KR20130087788A - 히트싱크를 이용하여 방열 효율이 우수한 발광소자 - Google Patents
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Abstract
히트싱크(Heat Sink)를 이용하여 방열 효율이 우수한 발광소자를 개시한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 발광소자는 기판 상에 이격되어 형성되며, 각각 제1 반도체층, 활성층 및 제2 반도체층을 포함하는 복수개의 발광셀; 상기 복수개의 발광셀 사이에서 인접한 발광셀들 사이에 형성되는 히트싱크; 및 상기 히트싱크의 상부 또는 하부에 형성되어, 하나의 발광셀의 제1 반도체층과 상기 하나의 발광셀에 인접한 다른 하나의 발광셀의 제2 반도체층을 전기적으로 연결시키는 전극배선;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 발광소자는 기판 상에 이격되어 형성되며, 각각 제1 반도체층, 활성층 및 제2 반도체층을 포함하는 복수개의 발광셀; 상기 복수개의 발광셀 사이에서 인접한 발광셀들 사이에 형성되는 히트싱크; 및 상기 히트싱크의 상부 또는 하부에 형성되어, 하나의 발광셀의 제1 반도체층과 상기 하나의 발광셀에 인접한 다른 하나의 발광셀의 제2 반도체층을 전기적으로 연결시키는 전극배선;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 발광소자에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 히트싱크(Heat Sink)를 이용하여 방열 효율을 향상시킬 수 있는 발광소자에 관한 것이다.
고체 발광 소자 중 발광 다이오드(Light Emitting Diode; 이하 'LED'라 칭함)는 전력소모가 적고 발열량이 적으며, 작동수명이 길고 충격에 잘 견디는 장점이 있다. 또한, 부피가 작고 반응속도가 빠르며 파장이 안정적인 컬러광을 출력할 수 있는 등의 양호한 전기적 특성을 지닌다. 이러한 LED는 가전제품, 측량기구의 지시등 및 광전 제품 등에 널리 사용되고 있다.
높은 광 출력을 필요로 하는 조명이나 헤드램프 등 고광량을 요구하는 응용분야에서 사용하기 위해서 고전압하에서 구동할 수 있는 발광 다이오드 패키지를 제공할 필요가 있다. 일반적인 발광 다이오드 칩은 구동 전압이 2~4V 범위 내에 있어, 단일 발광 다이오드 칩을 고전압하에서 구동하는 것은 곤란하다. 따라서, 고전압 구동을 위해 복수개의 발광 다이오드 칩들을 직렬 연결하여 고전압 LED(High voltage LED)로 사용하게 된다.
고전압 LED는 다수개의 개별 LED 칩을 와이어 본딩을 통해 직렬 또는 병렬 연결하거나, 동일 기판 상의 LED 칩을 연결하여 발광소자 어레이로 제조하여 사용된다.
그러나, 고전압 LED는 복수개의 발광 다이오드 칩들을 사용함에 따라 칩 어레이 중앙 영역일수록 많은 열이 발생되고, 이로 인해 소자의 신뢰성이 저하되는 문제점이 있다. 따라서, 고전압 LED는 구동시 발생되는 열이 많아 방열 대책이 필수적이다.
본 발명에 관련된 선행문헌으로는 일본 공개특허공보 제2010-129359호(2010.06.10 공개)가 있으며, 상기 문헌에는 백라이트 기판 상의 복수의 LED 간에 다양하게 배열된 금속 재질의 방열판에 대하여 개시하고 있다.
본 발명의 목적은 복수개의 발광셀이 어레이된 구조에 있어서 방열 효율을 높여 소자의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 발광소자를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 발광소자는 기판 상에 이격되어 형성되며, 각각 제1 반도체층, 활성층 및 제2 반도체층을 포함하는 복수개의 발광셀; 상기 복수개의 발광셀 사이에서 인접한 발광셀들 사이에 형성되는 히트싱크; 및 상기 히트싱크의 상부 또는 하부에 형성되어, 하나의 발광셀의 제1 반도체층과 상기 하나의 발광셀에 인접한 다른 하나의 발광셀의 제2 반도체층을 전기적으로 연결시키는 전극배선;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광소자는 기판 상에 이격되어 형성되며, 복수개의 발광셀을 포함하는 복수개의 어레이; 상기 어레이들 사이에 적어도 하나 이상 배치되는 히트싱크 라인부; 및 상기 히트싱크 라인부의 양 끝에 연결되고, 상기 기판의 가장자리에 배치되는 히트싱크 패드부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 발광소자는 복수개의 발광셀 중 인접한 발광셀들 사이 또는 인접한 두 개의 어레이들 사이에 열전도성이 높은 금속 재질의 히트싱크(Heat Sink)를 형성하여 기판으로부터 외부로의 방열 효율을 향상시킬 수 있고, 이를 통해 발광소자의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
도 1 및 도 2는 본 발명에 따른 발광소자들을 개략적으로 도시한 레이아웃도이다.
도 3, 도 5, 도 7 및 도 9는 도 1을 선 A-A'로 절취한 본 발명의 제1 내지 제4 실시예 각각에 따른 발광소자를 확대하여 도시한 단면도이다.
도 4, 도 6, 도 8 및 도 10은 도 1을 선 B-B'로 절취한 본 발명의 제1 내지 제4 실시예 각각에 따른 발광소자를 확대하여 도시한 단면도이다.
도 3, 도 5, 도 7 및 도 9는 도 1을 선 A-A'로 절취한 본 발명의 제1 내지 제4 실시예 각각에 따른 발광소자를 확대하여 도시한 단면도이다.
도 4, 도 6, 도 8 및 도 10은 도 1을 선 B-B'로 절취한 본 발명의 제1 내지 제4 실시예 각각에 따른 발광소자를 확대하여 도시한 단면도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 따른 발광소자들에 관하여 설명하기로 한다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
도 1 및 도 2는 본 발명에 따른 발광소자들을 개략적으로 도시한 레이아웃도(layout)다. 여기서는, 설명의 편의를 위하여 단일칩 발광소자에 한정하여 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 발광소자는 복수개의 단일칩 발광소자를 포함할 수 있으며, 복수개의 발광셀들을 포함한 어레이를 복수개 포함할 수 있다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 발광소자는 단일 기판 상에 일정 간격 이격되어 나란한 제1 및 제2 어레이(A1, A2)와 이들 두 어레이(A1, A2) 사이에 형성된 히트싱크(Heat Sink, 160)를 포함한다. 여기서, 제1 어레이(A1)는 복수개의 발광셀(100) 중 하나 이상의 발광셀(100)을 포함하는 것으로 정의하고, 제2 어레이(A2)는 나머지 발광셀(100)을 포함하는 것으로 정의하기로 한다.
제1 및 제2 어레이(A1, A2) 각각은 단일 기판 상에 형성된 복수개의 발광셀(100)들 중 인접한 발광셀(100)들이 전극배선(170)을 통해 전기적으로 직렬 또는 병렬로 연결되어 배열될 수 있다. 또한, 제1 어레이(A1)와 제2 어레이(A1, A2)는 제1 어레이(A1)에 포함된 하나의 발광셀(100)과 하나의 발광셀(100)과 마주보는 제2 어레이(A2)에 포함된 하나의 발광셀(100)이 전극배선(170)을 통해 전기적으로 연결된다. 이를 통해, 제1 및 제2 어레이(A1, A2)들이 단일 기판 상에서 서로 직렬 또는 병렬로 연결되어 교류전원에 연결되어 구동될 수 있다.
발광셀(100)은 제1 반도체층 및 제2 반도체층과, 이들 사이에 개재된 활성층을 포함한다. 제1 및 제2 반도체층은 각각 n형 및 p형, 또는 p형 및 n형일 수 있다.
히트싱크(160)는 복수개의 발광셀(100)들로부터 발생된 열을 기판을 통해 외부로 방출하는 역할을 한다. 이를 위해, 히트싱크(160)는 금속 재질, 예컨대, 금(Au), 은(Ag), 구리(Cu), 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 텅스텐(W), 니켈(Ni), 규소(Si), 알루미늄(Al), 몰리브덴(Mo) 등에서 선택된 하나 이상의 금속 혹은 이들 중 하나 이상을 포함하는 합금(Alloy) 재질로 형성될 수 있다.
히트싱크(160)는 복수개의 발광셀(100) 중 인접한 발광셀(100) 사이, 또는 이들 두 어레이(A1, A2) 사이, 즉 단일칩 발광소자의 중앙부의 발광셀(100)들 사이에 라인 타입(Line Type)으로 형성되는 히트싱크 라인부(162) 및 히트싱크 라인부(162)의 양 끝단에서 인접한 두 어레이(A1, A2)의 발광셀(100)의 마주보는 모서리의 일부가 식각된 영역에 배치되며 라인 폭보다 큰 폭을 갖는 히트싱크 패드부(164)로 구성될 수 있다.
복수개의 발광셀(100)에서 발생된 열이 히트싱크 라인부(162)로부터 히트싱크 패드부(164)로 전달됨으로써, 기판의 가장자리부분에서 넓은 발열 단면적을 통해 열이 방출될 수 있는 효과가 있다.
도 2를 참조하면, 히트싱크(160)는 네 개의 어레이(A3, A4, A5, A6) 사이에 적어도 하나 이상의 히트싱크(160)가 교차되게 배치될 수 있다. 또한, 히트싱크 라인부(163)는 복수의 라인들로 구성됨으로써, 발열 단면적을 넓혀 복수의 어레이들로부터 발생된 열을 더 효과적으로 방출시킬 수 있는 효과가 있다.
하나의 발광셀(100)의 제1 반도체층과 하나의 발광셀(100)에 인접한 다른 하나의 발광셀(100)의 제2 반도체층이 전극배선(170)을 통해 전기적으로 연결될 수 있다.
이러한 전극배선(170)은 하나의 발광셀(100)의 제1 반도체층 및 하나의 발광셀(100)에 인접한 다른 하나의 발광셀(100)의 제2 반도체층의 접촉부들 이외의 부분은 공중에 떠 있는 에어브릿지(air bridge) 형태의 배선이거나, 하나의 발광셀(100)의 제1 반도체층과 하나의 발광셀(100)에 인접한 다른 하나의 발광셀(100)의 제2 반도체층이 이어진 이음 형태의 배선일 수 있다.
이외에도, 발광소자는 각기 다른 극성의 외부 전압을 제1 반도체층 및 제2 반도체층에 인가하기 위한 제1 및 제2 전극 패드(P1, P2)를 포함할 수 있다. 제1 및 제2 전극 패드(P1, P2)는 금속 재질, 예를 들어, 금(Au), 은(Ag), 구리(Cu), 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 텅스텐(W), 니켈(Ni), 규소(Si), 알루미늄(Al), 몰리브덴(Mo) 등에서 선택된 하나 이상의 금속 혹은 이들 중 하나 이상을 포함하는 합금 재질로 형성될 수 있다.
한편, 도면으로 도시하지는 않았으나, 히트싱크(160)는 두 어레이(A1, A2) 사이뿐만 아니라 인접한 발광셀(100)들 사이 각각에도 형성될 수 있음은 물론이다.
이하, 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
도 3은 도 1을 선 A-A'로 절취한 본 발명의 제1 실시예에 따른 발광소자를 확대하여 도시한 단면도이고, 도 4는 도 1을 선 B-B'로 절취한 본 발명의 제1 실시예에 따른 발광소자를 확대하여 도시한 단면도이다.
도 1, 도 3 및 도 4를 참조하면, 기판(110) 상에 복수개의 발광셀(100)들이 서로 일정 간격 이격되어 형성된다.
기판(110)은 절연 또는 도전성 기판일 수 있다. 기판(110)은 발광소자의 제조에 널리 사용되는 사파이어(sapphire) 또는 탄화실리콘(SiC) 기판일 수 있다.
발광셀(100)은 제1 반도체층(122), 제1 반도체층(122)의 일 영역 상부에 위치하는 제2 반도체층(126) 및 제1 반도체층(122)과 제2 반도체층(126) 사이에 개재된 활성층(124)을 포함한다.
제1 반도체층(122) 및 제2 반도체층(126)은 각각 n형 및 p형, 또는 p형 및 n형 반도체로 형성된다. 제1 반도체층(100) 및 제2 반도체층(126)은, 예를 들어, BN, AlN, InN 또는 GaN과 같은 질화물 계열의 반도체 물질을 포함하여 형성될 수 있다.
활성층(124)은 요구되는 파장의 광, 예를 들어 자외선 또는 청색광을 방출하도록 조성 원소 및 조성비가 결정된다. 제1 반도체층(122) 및 제2 반도체층(126)은 활성층(124)에 비해 에너지 밴드갭(Band Gap)이 큰 물질로 형성될 수 있다.
제1 반도체층(122) 및/또는 제2 반도체층(126)은 도시된 바와 같이 단일층으로 형성될 수 있으며, 또는 다층으로 형성될 수도 있다. 활성층(124)은 단일 양자우물(Single-Quantum-Well; SQW) 구조 또는 복수의 양자우물층과 양자장벽층이 교대로 적층된 다중양자우물(Multi-Quantum-Well; MQW) 구조를 가질 수 있다.
이러한 발광셀(100)은 반도체의 p-n 접합구조를 이용하여 주입된 소수캐리어(전자 또는 양공)를 만들어내고, 이들의 재결합에 의하여 발광되는 현상을 이용한다.
도면에는 도시하지 않았으나 기판(110)과 제1 반도체층(122) 사이에는 버퍼층이 추가로 개재될 수 있다. 버퍼층은 기판(110)과 그 상부에 형성되는 제1 반도체층(122)의 격자부정합을 완화시키기 위하여 배치된다. 이러한 버퍼층은 예를 들어 질화갈륨(GaN) 또는 질화알루미늄(AlN)으로 형성될 수 있다. 또한, 도시하지 않았으나, 버퍼층과 제1 반도체층(122) 사이에는 제1 반도체층(122)의 결정성을 증가시키기 위하여 비도핑 질화물층이 더 형성되어 있을 수 있다.
발광셀(100)은 기판(110)의 상부 표면에 대해 수직한 측벽을 가질 수 있다. 이와 같이 발광셀(100)의 측벽이 기판(110) 상부 표면에 대해 수직한 측벽을 가지면 발광셀(100)이 차지하는 면적이 줄어들기 때문에 칩 사이즈(Chip Size)를 줄일 수 있고, 제한된 칩 면적 내에 많은 수의 발광셀(100)들을 집적할 수 있는 이점이 있다.
발광셀(100)은 제2 반도체층(126) 상에 투명전극층(130)을 더 포함할 수 있다. 투명전극층(130)은 활성층(124)에서 생성된 광을 투과시키며 제2 반도체층(126)에 전류를 분산시켜 공급한다. 일례로, 투명전극층(130)은 ITO(Indium Tin Oxide) 재질을 포함하여 형성될 수 있다. 투명전극층(130)은 반드시 형성해야 하는 것은 아니며, 생략 가능하다.
발광셀(100)은 제1 반도체층(122)의 노출면의 일 영역 상에 제1 전극(140)을 더 포함하고, 제2 반도체층(126) 상의 일 영역에는 제2 전극(150)을 더 포함할 수 있다. 제1 전극(140)은 제1 반도체층(122)과 전기적으로 접촉하고, 제2 전극(150)은 제2 반도체층(126)과 전기적으로 접촉한다.
제1 전극(140) 및 제2 전극(150)은 n측 및 p측, 또는 p측 및 n측 전극으로 형성된다. 제1 전극(140) 및 제2 전극(150)은 금속 재질, 예를 들어, 금(Au), 은(Ag), 구리(Cu), 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 텅스텐(W), 니켈(Ni), 규소(Si), 알루미늄(Al), 몰리브덴(Mo) 등의 금속 혹은 이들 중 하나 이상을 포함하는 합금 재질로 형성될 수 있다.
기판(110) 상에 이격 형성된 복수개의 발광셀(100) 중 인접한 발광셀(100)들은 전극배선(170)을 통해 전기적으로 연결되어 직렬 또는 병렬로 배열될 수 있고, 각각의 어레이(A1, A2)로 구성된다. 또한, 기판(110) 상에는 복수개의 어레이(A1, A2)가 이격 배치되는데, 이들 어레이(A1, A2)들은 하나의 어레이(A1)에 포함된 하나의 발광셀(100)과 다른 어레이(A2)에 포함된 하나의 발광셀(100)이 전극배선(170)을 통해 전기적으로 연결된다.
이러한 전극배선(170)은 하나의 발광셀(100)의 제1 반도체층(122) 및 하나의 발광셀(100)에 인접한 다른 하나의 발광셀(100)의 제2 반도체층(126)의 접촉부들 이외의 부분은 공중에 떠 있는 에어브릿지 형태의 배선이다.
도 3에서와 같이, 발광셀(100)이 제1 전극(140)과 제2 전극(150)을 더 포함할 경우, 전극배선(170)은 하나의 발광셀(100)의 제1 전극(140)과 하나의 발광셀(100)에 인접한 다른 하나의 발광셀(100)의 제2 전극(150)을 전기적으로 연결시키는 에어브릿지 형태의 배선일 수 있다.
에어브릿지 형태의 배선은 일례로 와이어(Wire)로 형성될 수 있으며, 와이어 본딩 등의 공정을 통해 금(Au) 또는 알루미늄(Al)으로 형성될 수 있다. 이를 통해, 어레이(A1, A2)들은 기판(110) 상에서 서로 직렬 또는 병렬로 연결되어 교류전원에 연결되어 구동될 수 있다.
복수개의 발광셀(100) 중 인접한 두 발광셀(100)들 사이의 기판(110) 상에는 히트싱크(160)가 형성될 수 있다. 특히, 도 3에 도시된 바와 같이, 히트싱크(160)는 복수개의 발광셀(100) 중 하나 이상의 발광셀(100)을 포함하는 제1 어레이(A1)와 나머지 발광셀을 포함하는 제2 어레이(A2) 사이에 형성되어, 제1 어레이(A1)와 제2 어레이(A2)를 구획할 수도 있다.
히트싱크(160)는 단일칩 발광소자의 중앙부의 제1 어레이(A1)와 제2 어레이(A2)들 사이에 형성되는 것이 방열 효율 측면에 있어서 보다 바람직하다.
히트싱크(160)는 단일 칩 발광소자의 중앙부의 발광셀(100)들 사이에 라인 타입(Line Type)으로 형성되는 히트싱크 라인부(162) 및 히트싱크 라인부(162)의 양 끝단에서 인접한 두 어레이(A1, A2)의 발광셀(100)의 마주보는 모서리의 일부가 식각된 영역에 배치되며 라인 폭보다 큰 폭을 갖는 히트싱크 패드부(164)로 구성될 수 있다. 히트싱크(160)의 양 끝단은 인접한 이들 두 어레이(A1, A2)의 발광셀(100)의 마주보는 모서리의 일부가 식각된 영역에 배치되며 라인 폭보다 큰 폭을 갖는 원형 형상으로 형성될 수 있다.
히트싱크 패드부(164)는 히트싱크(160)의 총 면적을 넓힐 수 있는 한 그 형상이 특별히 제한되지 않으며, 도면으로 도시하지는 않았으나 마름모형, 직사각형, 정사각형 등의 다각형이나 반원 모양 등으로 형성될 수도 있다.
이러한 히트싱크(160)는 복수개의 발광셀(100)들로부터 발생된 열을 기판(110)을 통해 외부로 방출하는 방열 기능을 한다. 이를 위해, 히트싱크(160)는 금속 재질, 예컨대, 금(Au), 은(Ag), 구리(Cu), 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 텅스텐(W), 니켈(Ni), 규소(Si), 알루미늄(Al), 몰리브덴(Mo) 등에서 선택된 하나 이상의 금속 혹은 이들 중 하나 이상을 포함하는 합금 재질로 형성될 수 있다.
히트싱크(160)는 당 기술 분야에서 공지된 유기금속화학기상증착(Metal Organic Chemical Vapor Deposition; MOCVD)법, 물리기상증착(Physical Vapor Deposition; PVD)법 또는 도금(plating)법 등을 사용하여 결과물의 전면에 금속층이 형성된 후 이 금속층이 마스크를 이용한 식각을 통해 패터닝되어 형성될 수 있다. 이는 통상의 공지된 사진 및 식각(Photolithography) 기술이므로, 이에 대한 자세한 설명은 생략하기로 한다.
한편, 히트싱크(160)는 제2 반도체층(126), 활성층(124) 및 제1 반도체층(122)의 패터닝 후 결과물의 전면에 금속층이 형성된 다음 이 금속층이 통상의 사진 및 식각 공정을 사용하여 패터닝되어 형성되거나, 투명전극층(130) 형성 후 결과물의 전면에 금속층이 형성된 다음 이 금속층이 통상의 사진 및 식각 공정을 사용하여 패터닝되어 형성되거나, 제1 전극(140)과 제2 전극(150)을 형성하는 과정에서 동시에 금속층이 패터닝되어 형성되거나, 제1 전극(140) 및 제2 전극(150) 형성 후 결과물의 전면에 금속층이 형성된 다음 이 금속층이 통상의 사진 및 식각 공정을 사용하여 패터닝되어 형성될 수 있다.
이렇듯, 히트싱크(160)를 복수개의 발광셀(100)들이 어레이된 칩에 형성하면 기판(110)을 통해 칩 중앙부에 집중되는 많은 양의 열을 외부로 방출하는데 효과적이다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 발광소자는 히트싱크(160)를 두 어레이(A1, A2) 사이의 기판(110) 상부 또는 인접한 발광셀(100)들 사이에 형성하여 방열 효율을 높여 발광소자의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
도 5는 도 1을 선 A-A'로 절취한 본 발명의 제2 실시예에 따른 발광소자를 확대하여 도시한 단면도이며, 도 6은 도 1을 선 B-B'로 절취한 본 발명의 제2 실시예에 따른 발광소자를 확대하여 도시한 단면도이다.
도 1, 도 5 및 도 6을 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 발광소자는 인접한 두 발광셀(100)들 사이의 기판(110) 노출 부분과 발광셀(100)의 일 측벽에 절연막(165)이 형성된 점과 에어브릿지 형태의 배선과 달리 이음 형태의 전극배선(170)이 형성된 점을 제외하고는 본 발명에 따른 제1 실시예와 동일할 수 있으므로 중복된 설명은 생략하고 차이점에 대해서만 설명하기로 한다.
절연막(165)이 인접한 두 개의 발광셀(100)들 사이의 기판(110) 노출 부분, 히트싱크(160) 상부 및 인접한 두 개의 발광셀(100) 중 어느 하나의 측벽을 따라 형성되어 히트싱크(160)와 전극배선(170)을 전기적으로 분리한다. 절연막(165)은 예를 들어, 실리콘 산화막(SiO2), 실리콘 산화질화막(SiON) 또는 이들의 혼합막으로 형성될 수 있다. 절연막(165)이 인접한 두 개의 발광셀(100) 중 어느 하나의 측벽을 덮고 있으므로, 전극배선(170) 접촉에 의해 발광셀(100)들이 서로 단락(Short)되는 것을 방지할 수 있다.
절연막(165) 상에는 전극배선(170)이 형성된다. 전극배선(170)은 하나의 발광셀(100)의 제1 반도체층(122)과 하나의 발광셀(100)에 인접한 다른 하나의 발광셀(100)의 제2 반도체층(126)을 전기적으로 직렬 또는 병렬로 연결하여 발광셀(100)들의 어레이(A1, A2)를 형성한다. 또한, 이들 어레이(A1, A2)들은 하나의 어레이(A1)에 포함된 하나의 발광셀(100)의 제1 반도체층(122)과 다른 어레이(A2)에 포함된 하나의 발광셀(100)의 제2 반도체층(126)이 전극배선(170)을 통해 전기적으로 연결된다. 이러한 어레이(A1, A2)들이 복수개 서로 직렬 또는 병렬로 연결되어 교류전원에 의해 구동될 수 있다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 전극배선(170)은 에어브릿지 형태의 배선과 달리 이음 형태의 배선으로 형성된다. 즉, 전극배선(170)은 노출된 제1 반도체층(122)의 상부로부터 절연막(165) 표면을 따라 일체형으로 연장되어 투명전극층(130)의 일측 상부까지 형성될 수 있다.
이러한 전극배선(170)은 크롬(Cr), 금(Au) 또는 티타늄(Ti)과 같은 금속의 도금층으로 이루어질 수 있다. 이와 다르게, 전극배선(170)은 MOCVD법 또는 PVD법 등을 사용하여 증착된 금(Au), 은(Ag), 구리(Cu), 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 텅스텐(W), 니켈(Ni), 알루미늄(Al), 몰리브덴(Mo) 등에서 선택된 하나 이상의 금속층 혹은 이들 중 하나 이상을 포함하는 합금 재질 등의 금속층이 통상의 사진 및 식각 공정을 통해 패터닝되어 형성될 수 있다.
전극배선(170)을 이음 형태의 배선으로 형성할 경우, 에어브릿지 형태의 배선으로 형성하는 것에 비해 외압에 의해 전극배선(170)들이 단선 또는 단락되는 것을 방지할 수 있다는 장점이 있다.
한편, 투명전극층(130)이 생략될 경우, 전극배선(170)은 노출된 제1 반도체층(122)의 상부로부터 절연막(165) 표면을 따라 연장되어 제2 반도체층(126)의 일측 상부까지 형성될 수 있다.
또한, 도면으로 도시하지는 않았으나, 전극배선(170)은 하나의 발광셀(100)의 제1 전극 상부로부터 절연막(165)의 표면을 따라 하나의 발광셀(100)에 인접한 다른 하나의 발광셀(100)의 제2 전극의 상부까지 형성되는 이음 형태의 배선으로 형성될 수도 있음은 물론이다.
히트싱크(160)는 발광셀(100)을 통상의 사진 및 식각 공정으로 패터닝하여 형성한 후 절연막(165)을 형성하기 전 단계에서 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 제2 실시예의 경우에도 전술한 제1 실시예와 동일하게 방열 효율을 높여 소자의 신뢰성을 향상시키는 효과를 얻을 수 있다.
도 7은 도 1을 선 A-A'로 절취한 본 발명의 제3 실시예에 따른 발광소자를 확대하여 도시한 단면도이며, 도 8은 도 1을 선 B-B'로 절취한 본 발명의 제3 실시예에 따른 발광소자를 확대하여 도시한 단면도이다.
도 1, 도 7 및 도 8을 참조하면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 발광소자는 히트싱크(160)가 제1 절연막(167)과 제2 절연막(169)에 둘러싸여 형성된 점과 에어브릿지 형태의 배선과 달리 제1 절연막(167) 및 제2 절연막(169)의 표면을 따라 이음 형태의 전극배선(170)이 형성된 점을 제외하고는 본 발명에 따른 제1 실시예와 동일할 수 있으므로 중복된 설명은 생략하고 차이점에 대해서만 설명하기로 한다.
제1 절연막(167)이 인접한 두 개의 발광셀(100)들 사이의 기판(110) 노출 부분, 히트싱크(160) 상부 및 인접한 두 개의 발광셀(100) 중 어느 하나의 측벽을 따라 형성되어 전극배선(170) 접촉에 의해 발광셀(100)들이 서로 단락되는 것을 방지한다.
제2 절연막(169)이 인접한 두 개의 발광셀(100)들 사이의 제1 절연막(167) 상부 및 히트싱크(160) 상부에 형성되어 히트싱크(160)와 전극배선(170)을 전기적으로 분리한다. 제2 절연막(169)의 상면은 제1 절연막(167)의 상면보다 낮은 높이로 형성된다.
제1 절연막(167)과 제2 절연막(169)은 이종 혹은 동종 물질로 형성될 수 있으며, 실리콘 산화막(SiO2), 실리콘 산화질화막(SiON) 또는 이들의 혼합막으로 형성될 수 있다.
히트싱크(160)는 복수개의 발광셀(100) 사이에서 인접한 발광셀(100)들 사이 또는 두 어레이(A1, A2) 사이에서 인접한 두 발광셀(100)들 사이의 제1 절연막(167) 상의 일 영역에 형성될 수 있다. 히트싱크(160)는 하부에 형성된 제1 절연막(167)과 상부에 형성된 제2 절연막(169)에 둘러싸여 고립된다.
히트싱크(160)는 제1 절연막(167) 형성 후와 제2 절연막(169) 형성 전의 단계에서 금속층을 형성한 후 이 금속층을 통상의 사진 및 식각 공정을 사용하여 패터닝되어 형성될 수 있다.
전극배선(170)은 에어브릿지 형태의 배선과 달리 이음 형태의 배선으로서, 제1 절연막(167)과 제2 절연막(169)의 표면을 따라 형성된다. 즉, 전극배선(170)은 노출된 제1 반도체층(122)의 상부로부터 제2 절연막(169) 및 제2 절연막(167)의 표면을 따라 일체형으로 연장되어 투명전극층(130)의 일측 상부까지 형성될 수 있다.
이러한 전극배선(170)이 제1 절연막(167)과 제2 절연막(169)의 표면을 따라 형성되는 것을 제외하고는 전극배선(170)의 형성 물질, 형성 위치 및 형성 방법 등은 본 발명의 제2 실시예와 동일할 수 있으므로, 이에 대한 중복된 설명은 생략하기로 한다.
본 발명에 따른 제3 실시예의 경우에도 전술한 제1 실시예와 동일하게 방열 효율을 높여 소자의 신뢰성을 향상시키는 효과를 얻을 수 있다.
도 9는 도 1을 선 A-A'로 절취한 본 발명의 제4 실시예에 따른 발광소자를 확대하여 도시한 단면도이며, 도 10은 도 1을 선 B-B'로 절취한 본 발명의 제4 실시예에 따른 발광소자를 확대하여 도시한 단면도이다.
도 1, 도 9 및 도 10을 참조하면, 본 발명의 제4 실시예에 따른 발광소자는 복수개의 발광셀(100) 중 인접한 두 발광셀(100)들 사이의 기판(110) 노출 부분과 발광셀(100)의 일 측벽에 절연막(165)이 형성된 점, 이음 형태의 전극배선(170)이 형성된 점, 전극배선(170) 상에 히트싱크(160)가 형성된 점을 제외하고는 본 발명에 따른 제1 실시예와 동일할 수 있으므로 중복된 설명은 생략하고 차이점에 대해서만 설명하기로 한다.
절연막(165)이 복수개의 발광셀 중 인접한 두 개의 발광셀(100)들 사이의 기판(110) 노출 부분 및 인접한 두 개의 발광셀(100) 중 어느 하나의 측벽을 따라 형성되어 전극배선(170) 접촉에 의해 발광셀(100)들이 서로 단락되는 것을 방지한다. 절연막(165)은 예를 들어, 실리콘 산화막(SiO2), 실리콘 산화질화막(SiON) 또는 이들의 혼합막으로 형성될 수 있다.
절연막(165) 상에는 전극배선(170)이 형성된다. 구체적으로, 전극배선(170)은 하나의 발광셀(100)의 제1 반도체층(122)과 하나의 발광셀(100)에 인접한 다른 하나의 발광셀(100)의 제2 반도체층(126)을 전기적으로 직렬 또는 병렬로 연결하여 발광셀(100)들의 어레이(A1, A2)를 형성한다. 또한, 이들 어레이(A1, A2)들은 하나의 어레이(A1)에 포함된 하나의 발광셀(100)의 제1 반도체층(122)과 다른 어레이(A2)에 포함된 하나의 발광셀(100)의 제2 반도체층(126)이 전극배선(170)을 통해 전기적으로 연결된다.
전극배선(170)이 히트싱크(160) 상부에는 형성되지 않고 절연막(165) 상에만 형성되는 점을 제외하고는 형성 물질 및 형성 방법 등은 본 발명의 제2 실시예와 동일할 수 있으므로, 이에 대한 중복된 설명은 생략하기로 한다.
본 발명의 제4 실시예에 따르면, 히트싱크(160)가 복수개의 발광셀(100) 중 인접한 두 개의 발광셀(100)들 사이의 전극배선(170) 상에 형성된다. 또한, 히트싱크(160)는 두 어레이(A1, A2) 사이에서 인접한 두 발광셀(100)들 사이에 배치될 수 있다. 이 경우, 히트싱크(160)와 전극배선(170)은 서로 접촉된다.
이처럼, 히트싱크(160)가 전극배선(170) 상에 형성되는 점을 제외하고는 히트싱크(160)의 형성 물질은 본 발명의 제1 실시예와 동일할 수 있으므로 이에 대한 중복된 설명은 생략하기로 한다.
히트싱크(160)는 전극배선(170)을 형성한 후, 전극배선(170)을 포함한 결과물의 전면에 걸쳐 금속층(미도시)이 형성된 다음 통상의 사진 및 식각 공정을 사용하여 이 금속층이 패터닝되어 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 제4 실시예의 경우에도 전술한 제1 실시예와 동일하게 방열 효율을 높여 소자의 신뢰성을 향상시키는 효과를 얻을 수 있다.
이상에서는 본 발명의 실시예를 중심으로 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 기술자의 수준에서 다양한 변경이나 변형을 가할 수 있다. 이러한 변경과 변형은 본 발명이 제공하는 기술 사상의 범위를 벗어나지 않는 한 본 발명에 속한다고 할 수 있다. 따라서 본 발명의 권리범위는 이하에 기재되는 청구범위에 의해 판단되어야 할 것이다.
100 : 발광셀 110 : 기판
122 : 제1 반도체층 124 : 활성층
126 : 제2 반도체층 130 : 투명전극층
140 : 제1 전극 150 : 제2 전극
160 : 히트싱크 162, 163 : 히트싱크 라인부
164 : 히트싱크 패드부 165 : 절연막
167 : 제1 절연막 169 : 제2 절연막
170 : 전극배선
122 : 제1 반도체층 124 : 활성층
126 : 제2 반도체층 130 : 투명전극층
140 : 제1 전극 150 : 제2 전극
160 : 히트싱크 162, 163 : 히트싱크 라인부
164 : 히트싱크 패드부 165 : 절연막
167 : 제1 절연막 169 : 제2 절연막
170 : 전극배선
Claims (13)
- 기판 상에 이격되어 형성되며, 각각 제1 반도체층, 활성층 및 제2 반도체층을 포함하는 복수개의 발광셀;
상기 복수개의 발광셀 사이에서 인접한 발광셀들 사이에 형성되는 히트싱크; 및
상기 히트싱크의 상부 또는 하부에 형성되어, 하나의 발광셀의 제1 반도체층과 상기 하나의 발광셀에 인접한 다른 하나의 발광셀의 제2 반도체층을 전기적으로 연결시키는 전극배선;을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광소자.
- 제1항에 있어서,
상기 히트싱크는
상기 발광셀들 사이에 라인 타입으로 배치되는 히트싱크 라인부 및
상기 히트싱크 라인부의 양 끝단에 배치되고, 상기 라인 폭보다 큰 폭을 갖는 히트싱크 패드부로 구성되는 것을 특징으로 하는 발광소자.
- 제2항에 있어서,
상기 히트싱크 라인부는 적어도 하나 이상의 라인으로 구성되는 것을 특징으로 하는 발광소자.
- 제1항에 있어서,
상기 히트싱크는
상기 복수개의 발광셀 사이에 적어도 하나 이상 교차 배치되는 것을 특징으로 하는 발광소자.
- 제1항에 있어서,
상기 히트싱크는
금(Au), 은(Ag), 구리(Cu), 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 텅스텐(W), 니켈(Ni), 규소(Si), 알루미늄(Al) 및 몰리브덴(Mo) 중에서 선택된 하나 이상의 금속 혹은 이들 중 하나 이상을 포함하는 합금 재질로 구성되는 것을 특징으로 하는 발광소자.
- 제1 항에 있어서,
상기 전극배선은
에어 브릿지(air bridge) 형태의 배선인 것을 형성되는 것을 특징으로 하는 발광소자.
- 제1항에 있어서,
상기 복수의 발광셀들은
직렬 또는 병렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 발광소자.
- 제1항에 있어서,
상기 전극배선 접촉에 의한 발광셀의 단락을 방지하는 절연막이 더 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 발광소자.
- 제8항에 있어서,
상기 절연막은
2개의 발광셀 사이의 기판 노출 부분과 상기 2개의 발광셀 중 어느 하나의 측벽을 따라 형성되며, 상부에 히트싱크가 형성되는 제1절연막과,
상기 히트싱크를 덮는 제2절연막을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광소자.
- 기판 상에 이격되어 형성되며, 복수개의 발광셀을 포함하는 복수개의 어레이;
상기 어레이들 사이에 적어도 하나 이상 배치되는 히트싱크 라인부; 및
상기 히트싱크 라인부의 양 끝에 연결되고, 상기 기판의 가장자리에 배치되는 히트싱크 패드부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광소자.
- 제10항에 있어서,
상기 히트싱크 패드부의 폭은 상기 히트싱크 라인부의 폭보다 큰 것을 특징으로 하는 발광소자.
- 제10항에 있어서,
상기 히트싱크 라인부는 적어도 하나 이상의 라인으로 구성되는 것을 특징으로 하는 발광소자.
- 제10항에 있어서,
상기 히트싱크 라인부 및 히트싱크 패드부는
금(Au), 은(Ag), 구리(Cu), 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 텅스텐(W), 니켈(Ni), 규소(Si), 알루미늄(Al) 및 몰리브덴(Mo) 중에서 선택된 하나 이상의 금속 혹은 이들 중 하나 이상을 포함하는 합금 재질로 구성되는 것을 특징으로 하는 발광소자.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020120008933A KR20130087788A (ko) | 2012-01-30 | 2012-01-30 | 히트싱크를 이용하여 방열 효율이 우수한 발광소자 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020120008933A KR20130087788A (ko) | 2012-01-30 | 2012-01-30 | 히트싱크를 이용하여 방열 효율이 우수한 발광소자 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20130087788A true KR20130087788A (ko) | 2013-08-07 |
Family
ID=49214379
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020120008933A KR20130087788A (ko) | 2012-01-30 | 2012-01-30 | 히트싱크를 이용하여 방열 효율이 우수한 발광소자 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20130087788A (ko) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101593466B1 (ko) * | 2014-09-12 | 2016-02-12 | 주식회사 백프로 | 히트싱크 블럭 부착형 led 패키지 기판 |
| WO2019240371A1 (ko) * | 2018-06-11 | 2019-12-19 | 주식회사 세미콘라이트 | 반도체 발광소자 |
| KR20190140265A (ko) * | 2018-06-11 | 2019-12-19 | 주식회사 세미콘라이트 | 반도체 발광소자 |
| WO2020210945A1 (zh) * | 2019-04-15 | 2020-10-22 | 厦门市三安光电科技有限公司 | 发光装置及其制作方法 |
-
2012
- 2012-01-30 KR KR1020120008933A patent/KR20130087788A/ko not_active Application Discontinuation
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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