KR20160014474A - 가스 내부누출 자동 검사 방법 및 led 칩 제조 방법 - Google Patents

가스 내부누출 자동 검사 방법 및 led 칩 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 기술적 사상에 따른 가스 내부누출 자동 검사 방법은, 가스 라인에서 가스의 내부누출을 검출하는 검사 방법에 있어서, 가스 라인에서 제1 밸브와 제2 밸브 사이의 메인 라인에 메인 밸브와 압력 게이지를 구비하는 가스 내부누출 검사 장치를 제공하는 단계, 메인 밸브와 제2 밸브를 차폐하여 메인 라인에 밀폐 공간을 형성하는 단계, 압력 게이지를 통해 밀폐 공간 내의 압력 변동을 측정하는 단계, 및 압력 변동의 측정치에 기초하여 가스 누출 여부를 판정하는 단계를 포함하는 것이다.

Description

가스 내부누출 자동 검사 방법 및 LED 칩 제조 방법{Method of automatic inspection to gas internal leak and method of LED chip manufacture}
본 발명은 가스 라인에서 가스의 내부누출을 검출하는 검사 방법 및 이러한 방법으로 예방 정비된 장비를 사용하여 LED 칩을 제조하는 방법에 관한 것이다.
LED 칩 제조 장비는 장비의 성능을 일정하게 유지하기 위하여 챔버의 내부를 클리닝하는 작업이 수행된다. 클리닝을 위해 클로린(Cl2) 가스를 주로 사용하는데, 상기 가스의 클리닝 성능은 뛰어나지만 수소(H2) 가스나 암모니아(NH3) 가스와 반응 시 파우더가 만들어지고, 상기 파우더로 인하여 가스 라인이 막히는 문제가 발생한다. 클로린 가스를 공급하는 가스 라인의 밸브에 내부누출이 발생 된다면, 누출된 클로린 가스가 수소 가스나 암모니아 가스와 반응하여 파우더가 만들어지고, 가스 라인의 막힘으로 인해 설비에 손상을 초래한다. 이러한 가스의 내부누출은 결과적으로 생산 수율 저하, LED 칩 파손 증가 및 설비 가동률 저하 등을 유발하여 생산성 저하를 야기한다.
본 발명의 기술적 사상이 해결하고자 하는 과제는, 가스 라인에서 가스의 내부누출을 검출하는 검사 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 기술적 사상이 해결하고자 하는 다른 과제는, 예방 정비 단계를 수행하는 가스 라인을 구비하는 LED 칩 제조 장비를 사용하여 LED 칩 제조 공정을 진행하는 것을 특징으로 하는 LED 칩 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명의 기술적 사상이 해결하고자 하는 또 다른 과제는, 가스의 내부누출을 검사하는 방법을 포함하는 반도체 소자 제조 장비를 사용하여 반도체 소자를 제조하는 방법에 관한 것이다.
본 발명의 기술적 사상에 의한 일 양태에 따른 가스 내부누출 자동 검사 방법은, 가스 라인에서 가스의 내부누출을 검출하는 검사 방법에 있어서, 상기 가스 라인에서 제1 밸브와 제2 밸브 사이의 메인 라인에 메인 밸브와 압력 게이지를 구비하는 가스 내부누출 검사 장치를 제공하는 단계; 상기 메인 밸브와 상기 제2 밸브를 차폐하여 상기 메인 라인에 밀폐 공간을 형성하는 단계; 상기 압력 게이지를 통해 상기 밀폐 공간 내의 압력 변동을 측정하는 단계; 및 상기 압력 변동의 측정치에 기초하여 가스 누출 여부를 판정하는 단계를 포함한다.
예시적인 실시예들에서, 상기 메인 밸브는 공압 밸브인 것을 특징으로 한다.
예시적인 실시예들에서, 상기 가스 라인은 화학기상증착장비의 챔버 클리닝 가스 라인 또는 그의 일부인 것을 특징으로 한다.
예시적인 실시예들에서, 상기 가스는 클로린 가스인 것을 특징으로 한다.
예시적인 실시예들에서, 상기 밀폐 공간의 내부는 진공 상태인 것을 특징으로 한다.
예시적인 실시예들에서, 상기 밀폐 공간의 내부 압력은 상기 메인 밸브의 상류 라인 및 상기 제2 밸브의 하류 라인의 내부 압력보다 더 높은 것을 특징으로 한다.
예시적인 실시예들에서, 상기 가스 내부누출 검사 장치는 상기 밀폐 공간의 압력 변동을 측정하여 얻은 결과를 보여주는 모니터링 장치를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.
예시적인 실시예들에서, 상기 모니터링 장치는 일정 수치 이상의 압력 변동이 발생하면, 알람을 발생시키는 것을 특징으로 한다.
예시적인 실시예들에서, 상기 가스 내부누출 검사 장치는 상기 메인 라인에 가스의 성분을 감지하는 검출기를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 기술적 사상에 의한 일 양태에 따른 LED 칩 제조 방법은, 예방 정비 단계 및 상기 예방 정비 단계에 후속되는 LED 칩 제조 단계를 포함하는 LED 칩 제조 방법에 있어서, 상기 예방 정비 단계는 가스 라인에서 제1 밸브와 제2 밸브 사이의 메인 라인에 메인 밸브와 압력 게이지를 구비하는 것을 특징으로 하는 가스 내부누출 검사 장치를 제공하는 단계; 상기 메인 밸브와 상기 제2 밸브를 차폐하여 상기 메인 라인을 밀폐 공간으로 형성하는 단계; 상기 압력 게이지를 통해 상기 밀폐 공간 내의 압력 변동을 측정하는 단계; 및 상기 압력 변동의 측정치에 기초하여 가스 누출 여부를 판정하는 단계를 포함하고, 상기 LED 칩 제조 단계는 상기 예방 정비 단계를 수행하는 가스 라인을 구비하는 LED 칩 제조 장비를 사용하여 LED 칩을 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
예시적인 실시예들에서, 상기 메인 밸브는 공압 밸브인 것을 특징으로 한다.
예시적인 실시예들에서, 상기 가스 라인은 화학기상증착장비의 챔버 클리닝 가스 라인 또는 그의 일부인 것을 특징으로 한다.
예시적인 실시예들에서, 상기 가스는 클로린 가스인 것을 특징으로 한다.
예시적인 실시예들에서, 상기 밀폐 공간의 내부는 진공 상태인 것을 특징으로 한다.
예시적인 실시예들에서, 상기 밀폐 공간의 내부 압력은 상기 메인 밸브의 상류 라인 및 상기 제2 밸브의 하류 라인의 내부 압력보다 더 높은 것을 특징으로 한다.
예시적인 실시예들에서, 상기 가스 내부누출 검사 장치는 상기 밀폐 공간의 압력 변동을 측정하여 얻은 결과를 보여주는 모니터링 장치를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.
예시적인 실시예들에서, 상기 모니터링 장치는 일정 수치 이상의 압력 변동이 발생하면, 알람을 발생시키는 것을 특징으로 한다.
예시적인 실시예들에서, 상기 가스 내부누출 검사 장치는 상기 메인 라인에 가스의 성분을 감지하는 검출기를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 기술적 사상에 의한 일 양태에 따른 반도체 소자 제조 방법은, 제1 밸브와 제2 밸브가 구비된 가스 라인; 상기 가스 라인에서 제1 밸브와 제2 밸브 사이의 메인 라인; 상기 메인 라인에 연결된 메인 밸브 및 압력 게이지; 상기 메인 밸브와 상기 제2 밸브를 차폐하여 상기 메인 라인에 형성된 밀폐 공간; 및 상기 압력 게이지를 통해 상기 밀폐 공간 내의 압력 변동을 측정하고, 측정치에 기초하여 가스 누출 여부를 판정하는 모니터링 장치를 포함하는 반도체 소자 제조 장비를 사용하는 것을 특징으로 한다.
예시적인 실시예들에서, 상기 메인 라인에 가스의 성분을 감지하는 검출기를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.
종래에는 가스 라인에서 가스의 내부누출이 의심되는 경우, 밸브를 모두 분해하여 밸브별로 리크 여부를 검사하거나, 주기적으로 챔버 내부를 진공으로 만든 상태에서 챔버 내부로 유입되는 모든 밸브를 차단하고 챔버 압력을 모니터링 하는 방식으로 가스 누출을 검사함으로써, 생산 수율 저하, LED 칩 파손 증가 및 설비 가동률 저하 등을 유발하여 생산성 저하를 야기시켰다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명의 기술적 사상은 가스 라인에서 가스의 내부누출을 검출하는 검사 방법으로써 LED 칩을 제조하는 장비의 챔버를 클리닝하는 가스를 공급하는 가스 라인의 내부누출을 검출하는 방법을 개선하여, 가스의 내부누출을 실시간으로 감지할 수 있다. 또한, 가스의 내부누출이 감지되면, 설비 모니터 장치를 통해 알람을 발생시켜 공정 사고를 미연에 방지할 수 있고 생산 효율을 높일 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 가스 라인에서 가스의 내부누출을 검출하는 검사 방법으로써, 메인 라인에 메인 밸브 및 압력 게이지가 구비된 모습을 나타낸다.
도 2는 본 발명에 따른 가스 라인에서 가스의 내부누출을 검출하는 검사 방법으로써, 메인 라인에 메인 밸브, 압력 게이지 및 검출기가 구비된 모습을 나타낸다.
도 3은 본 발명에 따른 가스 라인에서 가스의 내부누출을 검출하는 검사 방법으로써, 메인 라인에 메인 밸브, 압력 게이지 및 모니터링 장치가 구비된 모습을 나타낸다.
도 4는 본 발명에 따른 가스 라인에서 가스의 내부누출을 검출하는 검사 방법으로써, 메인 라인에 메인 밸브, 압력 게이지, 검출기 및 모니터링 장치가 구비된 모습을 나타낸다.
도 5는 본 발명에 따른 가스 라인에서 가스의 내부누출을 감지하여 모니터링 장치가 알람을 발생하는 순서를 도시한 흐름도이다.
도 6은 본 발명에 따른 LED 칩 제조 장비 중 화학기상증착장비의 일부 구성을 도시한 사시도이다.
도 7은 본 발명의 LED 칩 제조 방법에 의해 제조된 LED 칩의 일 예를 나타내는 측단면도이다.
도 8은 본 발명의 LED 칩 제조 방법에 의해 제조된 LED 칩의 다른 예를 나타내는 측단면도이다.
도 9는 본 발명의 LED 칩 제조 방법에 의해 제조된 LED 칩의 또 다른 예를 나타내는 측단면도이다.
도 10은 본 발명의 LED 칩 제조 방법에 의해 제조된 기판에 실장된 LED 칩을 포함하는 발광소자의 일 예를 나타내는 측단면도이다.
도 11은 본 발명의 LED 칩 제조 방법에 의해 제조된 LED 칩이 배열된 발광소자 어레이에 사용될 수 있는 발광소자 패키지의 일 예를 나타내는 측단면도이다.
도 12는 본 발명의 LED 칩 제조 방법에 의해 제조된 LED 칩이 배열된 발광소자 어레이부를 포함하는 백라이트 어셈블리의 일 예를 나타내는 분리 사시도이다.
도 13은 본 발명의 LED 칩 제조 방법에 의해 제조된 LED 칩이 배열된 발광소자 어레이부 및 발광소자 모듈을 포함하는 평판 조명 장치를 간략하게 나타내는 도면이다.
도 14는 본 발명의 LED 칩 제조 방법에 의해 제조된 LED 칩이 배열된 발광소자 어레이부 및 발광소자 모듈을 포함하는 조명 장치로서 벌브형 램프를 간략하게 나타내는 도면이다.
도 15는 완전 복사체 스펙트럼을 나타내는 CIE 색도도이다.
도 16은 본 발명의 LED 칩 제조 방법에 의해 제조된 LED 칩이 배열된 발광소자 패키지의 예를 나타내는 도면이다.
도 17은 본 발명의 LED 칩 제조 방법에 의해 제조된 LED 칩이 배열된 발광소자 어레이부 및 발광소자 모듈을 포함하고, 통신 모듈을 포함하는 램프를 나타내는 도면이다.
도 18은 본 발명의 LED 칩 제조 방법에 의해 제조된 LED 칩이 배열된 발광소자 어레이부 및 발광소자 모듈을 포함하는 램프를 홈-네트워크에 적용한 예를 나타내는 도면이다.
도 19는 본 발명의 LED 칩 제조 방법에 의해 제조된 LED 칩이 배열된 발광소자 어레이부 및 발광소자 모듈을 포함하는 발광 장치의 분해 사시도이다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명 개념의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명 개념의 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명 개념의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들로 인해 한정되는 것으로 해석돼서는 안 된다. 본 발명 개념의 실시예들은 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명 개념을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것으로 해석되는 것이 바람직하다. 동일한 부호는 시종 동일한 요소를 의미한다. 나아가, 도면에서의 다양한 요소와 영역은 개략적으로 그려진 것이다. 따라서, 본 발명 개념은 첨부한 도면에 그려진 상대적인 크기나 간격에 의해 제한되지 않는다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는 데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명 개념의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 반대로 제2 구성 요소는 제1 구성 요소로 명명될 수 있다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예들을 설명하기 위해 사용된 것으로서, 본 발명 개념을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, “포함한다” 또는 “갖는다” 등의 표현은 명세서에 기재된 특징, 개수, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 개수, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
달리 정의되지 않는 한, 여기에 사용되는 모든 용어들은 기술 용어와 과학 용어를 포함하여 본 발명 개념이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 공통적으로 이해하고 있는 바와 동일한 의미를 지닌다. 또한, 통상적으로 사용되는, 사전에 정의된 바와 같은 용어들은 관련되는 기술의 맥락에서 이들이 의미하는 바와 일관되는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 여기에 명시적으로 정의하지 않는 한 과도하게 형식적인 의미로 해석되어서는 아니 될 것임은 이해될 것이다.
이하 첨부된 도 1 내지 도 18을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다.
도 1 내지 도 6은 본 발명에 따른 가스 라인에서 가스의 내부누출을 검사하는 검사 방법의 실시예들이다.
도 1 내지 도 4에서 가스 라인(210)은 도면에 이중 실선으로 표시되어 있으며, 상기 가스 라인(210) 중 메인 라인(220)은 점선으로 도시된 영역이다.
도 1은 본 발명에 따른 가스 라인(210)에서 가스의 내부누출을 검출하는 검사 방법으로써, 메인 라인(220)에 메인 밸브(130) 및 압력 게이지(140)가 구비된 모습을 나타낸다.
도 1을 참조하면, 종래의 기술에 따른 가스 라인(210)의 구조는 챔버(200)에 가스를 공급하는 가스 라인(210)의 상단에 제1 밸브(110)가 형성되어 있으며 하나의 메인 가스 라인에서 여러 개의 중간 라인으로 분리되고, 분리된 중간 라인의 각각에 제2 밸브(120)가 형성되어 있었으나, 본원 발명에 따른 가스 라인(210)의 구조는 제1 밸브(110)와 제2 밸브(120) 사이에 메인 밸브(130)가 형성되어 있으며, 메인 밸브(130)와 제2 밸브(120) 사이에는 압력 게이지(140)가 형성되어 있다. 상기 제1 밸브(110)는, 예를 들어, 수동 밸브일 수 있으며, 메인 밸브(130)는 공압 밸브일 수 있다.
본원 발명에 따른 가스 내부누출 자동검사 방법은 상기 메인 라인(220)에 밀폐 공간을 형성한다. 메인 라인(220)은 제1 밸브(110)와 제2 밸브(120) 사이의 가스 라인을 지칭하며, 상기 메인 밸브(130) 및 상기 압력 게이지(140)는 상기 메인 라인(220)에 형성된다. 상기 메인 밸브(130)를 형성함으로써 얻는 또 다른 효과는, 가스 누출이 발생하더라도 메인 밸브(130)와 제2 밸브(120)에서 가스 누출을 이중으로 차단할 수 있다는 것이다.
상기 압력 게이지(140)를 통해 상기 밀폐 공간 내의 압력 변동을 측정한다. 밀폐 공간 내의 압력은 매우 저압으로 진공과 같은 상태로 유지될 수도 있고, 가스로 채워져 고압으로 유지될 수도 있다. 상기 밀폐 공간이 가스로 채워지는 경우, 상기 밀폐 공간의 내부 압력은 상기 메인 밸브(130)의 상류 라인 및 상기 제2 밸브(120)의 하류 라인의 내부 압력보다 더 높다.
상기 메인 라인(220)의 길이에 따라, 즉 메인 밸브(130)와 제2 밸브(120)의 간격 거리에 따라 압력의 변동폭이 달라질 수 있다. 따라서, 이에 맞는 압력 게이지(140)를 사용하여 압력의 변동폭을 측정한다.
상기 압력 변동의 측정치에 기초하여 가스 누출 여부를 판정한다. 압력 변동이 미리 정해진 일정 수치 범위 이상으로 일정 시간이상 유지되는 경우 가스 라인(210)의 내부누출로 판단할 수 있다. 만약 일정 시간이상 유지되지 않고 정상 범위로 돌아온다면 이는 압력 게이지(140) 측정 부분만의 압력이 순간 변동된 것이거나, 압력 게이지(140)의 일시 오작동으로 판단할 수 있다. 상기 밀폐 공간이 진공 상태로 유지되는 경우 상기 메인 밸브(130)의 상류 라인 및 상기 제2 밸브(120)의 하류 라인으로부터 메인 라인(220)으로 가스가 내부누출되어 유입되는 경우 압력 게이지(140)의 압력이 초기값 대비 높아지게 된다.
상기 밀폐 공간이 가스로 채워지고 상기 밀폐 공간의 내부 압력은 상기 메인 밸브(130)의 상류 라인 및 상기 제2 밸브(120)의 하류 라인의 내부 압력보다 더 높은 경우에는, 메인 라인(220)으로부터 상기 메인 밸브(130)의 상류 라인 및 상기 제2 밸브(120)의 하류 라인으로 가스가 유출되는 경우 압력 게이지(140)의 압력이 초기값 대비 낮아지게 된다.
압력이 초기값에 비해 일정 수준 이상 높아지거나 낮아지는 상태가 일정 시간 이상 지속되는 경우 내부누출로 판단할 수 있다.
이 경우 가스의 내부누출이 아닌, 예를 들면, 메인 라인(220)에 형성된 핀홀 등에 의한 외부누출인 경우를 상정해 볼 수 있는데, 가스 라인(210)의 외부에 가스의 외부누출을 감지할 수 있는 외부 검출기(300, 도 2 참조)가 LED 칩 제조 장치나 반도체 제조 장치에 설치되어 있다면, 상기 가스의 외부누출을 감지할 수 있는 설비에 이상 신호가 없고, 압력 게이지(140)의 변동만이 관측된다면 내부누출로 판단이 가능하다.
본 발명의 일 실시예로서, 상기 가스 라인(210)에서 사용되는 가스가 챔버(200)를 클리닝하기 위한 클로린(Cl2) 가스인 경우를 예를 들어 설명한다. LED 칩 제조 장비에 있어서 장비의 예방 정비를 위한 챔버(200)의 클리닝은 LED 칩의 성능과 밀접한 관련이 있다. 상기 클로린 가스는 클리닝 성능은 뛰어나지만, 수소(H2) 가스나 암모니아(NH3) 가스 등과 반응 시 파우더를 생성하게 되고, 상기 파우더가 배관을 막아 가스의 흐름이 원활하게 이루어 지지 못하는 문제가 발생하게 된다. 따라서, 종래에는 상기 클로린 가스가 공급되는 가스 라인(210)에서 내부누출이 의심되는 경우, 밸브를 모두 분해하여 모든 밸브별로 리크 체크(leak check)를 하거나, 주기적으로 LED 칩 제조 장비의 챔버(200)를 진공으로 만든 상태에서 챔버(200) 내부로 유입되는 모든 밸브를 차단하고 챔버(200) 내부의 압력을 모니터링 하는 방식을 수행하였다. 그러나 종래의 방법은 장비의 공정 진행을 중단하고 가스의 내부누출을 체크하여야 하므로 장비의 다운타임(downtime)이 증가하여 생산성이 저하되는 문제점이 있었다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여, 본원 발명에서는 LED 칩 제조 장비를 운용하는 중에도 압력 게이지(140)를 통하여 작업자가 가스 라인(210)의 압력 변동 여부를 확인하여 가스의 내부누출을 판단할 수 있도록 하였다. 따라서 종래의 기술과는 달리 장비의 다운타임(downtime)이 줄어들어 생산성의 향상을 기대할 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 가스 라인(210)에서 가스의 내부누출을 검출하는 검사 방법으로써, 메인 라인(220)에 메인 밸브(130), 압력 게이지(140) 및 검출기(150)가 구비된 모습을 나타낸다.
도 2를 참조하면, 가스 라인(210)의 메인 라인(220)에 가스의 성분을 감지하는 검출기(150)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 실시예를 나타낸다. 상기 검출기(150)는 상기 메인 라인(220)에 존재하는 가스의 성분을 검출할 수 있다. 메인 라인(220)을 밀폐 공간으로 형성한 경우 상기 검출기(150)에 의하여 밀폐 시에 검출되지 않는 가스 성분이 검출되는 경우 가스의 내부누출로 판단할 수 있다. LED 칩 제조 장비의 챔버(200)에서 공정 진행 후 남은 미량의 가스가 제2 밸브(120)로부터 메인 라인(220) 쪽으로 흐르는 경우 이를 감지하는 역할을 하며, 메인 라인(220)을 흐르는 가스와 다른 가스 라인(210)의 가스가 혼합되어 사용되는 경우 상기 검출기(150)를 통하여 가스의 내부누출을 판단할 수 있다. 상기 검출기(150)는 가스가 가스 라인(210) 밖으로 누출되는, 즉 외부누출되는 가스를 검출하는 외부 검출기(300)와는 다르다.
도 3은 본 발명에 따른 가스 라인(210)에서 가스의 내부누출을 검출하는 검사 방법으로써, 메인 라인(220)에 메인 밸브(130), 압력 게이지(140) 및 모니터링 장치(160)가 구비된 모습을 나타낸다.
도 3을 참조하면, 가스 라인(210)의 메인 라인(220)에 모니터링 장치(160)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 실시예를 나타낸다. 상기 모니터링 장치(160)는 압력 게이지(140)가 압력 변동을 측정한 데이터를 저장하고 분석하는 역할을 수행한다. 또한, 작업자 및/또는 컴퓨터에 실시간으로 압력 데이터를 전송할 수 있고, 압력 변동에 이상이 발생하면, 예를 들어, 압력이 초기값에 비해 일정 수준 이상 높아지거나 낮아지는 상태가 일정 시간 이상 지속되는 경우에는 외부로 알람을 발생하여 작업자에게 알린다. 상기 알람은 스피커를 통해 알람 소리를 제공, 화면을 통해 경고 메세지 제공 및 화면 깜박임 중 적어도 하나를 포함하는 것일 수 있다. 또한, LED 칩 제조 장비의 설비 인터락과 연결하여, 압력 변동이 큰 폭으로 이루어져 장비의 고장을 유발할 수 있는 경우 장비를 셧다운(shutdown)시키는 기능을 포함할 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 가스 라인(210)에서 가스의 내부누출을 검출하는 검사 방법으로써, 메인 라인(220)에 메인 밸브(130), 압력 게이지(140), 검출기(150) 및 모니터링 장치(160)가 구비된 모습을 나타낸다.
도 4를 참조하면, 가스 라인(210)의 메인 라인(220)에 검출기(150) 및 모니터링 장치(160)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 실시예를 나타낸다. 상기 검출기(150) 및 상기 모니터링 장치(160)에 대한 설명은 앞서 설명한 내용과 동일하다.
도 5는 본 발명에 따른 가스 라인(210)에서 가스의 내부누출을 감지하여 모니터링 장치(160)가 알람을 발생하는 순서를 도시한 흐름도이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 단계 S510에서 가스 라인(210)의 메인 라인(220)에 구비된 압력 게이지(140)를 통하여 가스 라인(210)의 밀폐 상태 즉, 가스의 내부누출을 실시간으로 모니터링한다. 단계 S520에서 모니터링 장치(160)는 압력 게이지(140)로부터 검출된 정보를 받아서 가스 라인(210) 내부에서 가스 누출이 발생하였는지를 판별한다. 단계 S530에서 압력 변동의 측정치에 기초하여 가스 누출 여부를 판정하며, 압력 변동이 미리 정해진 일정 수치 범위 이상으로 일정 시간이상 유지되는 경우 가스 라인(210)의 내부누출로 판단할 수 있다. 만약 일정 시간이상 유지되지 않고 정상 범위로 돌아온다면 이는 압력 게이지(140) 측정 부분만의 압력이 순간 변동된 것이거나, 압력 게이지(140)의 일시 오작동으로 판단할 수 있다. 가스 라인(210) 내부에서 가스 누출이 발생하였다고 최종 판단되면, 단계 S540에서 작업자에게 가스 누출을 알려주는 알람을 외부로 발생시킨다.
도 6은 본 발명에 따른 LED 칩 제조 장비 중 화학기상증착장비의 일부 구성(60)을 도시한 사시도이다. 본 실시예에서는 LED 칩 제조 장비 중 화학기상증착장비를 예로 들어 설명한다.
도 6을 참조하면, LED 칩 제조 장비 중 화학기상증착장비의 일부 구성(60)이며, 가스 내부누출 검사 장치를 구비할 챔버(610)의 위치를 개략적으로 나타낸다. 도 6에 도시되지는 않았지만, LED 칩 제조 장비의 가스 내부누출 검사 장치는 가스 라인(210)의 메인 라인(220)에 메인 밸브, 압력 게이지, 모니터링 장치 및 검출기를 포함할 수 있다. 상기 가스 내부누출 검사 장치는 실시간으로 가스 라인(210)의 가스 누출을 모니터링하여, 가스 내부누출 시 모니터링 장치가 이를 판단하여 작업자에게 가스 누출을 알려주는 알람을 외부로 발생시킨다.
기존에는 밸브를 모두 분해하여 밸브별로 리크 여부를 검사하거나, 주기적으로 챔버(610) 내부를 진공으로 만든 상태에서 챔버(610) 내부로 유입되는 모든 밸브를 차단하고 챔버(610) 압력을 모니터링 하는 방식으로 가스 누출을 검사함으로써, 생산 수율 저하, LED 칩 파손 증가 및 설비 가동률 저하 등을 유발하여 생산성 저하를 야기시켰다. 따라서, 본 발명에 따른 가스 라인(210)에서 가스의 내부누출을 검출하는 검사 방법으로 가스 내부누출을 실시간으로 파악하고, 예방 정비에 소요되는 시간을 단축시킬 수 있다.
상기 화학기상증착장비의 챔버(610)를 클리닝하기 위하여 가스 라인(210)이 챔버(610)로 연결된다. 상기 화학기상증착장비의 챔버(610)는 예를 들어, 공정 챔버, 트랜스퍼 챔버 및/또는 로드락 챔버를 포함한다. 그리고 챔버(610) 일측에는 EPO(Emergency power off) 버튼(620) 및 터보 펌프(630) 등 주변 장치들이 구비된다. 그리고 제어부는 화학기상증착장비의 제반 동작을 제어한다.
검출기는, 예를 들어, 가스 센서 등으로 구비되며, 가스 라인(210)과 연결된 메인 라인(220)에 구비되어, 가스 라인(210)으로부터 특정 가스가 누출되는지를 실시간으로 감지하고, 감지된 정보를 제공한다. 또한, 검출기는 클로린 가스와 같은 특정 가스의 성분을 감지하도록 설계된다. 이는 필요한 상황에 대응하여 다양한 가스 성분, 예를 들어, 헬륨 가스, 질소 가스 등의 성분을 감지할 수도 있다.
그리고 모니터링 장치는 압력 게이지 및/또는 검출기로부터 감지된 정보를 실시간으로 받아서 가스 라인(210)의 상태를 모니터링한다. 모니터링 중에 가스 라인(210)에서 특정 가스가 내부누출되면, 작업자에게 가스 누출을 알려주는 알람을 외부로 발생시킨다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 가스 누출 감지 방법은, 다수의 가스 라인(210)들을 구비하는 화학기상증착장비에서, 각각의 가스 라인(210)의 메인 라인(220)에 감지하고자 하는 특수한 목적의 검출기를 설치할 수 있다. 예를 들어, 헬륨(He) 가스를 감지하길 원하면 헬륨 가스만 검출 가능한 검출기를 메인 라인(220)에 설치하거나, 또는 질소(N2) 가스 감지를 원하면 질소 가스만 검출 가능한 검출기를 메인 라인(220)에 설치하여 실시간으로 가스 라인(210)의 가스 내부누출 상태를 감지한다.
이상에서 설명한 본 발명의 LED 칩 제조 방법에 관한 내용은, LED 칩 제조 공정이 반도체 소자 제조 공정과 유사한 면이 많으므로, 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 통상의 기술자라면, 반도체 소자 제조 방법에도 적용될 수 있음은 자명한바, 반도체 소자 제조 방법에 관한 설명은 생략한다.
도 7 내지 도 19는 본 발명의 LED 칩 제조 방법에 의해 제조된 LED 칩의 다양한 실시예들이다.
도 7은 본 발명의 LED 칩 제조 방법에 의해 제조된 LED 칩의 일 예를 나타내는 측단면도이다. 도 7에 도시된 바와 같이, 칩(1500)은 반도체 기판(1501) 상에 형성된 발광 적층체(S)를 포함한다. 상기 발광 적층체(S)는 제1 도전형 반도체층(1504), 활성층(1505) 및 제2 도전형 반도체층(1506)을 포함한다.
또한, 제2 도전형 반도체층(1506) 상에 형성된 오믹 컨택층(1508)을 포함하며, 제1 도전형 반도체층(1504) 및 오믹 컨택층(1508)의 상면에는 각각 제1 및 제2 전극(1509a, 1509b)이 형성된다.
본 명세서에서, '상부', '상면', '하부', '하면', '측면' 등의 용어는 도면을 기준으로 한 것이며, 실제로는 소자가 배치되는 방향에 따라 달라질 수 있을 것이다.
이하, LED 칩(1500)의 주요 구성요소에 대해서 보다 상세하게 설명하기로 한다.
상기 기판(1501)으로는 필요에 따라 절연성, 도전성 또는 반도체 기판이 사용될 수 있다. 예를 들어, 상기 기판(1501)은 사파이어, SiC, Si, MgAl2O4, MgO, LiAlO2, LiGaO2, GaN일 수 있다. 이종 기판으로는 사파이어, 실리콘 카바이드(SiC), Si 기판 등이 주로 사용될 수 있다. 이종 기판을 사용할 때는 기판 물질과 박막 물질 사이의 격자상수의 차이로 인해 전위(dislocation) 등 결함이 증가할 수 있다. 또한, 기판 물질과 박막 물질 사이의 열팽창계수의 차이로 인해 온도 변화 시 휨이 발생하고, 휨은 박막의 균열(crack)의 원인이 될 수 있다. 기판(1501)과 GaN계인 발광 적층체(S) 사이의 버퍼층(1502)을 이용해 이러한 문제를 감소시킬 수도 있다.
상기 버퍼층(1502)은 AlxInyGa(1-x-y)N (0≤x≤1, 0≤y≤1), 특히 GaN, AlN, AlGaN, InGaN, 또는 InGaNAlN를 사용할 수 있으며, 필요에 따라 ZrB2, HfB2, ZrN, HfN, TiN 등의 물질도 사용할 수 있다. 또한, 복수의 층을 조합하거나, 조성을 점진적으로 변화시켜 사용할 수도 있다.
한편, 제1 및 제2 도전형 반도체층(1504, 1506)은 단층 구조로 이루어질 수 있지만, 이와 달리, 필요에 따라 서로 다른 조성이나 두께 등을 갖는 다층 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 제1 및 제2 도전형 반도체층(1504, 1506)은 각각 전자 및 정공의 주입 효율을 개선할 수 있는 캐리어 주입층을 구비할 수 있으며, 또한, 다양한 형태의 초격자 구조를 구비할 수도 있다.
상기 제1 도전형 반도체층(1504)은 활성층(1505)과 인접한 부분에 전류확산층(미도시)을 더 포함할 수 있다. 상기 전류확산층은 서로 다른 조성을 갖거나, 서로 다른 불순물 함량을 갖는 복수의 InxAlyGa(1-x-y)N층이 반복해서 적층되는 구조 또는 절연 물질 층이 부분적으로 형성될 수 있다.
상기 제2 도전형 반도체층(1506)은 활성층(1505)과 인접한 부분에 전자차단층(미도시)을 더 포함할 수 있다. 상기 전자차단층은 복수의 서로 다른 조성의 InxAlyGa(1-x-y)N를 적층한 구조 또는 AlyGa(1-y)N로 구성된 1층 이상의 층을 가질 수 있으며, 활성층(1505)보다 밴드갭이 커서 제2 도전형(p형) 반도체층(1506)으로 전자가 넘어가는 것을 방지한다.
상기 발광 적층체(S)는 본 발명의 실시예에 따른 가스 내부누출 감지 방법을 구비한 MOCVD 장비를 사용하며, 제조 방법으로는 기판(1501)을 설치한 반응 용기 내에 반응 가스로 유기 금속 화합물 가스(예, 트리메틸 갈륨(TMG), 트리메틸 알루미늄(TMA) 등)와 질소 함유 가스(암모니아 가스 등)를 공급하고, 기판의 온도를 900℃~1100℃의 고온으로 유지하고, 기판상에 질화 갈륨계 화합물 반도체를 성장하면서, 필요에 따라 불순물 가스를 공급해, 질화 갈륨계 화합물 반도체를 언도프, n형, 또는 p형으로 적층한다. n형 불순물로는 Si이 잘 알려져 있고, p형 불순물로서는 Zn, Cd, Be, Mg, Ca, Ba 등이 있으며, 주로 Mg, Zn가 사용될 수 있다.
또한, 제1 및 제2 도전형 반도체층(1504, 1506) 사이에 배치된 활성층(1505)은 양자우물층과 양자장벽층이 서로 교대로 적층된 다중 양자우물(MQW) 구조, 예를 들어, 질화물 반도체일 경우, GaN/InGaN 구조가 사용될 수 있으며, 다만, 단일 양자우물(SQW) 구조를 사용할 수도 있을 것이다.
상기 오믹 컨택층(1508)은 불순물 농도를 상대적으로 높게 해서 오믹 컨택 저항을 낮추어 소자의 동작 전압을 낮추고 소자 특성을 향상시킬 수 있다. 상기 오믹 컨택층(1508)은 GaN, InGaN, ZnO, 또는 그래핀층으로 구성될 수 있다.
제1 또는 제2 전극(1509a, 1509b)으로는 Ag, Ni, Al, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au 등의 물질을 포함할 수 있으며, Ni/Ag, Zn/Ag, Ni/Al, Zn/Al, Pd/Ag, Pd/Al, Ir/Ag. Ir/Au, Pt/Ag, Pt/Al, Ni/Ag/Pt 등과 같이 2층 이상의 구조로 채용될 수 있다.
도 7에 도시된 LED 칩은 하나의 예로 제1 및 제2 전극이 광추출면과 동일한 면을 향하고 있는 구조이나 광추출면과 반대 방향으로 되는 플립칩(flip-chip) 구조, 제1 전극 및 제2 전극을 상호 반대되는 면에 형성된 수직구조, 전류 분산의 효율 및 방열 효율을 높이기 위한 구조로 칩에 여러 개의 비아(via)를 형성하여 전극구조를 채용한 수직수평 구조 등 다양한 구조로 구현될 수 있다.
도 8은 본 발명의 LED 칩 제조 방법에 의해 제조된 LED 칩의 다른 예를 나타내는 측단면도이다. 조명용으로 고출력을 위한 대면적 LED 칩을 제조하는 경우, 전류 분산의 효율 및 방열 효율을 높이기 위한 구조로서 도 8에 도시된 LED 칩이 사용될 수 있다.
도 8에 도시된 바와 같이, LED 칩(1600)은 순차적으로 적층된 제1 도전형 반도체층(1604), 활성층(1605), 제2 도전형 반도체층(1606), 제2 전극층(1607), 절연층(1602), 제1 전극층(1608) 및 기판(1601)을 포함한다. 이때 제1 전극층(1608)은 제1 도전형 반도체층(1604)에 전기적으로 접속하기 위하여 제2 도전형 반도체층(1606) 및 활성층(1605)과는 전기적으로 절연되어 제1 전극층(1608)의 일면으로부터 제1 도전형 반도체층(1604)의 적어도 일부 영역까지 연장된 하나 이상의 컨택홀(H)을 포함한다. 상기 제1 전극층(1608)은 본 실시예에서 필수적인 구성요소는 아니다.
상기 컨택홀(H)은 제1 전극층(1608)의 계면에서부터 제2 전극층(1607), 제2 도전형 반도체층(1606) 및 활성층(1605)을 통과하여 제1 도전형 반도체층(1604) 내부까지 연장된다. 적어도 활성층(1605) 및 제1 도전형 반도체층(1604)의 계면까지는 연장되고, 바람직하게는 제1 도전형 반도체층(1604)의 일부까지 연장된다. 다만, 컨택홀(H)은 제1 도전형 반도체층(1604)의 전기적 연결 및 전류분산을 위한 것이므로 제1 도전형 반도체층(1604)과 접촉하면 목적을 달성하므로 제1 도전형 반도체층(1604)의 외부 표면까지 연장될 필요는 없다.
제2 도전형 반도체층(1606) 상에 형성된 제2 전극층(1607)은, 광 반사 기능과 제2 도전형 반도체층(1606)과 오믹 컨택 기능을 고려하여 Ag, Ni, Al, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au 등의 물질 중에서 선택하여 사용할 수 있으며, 스퍼터링이나 증착 등의 공정을 이용할 수 있다.
상기 컨택홀(H)은 상기 제1 도전형 반도체층(1604)에 연결되도록 제2 전극층(1607), 제2 도전형 반도체층(1606) 및 활성층(1605)을 관통하는 형상을 갖는다. 이러한 컨택홀(H)은 식각 공정, 예를 들어, ICP-RIE 등을 이용하여 실행될 수 있다.
상기 컨택홀(H)의 측벽과 상기 제2 도전형 반도체층(1606) 표면을 덮도록 절연층(1602)을 형성한다. 이 경우, 상기 컨택홀(H)의 저면에 해당하는 제1 도전형 반도체층(1604)은 적어도 일부가 노출될 수 있다. 상기 절연층(1602)은 SiO2, SiOxNy, SixNy과 같은 절연 물질을 증착시켜 형성될 수 있다.
상기 컨택홀(H) 내부에는 도전 물질을 충전되어 형성된 도전성 비아를 포함한 제2 전극층(1608)이 형성된다. 이어 제2 전극층(1608) 상에 기판(1601)을 형성한다. 이러한 구조에서, 기판(1601)은 제1 도전형 반도체층(1604)과 접속되는 도전성 비아에 의해 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 기판(1601)은 이에 한정되지는 않으나 Au, Ni, Al, Cu, W, Si, Se, GaAs, SiAl, Ge, SiC, AlN, Al2O3, GaN, AlGaN 중 어느 하나를 포함하는 물질로 이루어질 수 있으며, 도금, 스퍼터링, 증착 또는 접착 등의 공정으로 형성될 수 있다.
상기 컨택홀(H)은 접촉 저항이 낮아지도록 개수, 형상, 피치, 제1 및 제2 도전형 반도체층(1604, 1606)과의 접촉 면적 등이 적절히 조절될 수 있으며, 행과 열을 따라 다양한 형태로 배열됨으로써 전류 흐름이 개선될 수 있다. 상기 행과 열을 이루는 복수의 도전성 비아들이 제1 도전형 반도체층(1604)과 접촉하는 영역의 평면 상에서 차지하는 면적은 발광 적층체의 평면 면적의 1% 내지 5%의 범위가 되도록 도전성 비아의 개수 및 접촉 면적이 조절될 수 있다. 상기 제1 도전형 반도체층(1604)과 접촉하는 영역의 도전성 비아의 반경은 예를 들어, 5㎛ 내지 50㎛의 범위일 수 있으며, 상기 도전성 비아의 개수는 발광 적층체 영역의 넓이에 따라, 발광 적층체 영역 당 1개 내지 50개일 수 있다. 상기 도전성 비아는 발광 적층체 영역의 넓이에 따라 다르지만 바람직하게는 2개 이상이 좋으며, 각 도전성 비아 간의 거리는 100㎛ 내지 500㎛ 범위의 행과 열을 가지는 매트릭스 구조일 수 있으며, 더욱 바람직하게는 150㎛ 내지 450㎛ 범위일 수 있다. 각 도전성 비아 간의 거리가 100㎛보다 작으면 비아의 개수가 증가하게 되고 상대적으로 발광면적이 줄어들어 발광 효율이 작아지며, 거리가 500㎛보다 커지면 전류 확산이 어려워 발광 효율이 떨어지는 문제점이 있을 수 있다. 상기 도전성 비아의 깊이는 제2 도전형 반도체층(1606) 및 활성층의 두께에 따라 다르게 형성될 수 있고, 예컨대, 0.5㎛ 내지 5.0㎛의 범위일 수 있다.
LED 조명 장치는 방열 특성이 개선된 특징을 제공하고 있으나, 전체적인 방열 성능 측면에서 볼 때에, 조명장치에 채용되는 LED 칩 자체를 발열량이 적은 LED 칩으로 사용하는 것이 바람직하다. 이러한 요건을 만족하는 LED 칩으로서, 나노 구조체를 포함한 LED 칩(이하, "나노 LED 칩"이라 함)이 사용될 수 있다.
이러한 나노 LED 칩으로 최근에 개발된 코어(core)/쉘(shell)형 나노 LED 칩이 있으며, 특히, 결합 밀도가 작아서 상대적으로 열 발생이 작을 뿐만 아니라, 나노 구조체를 활용하여 발광면적을 늘려 발광 효율을 높일 수 있으며, 비극성 활성층을 얻을 수 있어 분극에 의한 효율저하를 방지할 수 있으므로, 드룹(droop) 특성을 개선할 수 있다.
도 9는 본 발명의 LED 칩 제조 방법에 의해 제조된 LED 칩의 또 다른 예를 나타내는 측단면도이다. 도 9에 도시된 바와 같이, 나노 LED 칩(1700)은 기판(1701) 상에 형성된 다수의 나노 발광 구조체(N)를 포함한다. 본 예에서 나노 발광 구조체(N)는 코어-쉘(core-shell) 구조로서 로드 구조로 예시되어 있으나, 이에 한정되지 않고 피라미드 구조와 같은 다른 구조를 가질 수 있다.
상기 나노 LED 칩(1700)은 기판(1701) 상에 형성된 베이스층(1702)을 포함한다. 상기 베이스층(1702)은 나노 발광 구조체(N)의 성장면을 제공하는 층으로서 상기 제1 도전형 반도체일 수 있다. 상기 베이스층(1702) 상에는 나노 발광 구조체(N)(특히, 코어) 성장을 위한 오픈 영역을 갖는 마스크층(1703)이 형성될 수 있다. 상기 마스크층(1703)은 SiO2 또는 SiNx와 같은 유전체 물질일 수 있다.
상기 나노 발광 구조체(N)는 오픈 영역을 갖는 마스크층(1703)을 이용하여 제1 도전형 반도체를 선택 성장시킴으로써 제1 도전형 나노 코어(1704)를 형성하고, 상기 나노 코어(1704)의 표면에 쉘층으로서 활성층(1705) 및 제2 도전형 반도체층(1706)을 형성한다. 이로써, 나노 발광 구조체(N)는 제1 도전형 반도체가 나노 코어가 되고, 나노 코어를 감싸는 활성층(1705) 및 제2 도전형 반도체층(1706)이 쉘층이 되는 코어-쉘(core-shell) 구조를 가질 수 있다.
본 예에 따른 나노 LED 칩(1700)은 나노 발광 구조체(N) 사이에 채워진 충전물질(1707)을 포함한다. 상기 충전물질(1707)은 나노 발광 구조체(N)를 구조적으로 안정화시킬 수 있다. 상기 충전물질(1707)은 이에 한정되지는 않으나, SiO2와 같은 투명한 물질로 형성될 수 있다. 상기 나노 발광 구조체(N) 상에는 제2 도전형 반도체층(1706)에 접속되도록 오믹 컨택층(1708)이 형성될 수 있다. 상기 나노 LED 칩(1700)은 제1 도전형 반도체로 이루어진 상기 베이스층(1702)과 상기 오믹 컨택층(1708)에 각각 접속된 제1 및 제2 전극(1709a, 1709b)을 포함한다.
나노 발광 구조체(N)의 직경 또는 성분 또는 도핑 농도를 달리하여 단일한 소자에서 2 이상의 다른 파장의 광을 방출할 수 있다. 다른 파장의 광을 적절히 조절하여 단일 소자에서 형광체를 사용하지 않고도 백색광을 구현할 수 있으며, 이러한 소자와 함께 다른 LED 칩을 결합하거나 또는 형광체와 같은 파장변환 물질을 결합하여 원하는 다양한 색깔의 광 또는 색온도가 다른 백색광을 구현할 수 있다.
도 10은 본 발명의 LED 칩 제조 방법에 의해 제조된 기판에 실장된 LED 칩을 포함하는 발광소자의 일 예를 나타내는 측단면도이다. 도 10에 도시된 반도체 발광소자(1800)는 실장 기판(1820)과 실장 기판(1820)에 탑재된 LED 칩(1810)을 포함한다. 상기 LED 칩(1810)은 앞서 설명된 예와 다른 LED 칩으로 제시되어 있다.
상기 LED 칩(1810)은 기판(1801)의 일면 상에 배치된 발광 적층체(S)와, 상기 발광 적층체(S)를 기준으로 상기 기판(1801) 반대 측에 배치된 제1 및 제2 전극(1808a, 1808b)을 포함한다. 또한, 상기 LED 칩(1810)은 상기 제1 및 제2 전극(1808a, 1808b)을 덮도록 형성되는 절연부(1803)를 포함한다.
상기 제1 및 제2 전극(1808a, 1808b)은 제1 및 제2 전기연결부(1809a, 1809b)에 의해 제1 및 제2 전극 패드(1819a, 1819b)를 포함할 수 있다.
상기 발광 적층체(S)는 기판(1801) 상에 순차적으로 배치되는 제1 도전형 반도체층(1804), 활성층(1805) 및 제2 도전형 반도체층(1806)을 포함할 수 있다. 상기 제1 전극(1808a)은 상기 제2 도전형 반도체층(1806) 및 활성층(1805)을 관통하여 상기 제1 도전형 반도체층(1804)과 접속된 도전성 비아로 제공될 수 있다. 상기 제2 전극(1808b)은 제2 도전형 반도체층(1806)과 접속될 수 있다.
상기 절연부(1803)는 상기 제1 및 제2 전극(1808a, 1808b)의 적어도 일부를 노출시키도록 오픈 영역을 구비하며, 상기 제1 및 제2 전극 패드(1819a, 1819b)는 상기 제1 및 제2 전극(1808a, 1808b)과 접속될 수 있다.
상기 제1 및 제2 전극(1808a, 1808b)은 각각 제1 및 제2 도전형 반도체층(1804, 1806)과 오믹 특성을 갖는 도전성 물질이 1층 또는 다층 구조로 이루어질 수 있으며, 예를 들어, Ag, Al, Ni, Cr, 투명 도전성 산화물(TCO) 등의 물질 중 하나 이상을 증착하거나 스퍼터링하는 등의 공정으로 형성될 수 있다. 제1 및 제2 전극(1808a, 1808b)은 서로 동일한 방향으로 배치될 수 있으며, 후술할 바와 같이, 리드 프레임 등에 소위, 플립칩 형태로 실장될 수 있다. 이 경우, 제1 및 제2 전극(1808a, 1808b)은 서로 동일한 방향을 향하도록 배치될 수 있다.
특히, 상기 제1 전극(1808a)은 상기 제1 도전형 반도체층(1804) 및 활성층(1805)을 관통하여 상기 발광 적층체(S) 내부에서 상기 제1 도전형 반도체층(1804)에 연결된 도전성 비아를 갖는 제1 전극(1808a)에 의해 제1 전기연결부(1809a)가 형성될 수 있다.
도전성 비아와 상기 제1 전기연결부(1809a)는 접촉 저항이 낮아지도록 개수, 형상, 피치, 제1 도전형 반도체층(1804)과의 접촉 면적 등이 적절히 조절될 수 있으며, 상기 도전성 비아와 상기 제1 전기연결부(1809a)는 행과 열을 이루어 배열됨으로써 전류 흐름이 개선될 수 있다. 상기 도전성 비아의 행과 열 배열은 도 8에서 설명한 내용과 동일하게 적용할 수 있다.
다른 한편의 전극구조는, 상기 제2 도전형 반도체층(1806) 상에 직접 형성되는 제2 전극(1808b)과 그 상부에 형성되는 제2 전기연결부(1809b)를 포함할 수 있다. 상기 제2 전극(1808b)은 상기 제2 도전형 반도체층(23)과의 전기적 오믹을 형성하는 기능 외에 광 반사 물질로 이루어짐으로써 도 10에 도시된 바와 같이, LED 칩(1810)을 플립칩 구조로 실장된 상태에서, 활성층(1805)에서 방출된 빛을 기판(1801) 방향으로 효과적으로 방출시킬 수 있다. 물론, 주된 광방출 방향에 따라, 상기 제2 전극(1808b)은 투명 전도성 산화물과 같은 광투과성 도전 물질로 이루어질 수도 있다.
상기 설명된 2개의 전극구조는 절연부(1803)에 의하여 서로 전기적으로 분리될 수 있다. 절연부(1803)는 전기적으로 절연 특성을 갖는 물질이면 어느 것이나 사용할 수 있으며, 전기 절연성을 갖는 물체라면 어느 것이나 채용 가능하지만, 광흡수율이 낮은 물질을 사용하는 것이 바람직하다. 예를 들어, SiO2, SiOxNy, SixNy 등의 실리콘 산화물, 실리콘 질화물을 이용할 수 있을 것이다. 필요에 따라, 광투과성 물질 내에 광 반사성 필러를 분산시켜 광반사 구조를 형성할 수 있다.
상기 제1 및 제2 전극 패드(1819a, 1819b)는 각각 제1 및 제2 전기연결부(1809a, 1809b)와 접속되어 LED 칩(1810)의 외부 단자로 기능할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 및 제2 전극 패드(1819a, 1819b)는 Au, Ag, Al, Ti, W, Cu, Sn, Ni, Pt, Cr, NiSn, TiW, AuSn 또는 이들의 공융 금속일 수 있다. 이 경우에, 실장 기판(1820)에 실장 시 공융 금속을 이용하여 접합될 수 있으므로, 플립칩 본딩 시 일반적으로 요구되는 별도의 솔더 범프를 사용하지 않을 수 있다. 솔더 범프를 이용하는 경우에 비하여 공융 금속을 이용한 실장 방식에서 방열 효과가 더욱 우수한 장점이 있다. 이 경우, 우수한 방열 효과를 얻기 위하여 제1 및 제2 전극 패드(1819a, 1819b)는 넓은 면적을 차지하도록 형성될 수 있다.
상기 기판(1801) 및 상기 발광 적층체(S)는 반대되는 설명이 없는 한, 도 7을 참조하여 설명된 내용을 참조하여 이해될 수 있다. 또한, 구체적으로 도시하지는 않았으나, 상기 발광 적층체(S)와 기판(1801) 사이에는 버퍼층(미도시)이 형성될 수 있으며, 버퍼층은 질화물 등으로 이루어진 언도프 반도체층으로 채용되어, 그 위에 성장되는 발광 구조물의 격자 결함을 완화할 수 있다.
상기 기판(1801)은 서로 대향하는 제1 및 제2 주면을 가질 수 있으며, 상기 제1 및 제2 주면 중 적어도 하나에는 요철 구조가 형성될 수 있다. 상기 기판(1801)의 일면에 형성된 요철 구조는 상기 기판(1801)의 일부가 식각되어 상기 기판과 동일한 물질로 이루어질 수 있으며, 상기 기판(1801)과 다른 이종 물질로 구성될 수도 있다.
본 예와 같이, 상기 기판(1801)과 상기 제1 도전형 반도체층(1804)의 계면에 요철 구조를 형성함으로써, 상기 활성층(1805)으로부터 방출된 광의 경로가 다양해 질 수 있으므로, 빛이 반도체층 내부에서 흡수되는 비율이 감소하고 광 산란 비율이 증가하여 광 추출 효율이 증대될 수 있다.
구체적으로, 상기 요철 구조는 규칙 또는 불규칙적인 형상을 갖도록 형성될 수 있다. 상기 요철을 이루는 이종 물질은 투명 전도체나 투명 절연체 또는 반사성이 우수한 물질을 사용할 수 있으며, 투명 절연체로는 SiO2, SiNx, Al2O3, HfO, TiO2 또는 ZrO와 같은 물질을, 투명 전도체는 ZnO나 첨가물(Mg, Ag, Zn, Sc, Hf, Zr, Te, Se, Ta, W, Nb, Cu, Si, Ni, Co, Mo, Cr, Sn)이 함유된 인듐 산화물(Indum Oxide) 등과 같은 투명 전도성 산화물(TCO)을, 반사성 물질로는 Ag, Al, 또는 굴절율이 서로 다른 다층막을 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 기판(1801)은 상기 제1 도전형 반도체층(1804)으로부터 제거될 수 있다. 기판 제거에는 레이저를 이용한 LLO(Laser Lift Off) 공정 또는 식각, 연마 공정을 사용할 수 있다. 또한, 기판을 제거 후 제1 도전형 반도체층의 표면에 요철을 형성할 수 있다.
도 10에 도시된 바와 같이, 상기 LED 칩(1810)은 실장 기판(1820)에 탑재되어 있다. 상기 실장 기판(1820)은 기판 본체(1811) 상면 및 하면에 각각 상부 및 하부 전극층(1812b, 1812a)이 형성되고, 상기 상부 및 하부 전극층(1812b, 1812a)을 연결하도록 상기 기판 본체(1811)를 관통하는 비아(1813)를 포함한다. 상기 기판 본체(1811)는 수지 또는 세라믹 또는 금속일 수 있으며, 상기 상부 또는 하부 전극층(1812b, 1812a)은 Au, Cu, Ag, Al와 같은 금속층일 수 있다.
물론, 상술된 LED 칩(1810)이 탑재되는 기판은 도 10에 도시된 실장 기판(1820)의 형태에 한정되지 않으며, LED 칩(1810)을 구동하기 위한 배선 구조가 형성된 기판이라면 어느 것이나 적용 가능하다. 예를 들어, 한 쌍의 리드 프레임을 갖는 패키지 본체에 LED 칩이 실장된 패키지 구조로도 제공될 수 있다.
상술된 LED 칩 외에도 다양한 구조의 LED 칩이 사용될 수 있다. 예를 들어, LED 칩의 금속-유전체 경계에 표면 플라즈몬 폴라리톤(surface-plasmon polaritons: SPP)을 형성시켜 양자우물 엑시톤과 상호작용시킴으로써 광추출효율을 크게 개선된 LED 칩도 유용하게 사용될 수 있다.
다양한 형태의 LED 칩이 베어(bare) 칩으로 회로기판에 실장되어 상술된 발광소자 어레이에 사용될 수 있으나, 이와 달리, 한 쌍의 전극구조를 갖는 패키지 본체에 실장된 다양한 형태의 패키지 구조로 사용될 수 있다.
이러한 LED 칩을 구비한 패키지(이하, 발광소자 패키지)는 외부 회로와 연결을 용이한 외부단자구조를 제공할 뿐만 아니라, LED 칩의 방열 특성을 개선하는 방열구조 및 광특성을 향상시키기 위한 다양한 광학적 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 다양한 광학적 구조로서, LED 칩으로부터 방출된 광을 다른 파장의 광을 변환하는 파장변환부 또는 배광특성을 개선하기 위한 렌즈구조가 있을 수 있다.
상술된 조명장치에 채용될 수 있는 발광소자 패키지의 일 예로서, 칩 스케일 패키지(chip scale package: CSP) 구조를 갖는 LED 칩 패키지가 사용될 수 있다.
상기 칩 스케일 패키지는 상기 LED 칩 패키지의 사이즈를 줄이고 제조 공정을 단순화하여 대량 생산에 적합하며, LED 칩과 함께, 형광체와 같은 파장변환물질과 렌즈와 같은 광학 구조를 일체형으로 제조할 수 있으므로, 특히 조명 장치에 적합하게 사용될 수 있다.
도 11은 본 발명의 LED 칩 제조 방법에 의해 제조된 LED 칩이 배열된 발광소자 어레이에 사용될 수 있는 발광소자 패키지의 일 예를 나타내는 측단면도이다. 칩 스케일 패키지의 일 예로서 도 11에 도시된 패키지 구조는 주된 광추출면과 반대 방향인 발광소자(1910)의 하면을 통해 전극이 형성되며 형광체층(1907) 및 렌즈(1920)가 일체로 형성될 수 있다.
도 11에 도시된 칩 스케일 패키지(1900)는 기판(1911)에 배치된 발광 적층체(S), 제1 및 제2 단자(Ta, Tb), 형광체층(1907) 및 렌즈(1920)를 포함한다.
상기 발광 적층체(S)는 제1 및 제2 도전형 반도체층(1904, 1906)과 그 사이에 배치된 활성층(1905)을 구비하는 적층 구조이다. 본 실시 형태의 경우, 제1 및 제2 도전형 반도체층(1904, 1906)은 각각 p형 및 n형 반도체층이 될 수 있으며, 또한, 질화물 반도체, 예를 들어, AlxInyGa(1-x-y)N(0<x<1, 0<y<1, 0<x+y<1)로 이루어질 수 있다. 다만, 질화물 반도체 외에도 GaAs계 반도체나 GaP계 반도체도 사용될 수 있을 것이다.
상기 제1 및 제2 도전형 반도체층(1904, 1906) 사이에 형성되는 활성층(1905)은 전자와 정공의 재결합에 의해 소정의 에너지를 갖는 광을 방출하며, 양자우물층과 양자장벽층이 서로 교대로 적층된 다중 양자우물(MQW) 구조로 이루어질 수 있다. 다중 양자우물 구조의 경우, 예를 들어, InGaN/GaN, AlGaN/GaN 구조가 사용될 수 있다.
한편, 제1 및 제2 도전형 반도체층(1904, 1906)과 활성층(1905)은 본 발명의 실시예에 따른 가스 내부누출 감지 방법을 구비한 MOCVD, MBE, HVPE 등과 같은 반도체층 성장 공정 장비를 이용하여 형성될 수 있을 것이다.
도 11에 도시된 발광소자(1910)은 성장 기판이 제거된 상태이며, 성장 기판이 제거된 면에는 요철(P)이 형성될 수 있다. 또한, 요철이 형성된 면에 광변환층으로서 형광체층(1907)이 적용된다.
상기 발광소자(1910)은 상기 제1 및 제2 도전형 반도체층(1904, 1906)에 각각 접속된 제1 및 제2 전극(1909a, 1909b)을 갖는다. 상기 제1 전극(1909a)은 상기 제2 도전형 반도체층(1906) 및 활성층(1905)을 관통하여 제2 도전형 반도체층(1904)에 접속된 도전성 비아(1908)를 구비한다. 상기 도전성 비아(1908)는 활성층(1905) 및 제2 도전형 반도체층(1906) 사이에는 절연층(1903)이 형성되어 단락을 방지할 수 있다.
상기 도전성 비아(1908)는 1개로 예시되어 있으나, 전류 분산에 유리하도록 상기 도전성 비아(1908)는 2개 이상 구비하고, 다양한 형태로 배열될 수 있다. 상기 도전성 비아(1908)의 배열은 도 8의 내용과 동일하게 구성할 수 있다.
본 예에 채용된 실장 기판(1911)은 실리콘 기판과 같은 반도체 공정이 용이하게 적용될 수 있는 지지 기판으로 예시되어 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 실장 기판(1911)과 상기 발광소자(1910)는 본딩층(1902, 1912)에 의해 접합될 수 있다. 상기 본딩층(1902, 1912)은 전기 절연성 물질 또는 전기 전도성 물질로 이루어지며, 예를 들어, 전기 절연성 물질의 경우, SiO2, SiN등과 같은 산화물, 실리콘 수지나 에폭시 수지 등과 같은 수지류의 물질, 전기 전도성 물질로는 Ag, Al, Ti, W, Cu, Sn, Ni, Pt, Cr, NiSn, TiW, AuSn 또는 이들의 공융 금속을 들 수 있다. 본 공정은 발광소자(1910)와 기판(1911)의 각 접합면에 제1 및 제2 본딩층(1902, 1912)을 적용한 후에 접합시키는 방식으로 구현될 수 있다.
상기 실장 기판(1911)에는 접합된 발광소자(1910)의 제1 및 제2 전극(1909a, 1909b)에 연결되도록 상기 실장 기판(1911)의 하면으로부터 비아가 형성된다. 상기 비아의 측면 및 상기 실장 기판(1911)의 하면에 절연체(1913)가 형성될 수 있다. 상기 실장 기판(1911)이 실리콘 기판일 경우에 상기 절연체(1913)는 열 산화공정을 통해서 실리콘 산화막으로 제공될 수 있다. 상기 비아에 도전성 물질을 충전함으로써 상기 제1 및 제2 전극(1909a, 1909b)에 연결되도록 제1 및 제2 단자(Ta, Tb)를 형성한다. 상기 제1 및 제2 단자(Ta, Tb)는 시드층(1918a, 1918b)과 상기 시드층(1918a, 1918b)을 이용하여 도금공정으로 형성된 도금 충전부(1919a, 1919b)일 수 있다.
도 12는 본 발명의 LED 칩 제조 방법에 의해 제조된 LED 칩이 배열된 발광소자 어레이부를 포함하는 백라이트 어셈블리의 일 예를 나타내는 분리 사시도이다. 도 12에 도시된 바와 같이, 직하형 백라이트 어셈블리(3000)는 하부 커버(3005), 반사 시트(3007), 발광 모듈(3010), 광학 시트(3020), 액정 패널(3030) 및 상부 커버(3040)를 포함할 수 있다. 본 발명의 예시적 실시예에 따라, 본 발명의 발광소자 어레이부는 직하형 백라이트 어셈블리(3000)에 포함된 발광 모듈(3010)로서 사용될 수 있다.
본 발명의 예시적 실시예에 따라, 발광 모듈(3010)은 하나 이상의 발광소자 패키지와 회로 기판을 포함하는 발광소자 어레이(3012) 및 랭크 저장부(3013)를 포함할 수 있다. 전술한 본 발명의 실시예들과 같이, 랭크 저장부(3013)는 발광소자 어레이(3012)의 랭크 정보를 저장할 수 있다. 발광소자 어레이(3012)는 직하형 백라이트 어셈블리(3000) 외부의 발광소자 구동부로부터 발광을 위한 전력을 공급받을 수 있고, 발광소자 구동부는 랭크 저장부(3013)에 저장된 발광소자 어레이(3012)의 랭크 정보를 감지하고, 감지된 랭크 정보에 기반하여 발광소자 어레이(3012)에 공급하는 전류 등을 조절할 수 있다.
광학 시트(3020)는 발광 모듈(3010)의 상부에 구비되며, 확산 시트(3021), 집광 시트(3022), 보호 시트(3023) 등을 포함할 수 있다. 즉, 발광 모듈(3010) 상부에 상기 발광 모듈(3010)로부터 발광된 빛을 확산시키는 확신 시트(3021), 확산 시트(3021)로부터 확산된 광을 모아 휘도를 높여주는 집광 시트(3022), 집광 시트(3022)를 보호하고 시야각을 확보하는 보호 시트(3023)가 순차적으로 마련될 수 있다.
상부 커버(3040)는 광학 시트(3020)의 가장자리를 테두리 치며, 하부 커버(3005)와 조립 체결될 수 있다.
상기 광학 시트(3020)와 상부 커버(3040) 사이에는 액정 패널(3030)을 더 구비할 수 있다. 상기 액정 패널(3030)은 액정층을 사이에 두고 서로 대면 합착된 한 쌍의 제1 기판(미도시) 및 제2 기판(미도시)을 포함할 수 있다. 상기 제1 기판에는 다수의 게이트 라인과 다수의 데이터 라인이 교차하여 화소 영역을 정의하고, 각 화소 영역의 교차점마다 박막 트랜지스터(TFT)가 구비되어 각 화소 영역에 실장된 화소전극과 일대일 대응되어 연결된다. 제2 기판에는 각 화소 영역에 대응되는 R, G, B 컬러의 컬러필터와 이들 각각의 가장자리와 게이트 라인과 데이터 라인 그리고 박막 트랜지스터 등을 가리는 블랙 매트릭스를 포함할 수 있다.
도 13은 본 발명의 LED 칩 제조 방법에 의해 제조된 LED 칩이 배열된 발광소자 어레이부 및 발광소자 모듈을 포함하는 평판 조명 장치(4100)를 간략하게 나타내는 도면이다. 평판 조명 장치(4100)는 광원(4110), 전원공급장치(4120) 및 하우징(4130)을 포함할 수 있다. 본 발명의 예시적 실시예에 따라, 광원(4110)은 전술한 발광소자 어레이부를 포함할 수 있고, 전원공급장치(4120)는 전술한 발광소자 구동부를 포함할 수 있다.
광원(4110)은 발광소자 어레이부를 포함할 수 있고, 도 13에 도시된 바와 같이 전체적으로 평면 현상을 이루도록 형성될 수 있다. 본 발명의 예시적 실시예에 따라, 발광소자 어레이부는 발광소자 어레이 및 발광소자 어레이의 랭크 정보를 저장하는 랭크 저장부를 포함할 수 있다.
전원공급장치(4120)는 광원(4110)에 전원을 공급하도록 구성될 수 있다. 본 발명의 예시적 실시예에 따라, 전원공급장치(4120)는 가변 전류 출력부 및 랭크 감지부를 포함할 수 있다. 가변 전류 출력부 및 랭크 감지부는 본 발명의 실시예들 중 어느 하나가 포함하는 가변 전류 출력부 및 랭크 감지부와 각각 동일하게 기능할 수 있다.
하우징(4130)은 광원(4110) 및 전원공급장치(4120)가 내부에 수용되도록 수용 공간이 형성될 수 있고, 일측면에 개방된 육면체 형상으로 형성되나 이에 한정되는 것은 아니다. 광원(4110)은 하우징(4130)의 개방된 일측면으로 빛을 발광하도록 배치될 수 있다.
도 14는 본 발명의 LED 칩 제조 방법에 의해 제조된 LED 칩이 배열된 발광소자 어레이부 및 발광소자 모듈을 포함하는 조명 장치로서 벌브형 램프를 간략하게 나타내는 도면이다. 또한, 도 15는 완전 복사체 스펙트럼을 나타내는 CIE 색도도이다. 조명 장치(4200)는 소켓(4210), 전원부(4220), 방열부(4230), 광원(4240) 및 광학부(4250)를 포함할 수 있다. 본 발명의 예시적 실시예에 따라, 광원(4240)은 전술한 발광소자 어레이부를 포함할 수 있고, 전원부(4220)는 전술한 발광소자 구동부를 포함할 수 있다.
소켓(4210)은 기존의 조명 장치와 대체 가능하도록 구성될 수 있다. 조명 장치(4200)에 공급되는 전력은 소켓(4210)을 통해서 인가될 수 있다. 도 14에 도시된 바와 같이, 전원부(4220)는 제1 전원부(4221) 및 제2 전원부(4222)로 분리되어 조립될 수 있다. 전원부(4220)는 전술한 본 발명의 예시적 실시예들에 따른 발광소자 구동부를 포함할 수 있다. 즉, 전원부(4220)는 가변 전류 출력부 및 랭크 감지부를 포함할 수 있고, 가변 전류 출력부 및 랭크 감지부는 본 발명의 실시예들 중 어느 하나가 포함하는 가변 전류 출력부 및 랭크 감지부와 각각 동일하게 기능할 수 있다.
방열부(4230)는 내부 방열부(4231) 및 외부 방열부(4232)를 포함할 수 있고, 내부 방열부(4131)는 광원(4240) 및/또는 전원부(4220)와 직접 연결될 수 있고, 이를 통해 외부 방열부(4232)로 열이 전달되게 할 수 있다. 광학부(4250)는 내부 광학부(미도시) 및 외부 광학부(미도시)를 포함할 수 있고, 광원(4240)이 방출하는 빛을 고르게 분산시키도록 구성될 수 있다.
광원(4240)은 전원부(4220)로부터 전력을 공급받아 광학부(4250)로 빛을 방출할 수 있다. 광원(4240)은 전술한 본 발명의 예시적 실시예들에 따른 발광소자 어레이부를 포함할 수 있다. 광원(4240)은 하나 이상의 발광소자 패키지(4241), 회로기판(4242) 및 랭크 저장부(4243)를 포함할 수 있고, 랭크 저장부(4243)는 발광소자 패키지(4241)들의 랭크 정보를 저장할 수 있다.
광원(4240)이 포함하는 복수의 발광소자 패키지(4241)는 동일한 파장의 빛을 발생시키는 동종(同種)일 수 있다. 또는 서로 상이한 파장의 빛을 발생시키는 이종(異種)으로 다양하게 구성될 수도 있다. 예를 들어, 발광소자 패키지(4241)는 청색 발광소자에 황색, 녹색, 적색 또는 오렌지색의 형광체를 조합하여 백색광을 발하는 발광소자와 보라색, 청색, 녹색, 적색 또는 적외선 발광소자 중 적어도 하나를 포함하도록 구성하여 백색광의 색온도 및 연색성(Color Rendering Index: CRI)을 조절하도록 할 수 있다. 또는 LED 칩이 청색광을 발광하는 경우, 황색, 녹색, 적색 형광체 중 적어도 하나를 포함한 발광소자 패키지는 형광체의 배합비에 따라 다양한 색온도의 백색광을 발광하도록 할 수 있다. 또는 상기 청색 LED 칩에 녹색 또는 적색 형광체를 적용한 발광소자 패키지는 녹색 또는 적색광을 발광하도록 할 수 있다. 상기 백색광을 내는 발광소자 패키지와 상기 녹색 또는 적색광을 내는 패키지를 조합하여 백색광의 색온도 및 연색성을 조절하도록 할 수 있다. 또한, 보라색, 청색, 녹색, 적색 또는 적외선을 발광하는 발광소자 중 적어도 하나를 포함하게 구성할 수도 있다. 이 경우, 조명 장치(4200)는 연색성을 나트륨(Na)등에서 태양광 수준으로 조절할 수 있으며 또한 색온도를 1500K에서 20000K 수준으로 다양한 백색광을 발생시킬 수 있으며, 필요에 따라서는 보라색, 청색, 녹색, 적색, 오렌지색의 가시광 또는 적외선을 발생시켜 주위 분위기 또는 기분에 맞게 조명 색을 조절할 수 있다. 또한, 식물 성장을 촉진할 수 있는 특수 파장의 광을 발생시킬 수도 있다.
상기 청색 발광소자에 황색, 녹색, 적색 형광체 및/또는 녹색, 적색 발광소자의 조합으로 만들어지는 백색광은 2개 이상의 피크 파장을 가지며, 도 15와 같이, CIE 1931 좌표계의 (x, y) 좌표가 (0.4476, 0.4074), (0.3484, 0.3516), (0.3101, 0.3162), (0.3128, 0.3292), (0.3333, 0.3333)을 잇는 선분 상에 위치할 수 있다. 또는, 상기 선분과 흑체 복사 스펙트럼으로 둘러싸인 영역에 위치할 수 있다. 상기 백색광의 색온도는 1500K ~ 20000K 사이에 해당한다.
도 16은 본 발명의 LED 칩 제조 방법에 의해 제조된 LED 칩이 배열된 발광소자 패키지의 예를 나타내는 도면이다.
도 16을 참조하면, 예를 들어, 색온도 4000K 와 3000K인 백색 발광소자 패키지와 적색 발광소자 패키지를 조합하면 색온도 2000K ~ 4000K 범위로 조절 가능하고 연색성 Ra가 85 ~ 99인 백색 발광 패키지 모듈을 제조할 수 있다.
다른 실시 예로는 색온도 2700K인 백색 발광소자 패키지와 색온도 5000K인 백색 발광소자 패키지를 조합하여 색온도 2700K ~ 5000K 범위로 조절 가능하고 연색성 Ra가 85 ~ 99인 백색 발광 패키지 모듈을 제조할 수 있다. 각 색온도의 발광소자 패키지 수는 주로 기본 색온도 설정 값에 따라 개수를 달리할 수 있다. 기본 설정 값이 색온도 4000K부근의 조명장치라면 4000K에 해당하는 패키지의 개수가 색온도 3000K 또는 적색 발광소자 패키지 개수보다 많도록 한다.
형광체는 다음과 같은 조성식 및 컬러(color)를 가질 수 있다.
산화물계: 황색 및 녹색 Y3Al5O12:Ce, Tb3Al5O12:Ce, Lu3Al5O12:Ce
실리케이트계: 황색 및 녹색 (Ba,Sr)2SiO4:Eu, 황색 및 등색 (Ba,Sr)3SiO5:Ce
질화물계: 녹색 β-SiAlON:Eu, 황색 La3Si6N11:Ce, 등색 α-SiAlON:Eu, 적색 CaAlSiN3:Eu, Sr2Si5N8:Eu, SrSiAl4N7:Eu, SrLiAl3N4:Eu, Ln4 -x(EuzM1 -z)xSi12- yAlyO3 +x+ yN18 -x-y (0.5≤x≤3, 0<z<0.3, 0<y≤4) - 식 (1)
단, 식 (1) 중, Ln은 IIIa 족 원소 및 희토류 원소로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 한 종의 원소이고, M은 Ca, Ba, Sr 및 Mg로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 한 종의 원소일 수 있다.
플루오라이트(fluoride)계: KSF계 적색 K2SiF6:Mn4 +, K2TiF6:Mn4 +, NaYF4:Mn4 +, NaGdF4:Mn4 +
형광체 조성은 기본적으로 화학양론(Stoichiometry)에 부합하여야 하며, 각 원소들은 주기율표상 각 족들 내 다른 원소로 치환이 가능하다. 예를 들어 Sr은 알카리토류(II)족의 Ba, Ca, Mg 등으로, Y는 란탄계열의 Tb, Lu, Sc, Gd 등으로 치환이 가능하다. 또한, 활성제인 Eu 등은 원하는 에너지 준위에 따라 Ce, Tb, Pr, Er, Yb 등으로 치환이 가능하며, 활성제 단독 또는 특성 변형을 위해 부활성제 등이 추가로 적용될 수 있다.
또한, 형광체 대체 물질로 양자점(Quantum Dot, QD) 등의 물질들이 적용될 수 있으며, 형광체와 QD를 혼합 또는 단독으로 사용될 수 있다.
QD는 CdSe, InP 등의 코어(Core)(3~10nm)와 ZnS, ZnSe 등의 쉘(Shell)(0.5 ~ 2nm) 및 Core, Shell의 안정화를 위한 리간드(ligand)의 구조로 구성될 수 있으며, 사이즈에 따라 다양한 컬러를 구현할 수 있다.
상기 실시예에서 파장변환물질은 봉지재에는 함유되는 걸로 표시되어 있으나 필름타입으로 LED칩 상면에 부착해서 사용할 수도 있으며, LED칩 상면에 균일한 두께로 코팅하여 사용할 수도 있다.
아래 표 1은 청색 LED 칩(440 ~ 460nm)을 사용한 백색 발광소자의 응용분야별 형광체 종류이다.
Figure pat00001
도 17은 본 발명의 LED 칩 제조 방법에 의해 제조된 LED 칩이 배열된 발광소자 어레이부 및 발광소자 모듈을 포함하고, 통신 모듈을 포함하는 램프를 나타내는 도면이다. 도 14의 조명 장치(4200)와의 차이점은 광원(4240)의 상부에 반사판(4310)이 포함되어 있으며, 상기 반사판(4310)은 광원으로부터의 빛을 측면 및 후방으로 고르게 퍼지게 하여 눈부심을 줄일 수 있다.
상기 반사판(4310) 상부에 통신 모듈(4320)이 장착될 수 있으며 상기 통신 모듈(4320)을 통하여 홈-네트워크(home-network) 통신이 가능하다. 예를 들면, 상기 통신 모듈(4320)은 직비(Zigbee)를 이용한 무선 통신 모듈이며, 스마트폰 또는 무선 컨트롤러를 통하여 램프의 온/오프, 밝기 조절 등과 같은 가정 내 조명을 컨트롤할 수 있다.
도 18은 본 발명의 LED 칩 제조 방법에 의해 제조된 LED 칩이 배열된 발광소자 어레이부 및 발광소자 모듈을 포함하는 램프를 홈-네트워크에 적용한 예를 나타내는 도면이다. 가정 내 무선 통신(Zigbee, WiFi 등)을 활용하여 침실, 거실, 현관, 창고, 가전제품 등의 동작 상태 및 주위 환경/상황에 따라 조명의 밝기가 자동으로 조절되는 기능을 수행할 수 있다.
예를 들면, 도 18과 같이 TV(5100)에서 나오는 TV 프로그램의 종류 또는 TV(5100)의 화면 밝기에 따라 조명(5200)의 밝기가 자동으로 조절될 수 있다. 휴먼드라마 등이 상영되어 아늑한 분위기가 필요할 때는 조명도 거기에 맞게 색온도가 12000K 이하로 낮아지고 색감이 조절된다. 반대로 개그프로그램과 같은 가벼운 분위기에서는 조명도 색온도가 12000K 이상으로 높아지고 푸른색 계열의 백색조명으로 조절된다.
도 19는 본 발명의 LED 칩 제조 방법에 의해 제조된 LED 칩이 배열된 발광소자 어레이부 및 발광소자 모듈을 포함하는 발광 장치의 분해 사시도이다. 도 19에 도시된 바와 같이, 발광 장치(6000)는 방열 부재(6100), 커버(6200), 발광 모듈(6300), 제1 소켓(6400) 및 제2 소켓(6500)을 포함한다.
방열 부재(6100)의 내부 또는/및 외부 표면에 다수개의 방열 핀(6110, 6120)이 요철 형태로 형성될 수 있으며, 방열 핀(6110, 6120)은 다양한 형상 및 간격을 갖도록 설계될 수 있다. 방열 부재(6100)의 내측에는 돌출 형태의 지지대(6130)가 형성되어 있다. 지지대(6130)에는 발광 모듈(6300)이 고정될 수 있다. 제1커버(6110)의 양 끝단에는 걸림 턱(6140)이 형성될 수 있다.
커버(6200)에는 걸림 홈(6210)이 형성되어 있으며, 걸림 홈(6210)에는 방열 부재(6100)의 걸림 턱(6140)이 후크 결합 구조로 결합될 수 있다. 걸림 홈(6210)과 걸림 턱(6140)이 형성되는 위치는 서로 바뀔 수도 있다.
발광 모듈(6300)은 전술한 본 발명의 예시적 실시예에 따른 발광소자 어레이부를 포함할 수 있다. 발광 모듈(6300)은 인쇄 회로 기판(6310), 발광소자 어레이(6320) 및 랭크 저장부(6330)를 포함할 수 있다. 전술한 바와 같이, 랭크 저장부(6330)는 발광소자 어레이(6320)의 랭크 정보를 저장할 수 있다. 인쇄 회로 기판(6310)에는 발광소자 어레이(6320)를 동작시키기 위한 회로 배선들이 형성되어 있다. 또한, 발광소자 어레이(6320)를 동작시키기 위한 구성 요소들이 포함될 수도 있다.
제1, 2 소켓(6400, 6500)은 한 쌍의 소켓으로서 방열 부재(6100) 및 커버(6200)로 구성된 원통형 커버 유닛의 양단에 결합되는 구조를 갖는다.
예를 들어, 제1 소켓(6400)은 전극 단자(6410) 및 전원 장치(6420)를 포함할 수 있고, 제2 소켓(6500)에는 더미 단자(6510)가 배치될 수 있다. 전원 장치(6420)는 전술한 본 발명의 예시적 실시예들에 따른 발광소자 구동부를 포함할 수 있다. 구체적으로 전원 장치(6420)는 가변 전류 출력부 및 랭크 감지부를 포함할 수 있고, 가변 전류 출력부 및 랭크 감지부는 본 발명의 실시예들 중 어느 하나가 포함하는 가변 전류 출력부 및 랭크 감지부와 각각 동일하게 기능할 수 있다.
또한, 제1 소켓(6400) 또는 제2 소켓(6500) 중의 어느 하나의 소켓에 광센서 모듈이 내장될 수 있다. 예를 들어, 더미 단자(6510)가 배치된 제2 소켓(6500)에 광센서 모듈이 내장될 수 있다. 다른 예로서, 전극 단자(6410)가 배치된 제1 소켓(6400)에 광센서 모듈이 내장될 수도 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명의 실시예들에 대해 상세히 기술되었지만, 본 발명이 속하는 기술분야에 있어서 통상의 지식을 가진 사람이라면, 첨부된 청구 범위에 정의된 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 본 발명을 여러 가지로 변형하여 실시할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 앞으로의 실시예들의 변경은 본 발명의 기술을 벗어날 수 없을 것이다.
110: 제1 밸브, 120: 제2 밸브, 130: 메인 밸브
140: 압력 게이지, 150: 검출기, 160: 모니터링 장치
200: 챔버, 210: 가스 라인, 220: 메인 라인

Claims (10)

  1. 가스 라인에서 가스의 내부누출을 검출하는 검사 방법에 있어서,
    상기 가스 라인에서 제1 밸브와 제2 밸브 사이의 메인 라인에 메인 밸브와 압력 게이지를 구비하는 가스 내부누출 검사 장치를 제공하는 단계;
    상기 메인 밸브와 상기 제2 밸브를 차폐하여 상기 메인 라인에 밀폐 공간을 형성하는 단계;
    상기 압력 게이지를 통해 상기 밀폐 공간 내의 압력 변동을 측정하는 단계; 및
    상기 압력 변동의 측정치에 기초하여 가스 누출 여부를 판정하는 단계를 포함하는 가스 내부누출 자동 검사 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 밀폐 공간의 내부는 진공 상태인 것을 특징으로 하는 가스 내부누출 자동 검사 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 밀폐 공간의 내부 압력은 상기 메인 밸브의 상류 라인 및 상기 제2 밸브의 하류 라인의 내부 압력보다 더 높은 것을 특징으로 하는 가스 내부누출 자동 검사 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 가스 내부누출 검사 장치는 상기 밀폐 공간의 압력 변동을 측정하여 얻은 결과를 보여주는 모니터링 장치를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 가스 내부누출 자동 검사 방법.
  5. 제1항 또는 제4항에 있어서,
    상기 가스 내부누출 검사 장치는 상기 메인 라인에 가스의 성분을 감지하는 검출기를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 가스 내부누출 자동 검사 방법.
  6. 예방 정비 단계 및 상기 예방 정비 단계에 후속되는 LED 칩 제조 단계를 포함하는 LED 칩 제조 방법에 있어서,
    상기 예방 정비 단계는
    가스 라인에서 제1 밸브와 제2 밸브 사이의 메인 라인에 메인 밸브와 압력 게이지를 구비하는 것을 특징으로 하는 가스 내부누출 검사 장치를 제공하는 단계;
    상기 메인 밸브와 상기 제2 밸브를 차폐하여 상기 메인 라인을 밀폐 공간으로 형성하는 단계;
    상기 압력 게이지를 통해 상기 밀폐 공간 내의 압력 변동을 측정하는 단계; 및
    상기 압력 변동의 측정치에 기초하여 가스 누출 여부를 판정하는 단계를 포함하고,
    상기 LED 칩 제조 단계는 상기 예방 정비 단계를 수행하는 가스 라인을 구비하는 LED 칩 제조 장비를 사용하여 LED 칩을 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 칩 제조 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 밀폐 공간의 내부는 진공 상태인 것을 특징으로 하는 LED 칩 제조 방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 밀폐 공간의 내부 압력은 상기 메인 밸브의 상류 라인 및 상기 제2 밸브의 하류 라인의 내부 압력보다 더 높은 것을 특징으로 하는 LED 칩 제조 방법.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 가스 내부누출 검사 장치는 상기 밀폐 공간의 압력 변동을 측정하여 얻은 결과를 보여주는 모니터링 장치를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 LED 칩 제조 방법.
  10. 제1 밸브와 제2 밸브가 구비된 가스 라인;
    상기 가스 라인에서 제1 밸브와 제2 밸브 사이의 메인 라인;
    상기 메인 라인에 연결된 메인 밸브 및 압력 게이지;
    상기 메인 밸브와 상기 제2 밸브를 차폐하여 상기 메인 라인에 형성된 밀폐 공간; 및
    상기 압력 게이지를 통해 상기 밀폐 공간 내의 압력 변동을 측정하고, 측정치에 기초하여 가스 누출 여부를 판정하는 모니터링 장치를 포함하는 반도체 소자 제조 장비를 사용하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조 방법.
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