silicate계, Sulfide계 또는 Nitride계 중 어느 하나의 파장변환수단인 형광물질이 포함될 수 있으나, 실시 예는 형광체의 종류에 국한되지 않는다.

YAG 및 TAG계 형광물질에는 (Y, Tb, Lu, Sc ,La, Gd, Sm)3(Al, Ga, In, Si, Fe)5(O, S)12:Ce 중에서 선택하여 사용가능하며, Silicate계 형광물질에는 (Sr, Ba, Ca, Mg)2SiO4: (Eu, F, Cl) 중에서 선택 사용 가능하다.

또한, Sulfide계 형광물질에는 (Ca,Sr)S:Eu, (Sr,Ca,Ba)(Al,Ga)2S4:Eu 중에서 선택하여 사용가능하며, Nitride계 형광체는 (Sr, Ca, Si, Al, O)N:Eu (예, CaAlSiN4:Eu β-SiAlON:Eu) 또는 Ca-α SiAlON:Eu계인 (Cax,My)(Si,Al)12(O,N)16, 여기서 M 은 Eu, Tb, Yb 또는 Er 중 적어도 하나의 물질이며 0.05<(x+y)<0.3, 0.02<x<0.27 and 0.03<y<0.3, 형광체 성분 중에서 선택하여 사용 할 수 있다.

적색 형광체로는, N(예,CaAlSiN3:Eu)을 포함하는 질화물(Nitride)계 형광체를 사용할 수 있다. 이러한 질화물계 적색 형광체는 황화물(Sulfide)계 형광체보다 열, 수분 등의 외부 환경에 대한 신뢰성이 우수할 뿐만 아니라 변색 위험이 작다.

이하, 도 2에 도시된 발광 소자 패키지(100A)의 제조 방법을 첨부된 도 5a 내지 도 5e를 참조하여 다음과 같이 설명한다. 그러나, 실시 예는 이에 국한되지 않으며 다양한 제조 방법에 의해 도 2에 도시된 발광 소자 패키지(100A)가 제조될 수 있음은 물론이다. 또한, 도 3 및 도 4에 도시된 발광 소자 패키지(100B, 100C)도 도 2에 도시된 발광 소자 패키지(100A)의 제조 공정과 유사한 공정으로 제조될 수 있음은 물론이다.

도 5a 내지 도 5e는 도 2에 도시된 발광 소자 패키지(100A)의 공정 단면도를 나타낸다.

먼저, 도 5a를 참조하면, 기판(110) 위에 발광 구조물(120)을 형성한다. 여기서, 기판(110) 위에 제2 도전형 반도체층(126), 활성층(124) 및 제1 도전형 반도체층(122)을 순차적으로 적층하여 형성할 수 있다. 이후, 발광 구조물(120) 위에 전도성 투광층(130) 및 제1 전극(142)을 형성한다.

이후, 도 5b를 참조하면, 메사 식각에 의해 제1 전극(142), 전도성 투광층(130), 제1 도전형 반도체층(122), 활성층(124) 및 제2 도전형 반도체층(126)의 일부를 제거하여, 제2 도전형 반도체층(126)을 노출시키는 제2 관통 홀을 형성한다.

이후, 도 5c를 참조하면, 발광 구조물(120)의 측부와 전도성 투광층(130)의 측부와 제1 전극(142)의 측부 및 상부에 제1 절연층(152)을 형성한다. 이때, 제2 관통 홀에서 제2 도전형 반도체층(126)이 노출되도록 제1 절연층(152)을 형성한다.

이후, 도 5d를 참조하면, 식각에 의해 노출된 제2 도전형 반도체층(126)과 연결되도록 제2 전극(144A)을 제2 관통 홀을 매립하면서 형성하는 한편, 제1 절연층(152)을 보호하도록 보호층(146A)을 제1 절연층(152) 위에 형성한다.

이후, 도 5e를 참조하면, 제3 절연층(156)을 제2 전극(144A) 위와, 보호층(146A) 위와, 제1 전극(142) 위에 각각 형성한다. 이때, 제1 패드(162)가 제1 전극(142)과 연결될 부분에 위치한 제 및 제3 절연층(152, 156)을 식각하여 제1 전극(142)을 노출시키는 제1 관통 홀을 형성한다.

이후, 다시 도 2를 참조하면, 제1 관통 홀에 의해 노출된 제1 전극(142)과 전기적으로 연결되도록 제1 패드(162)를 형성한다. 또한, 제3 절연층(156)을 식각하여 노출된 제2 전극(144A)과 전기적으로 연결되도록 제2 패드(164)를 형성한다.

이후, 제1 패드(162) 위에 제1 솔더부(172)를 형성하고, 제2 패드(164) 위에 제2 솔더부(174)를 형성한다.

도 6a 및 도 6b는 비교 례 및 실시 예에 의한 발광 소자 패키지의 제1 절연층을 보이는 사진이다.

비교 례에 의한 발광 소자 패키지는 보호층(146A)을 포함하지 않은 것을 제외하면, 실시 예에 의한 발광 소자 패키지(100, 100A, 100B, 100C)와 동일한 것으로 가정한다.

만일, 제1 전극(142)으로서 우수한 반사성을 갖는 Ag 또는 Ag의 합금이 사용될 경우, Ag는 다습한 환경에서 물과 반응하여 마이그레이션(migration)함으로써, 발광 소자 패키지가 파괴될 수 있다. 이를 방지하기 위해, 제1 절연층(152)이 배치된다. 그러나, 제1 절연층(152)의 굴곡진 부분 즉, 발광 구조물(120)의 측면으로부터 상면으로 굴곡져 단차진 제1 절연층(152) 부분에서 막질의 문제에 기인하여 두께가 불균일하게 형성되고, 이로 인해 수분이 침투할 수 있는 소지가 여전히 존재할 수 있다. 만일, Ag가 마이그레이션될 경우, 도 6a에 도시된 바와 같이 제1 절연층의 굴곡진 부분(200)이 파괴되어 불량이 발생할 수 있다.

이를 해결하기 위해, 전술한 실시 예에 의한 발광 소자 패키지(100, 100A, 100B, 100C)의 경우, 발광 구조물(120)의 측면과 상면을 덮는 제1 절연층(152)의 굴곡진 부분을 감싸도록 보호층(146A, 146B)이 배치된다. 따라서, 고온 다습한 환경에서 Ag의 마이그레이션에도 불구하고, 보호층(146A, 146B)이 제1 절연층(152)으로의 수분 침투를 억제하여 도 6b에 도시된 바와 같이 제1 절연층(152)이 파괴되지 않아, 발광 소자 패키지(100, 100A, 100B, 100C)의 신뢰성이 개선될 수 있다.

실시 예에 따른 발광 소자 패키지는 복수 개가 기판 상에 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.

이상에서 실시 예를 중심으로 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.

100, 100A, 100B, 100C: 발광 소자 패키지 102: 패키지 몸체
110: 기판 120: 발광 구조물
122: 제1 도전형 반도체층 124: 활성층
126: 제2 도전형 반도체층 130: 전도성 투광층
142: 제1 전극 144A, 144B: 제2 전극
146, 146A, 146B: 보호층 152: 제1 절연층, 절연성 반사층
154: 제2 절연층 156: 제3 절연층
158: 제4 절연층 162: 제1 패드
164: 제2 패드 172: 제1 솔더부
174: 제2 솔더부 182: 제1 리드 프레임
184: 제2 리드 프레임 190: 몰딩 부재

Claims

기판;
상기 기판 상에 배치되는 제1 도전형 반도체층, 상기 제1 도전형 반도체층 아래에 배치된 활성층, 및 상기 활성층 아래에 배치된 제2 도전형 반도체층을 포함하는 발광 구조물;
상기 제1 도전형 반도체층과 전기적으로 연결된 제1 전극;
상기 발광 구조물의 측부와, 상기 제1 전극의 측부 및 하부에 배치되는 제1 절연층;
상기 제1 절연층을 관통하여 상기 제1 도전형 반도체층에 연결되는 제1 패드;
상기 제1 절연층, 상기 제1 도전형 반도체층 및 상기 활성층을 관통하여 상기 제2 도전형 반도체층과 전기적으로 연결된 제2 전극;
상기 제2 전극에 연결된 제2 패드; 및
상기 발광 구조물의 측부에 배치된 상기 제1 절연층 위로부터 상기 제1 전극의 위에 배치된 상기 제1 절연층 위까지 연장되어, 상기 제1 절연층의 굴곡진 부분을 감싸도록 배치된 보호층을 포함하고,
상기 보호층은 상기 제1 절연층의 가장 자리를 폐루프 형태로 에워싸고, 상기 제1 절연층의 최외곽 가장 자리를 감싸고,
상기 보호층은 전기적으로 전도성인 금속 물질로 구성된, 발광 소자 패키지.
제1 항에 있어서, 상기 보호층 상에 배치된 제2 절연층을 더 포함하는 발광 소자 패키지.
삭제
제1 항에 있어서,
상기 제1 전극은 Ag를 포함하고,
상기 보호층은 5 ㎚ 내지 10 ㎚의 두께를 갖는 발광 소자 패키지.
삭제
삭제
제1 항에 있어서, 상기 보호층은 상기 제2 전극과 연결되고,
상기 보호층은 다층 구조를 갖고,
상기 보호층과 상기 제2 전극은 동일한 물질을 포함하는 발광 소자 패키지.
삭제
제1 항에 있어서, 상기 보호층은 상기 제2 전극과 이격된 발광 소자 패키지.
제1 항에 있어서, 상기 제1 절연층과 상기 제2 전극 상에 각각 배치된 제3 절연층을 더 포함하고,
상기 제1 패드는 상기 제1 절연층 및 상기 제3 절연층을 관통하여 상기 제1 전극과 연결된 발광 소자 패키지.
삭제
삭제