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KR20110118848A - 경사 측벽을 포함하고 인광물질이 코팅된 발광 다이오드, 및 그의 제조방법 - Google Patents

경사 측벽을 포함하고 인광물질이 코팅된 발광 다이오드, 및 그의 제조방법 Download PDF

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KR20110118848A
KR20110118848A KR1020117024731A KR20117024731A KR20110118848A KR 20110118848 A KR20110118848 A KR 20110118848A KR 1020117024731 A KR1020117024731 A KR 1020117024731A KR 20117024731 A KR20117024731 A KR 20117024731A KR 20110118848 A KR20110118848 A KR 20110118848A
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KR
South Korea
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phosphor
substrate
led
light emitting
light
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Application number
KR1020117024731A
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English (en)
Inventor
데이비드 비. 주니어 슬라터
제럴드 에이치 네글리
Original Assignee
크리 인코포레이티드
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by 크리 인코포레이티드 filed Critical 크리 인코포레이티드
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Abstract

발광 다이오드가 대향하는 제1면과 제2면(200a, 200b), 및 상기 대향하는 제1면과 제2면의 사이에 위치하고 상기 제2면으로부터 상기 제1면을 향해 경사각을 이루며 연장되는 측벽(200d)을 갖는 기판을 포함한다. 상기 경사 측벽 위에 등각의 인광물질층(220)이 제공된다. 상기 경사 측벽은 통상적인 수직 측벽에 비하여 더욱 균일한 인광물질 코팅을 가능하게 한다.

Description

경사 측벽을 포함하고 인광물질이 코팅된 발광 다이오드, 및 그의 제조방법 {Phosphor-coated light emitting diodes including tapered sidewalls, and fabrication methods therefor}
본 발명은 마이크로 전자장치 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 발광다이오드(LED)와 그의 제조방법에 관한 것이다.
발광 다이오드는 소비자적 및 상업적 응용에 널리 사용된다. 당 분야에 통상의 지식을 가진 자에게 잘 알려진 바와 같이, 발광다이오드는 일반적으로 마이크로 전자기판 상에 다이오드 영역을 포함한다. 마이크로 전자기판은 예를 들면, 실리콘, 비소화 갈륨, 인화 갈륨, 이들의 합금, 실리콘 카바이드 및/또는 사파이어를 포함할 수 있다. LED 분야의 계속되는 발전은 가시광역 및 이를 넘는 범위를 커버할 수 있는 고효율 및 기계적으로 강건한 광원을 가져왔다. 이러한 속성들은 고체상태 장치의 수명이 길어질 수 있게 된 것과 함께, 다양한 새로운 디스플레이 응용을 가능하게 하고, 굳게 확립된 백열등 및 형광등과 경쟁하는 위치에 LED가 자리잡게 하였다.
LED 효율의 한 척도는 루멘당 비용이다. LED의 루멘당 비용은 LED 칩의 제조단가, LED 소재의 내부 양자 효율(internal quantum efficiency), 및 생성된 빛을 장치 외부로 추출하거나 결합하는 능력의 함수일 수 있다. 광추출(light extraction) 문제의 개관은 Stringfellow 등의 저서, High Brightness Light Emitting Diodes, Academic Press, 1997, 특히 Craford가 쓴 제2장 Overview of Device Issues in High-Brightness Light Emitting Diodes, pp.47-63에 나와 있다.
광추출은 예를 들면, 다이오드 영역과 기판을 제조하는 데 사용되는 소재에 의존하여, 여러 가지 방식으로 이루어져 왔다. 예를 들면, 비소화 갈륨 및 인화 갈륨 소재 시스템에서는, 광추출을 위해 두꺼운, p-형의 상부 윈도우층이 사용될 수 있다. 액상 및/또는 기상 에피택시를 이용하는 비소화 갈륨/인화 갈륨 소재 시스템에서 높은 에피택셜 성장속도가 가능하기 때문에 상기 p-형 윈도우 층은 성장될 수 있다. 게다가, p-형 상부 윈도우 층의 전도도 때문에 전류파급(current spreading)이 달성될 수 있다. 기판이 광학적 흡수성이 있다면 기판의 적어도 일부를 제거할 수 있게 하기 위하여, 높은 에칭 속도 및 높은 에칭 선택도를 갖는 화학적 에칭 또한 사용될 수 있다. 발산 및 흡수 영역을 분리하기 위해 분산된 브래그(Bragg) 반사체 또한 흡수 기판와 다이오드 영역 사이에서 성장되어 왔다.
광추출을 위한 다른 접근은 다이오드 영역 및/또는 기판의 기계적 성형 또는 텍스쳐링(texturing)을 관계시킬 수 있다. 그러나, 추출 효율에 있어 한층 향상된 다른 광추출 기술을 제공하는 것이 바람직할 수 있다. 게다가, LED 칩의 면적을 0.1 mm2에서 더 큰 면적으로 증가시켜, 더 큰 LED를 제공하는 것이 바람직할 수 있다. 불행하게도, 더 높은 출력/세기 및/또는 다른 응용을 위해 칩의 크기가 커짐에 따라 이러한 성형 기술의 효율성은 유지되지 않을 수 있다.
최근 많은 개발상 관심과 상업적 활동이 실리콘 카바이드 내부 및/또는 위에 제조되는 LED에 모아져 왔는데, 이러한 LED가 가시광역의 청색/녹색 부분의 발광을 할 수 있기 때문이다. 예를 들면, 본 발명의 양수인에게 양도되고 여기서 완전히 설명된 것처럼 그 개시가 여기에 인용 포함되는, Edmond 등의 미국 특허 제5,416,342호, Blue Light-Emitting Diode With High External Quantum Efficiency를 참조. 또한, 실리콘 카바이드 기판 상에 갈륨 나이트라이드계 다이오드 영역을 포함하는 LED도 고효율의 빛을 발산할 수 있기 때문에 많은 관심을 받아 왔다. 예를 들면 여기서 완전히 설명된 것처럼 그 개시가 여기에 인용 포함되는 Linthicum 등의 미국 특허 제6,177,688호 Pendeoepitaxial Gallium Nitride Semiconductor Layers On Silicon Carbide Substrates를 참조.
그러한 실리콘 카바이드 LED 및/또는 실리콘 카바이드 상의 갈륨 나이트라이드 LED에서 광추출을 위해 통상의 기술을 사용하는 것이 어려울 수 있다. 예를 들면, 갈륨 나이트라이드의 성장 속도가 비교적 낮기 때문에, 두꺼운 p-형 윈도우 층을 사용하는 것이 어려울 수 있다. 또한, 비록 그러한 LED의 제조에 브래그 반사체 및/또는 기판 제거 기술을 사용하여 도움을 받더라도, 기판와 갈륨 나이트라이드 다이오드 영역 사이의 반사체를 제조하는 것 및/또는 실리콘 카바이드 기판의 적어도 일부를 제거하는 것이 어려울 수 있다.
본 발명의 양수인에게 양도되고 여기서 완전히 설명된 것처럼 그 개시가 여기에 인용 포함되는, Edmond의 미국 특허 제4,966,862호, Method of Production of Light Emitting Diodes는 반도체 소재의 단일 기판 상에서 복수의 발광 다이오드를 제조하는 방법을 기술한다. 상기 방법은 상기 기판이 그 사이에 p-n 접합을 형성하는 p-형 및 n-형 소재의 층을 차례로 포함하고, 동일한 반도체 소재의 에피택셜 층을 포함하는 구조에 사용할 수 있다. 상기 에피택셜 층 및 상기 기판은 개별 다이오드 전구체를 획정하기 위해 예정된 패턴으로 에칭되며, 에피택셜 층 내에 각 다이오드 전구체의 p-n 접합을 서로 윤곽짓는 메사(mesa)를 형성하기에 충분할 정도로 깊이 에칭한다. 그런 후 상기 기판은 기판 내 다이오드 전구체의 측면 부분을 획정하기 위해, 예정된 깊이로 에피택셜 층의 면과 메사 사이에서부터 홈을 내며, 홈의 아래에 기계적 안정성을 유지하기에 충분할만큼 기판이 잔존하도록 한다. 옴 접촉(ohmic contact)이 에피택셜 층과 기판에 부가되며, 절연 소재의 층이 다이오드 전구체 상에 형성된다. 상기 절연층은 옴 접촉에 의해 커버되지 않는 에피택셜층 부분, 메사에 인접한 기판의 한 표면의 일부, 및 기판의 측면부를 피복한다. 그 결과, 각 다이오드의 기판의 접합부 및 측면부는 옴 접촉을 통하지 않는 전기적 접촉으로부터 절연된다. 상기 다이오드가 분리될 때, 이들은 제조된 다이오드를 에폭시가 단락시킬 염려 없이 상기 접합면을 아래로 하여 전도성 에폭시 내에 통상적으로 장착될 수 있다. 미국 특허 제4,966,862호의 요약 참조.
본 발명의 양수인에게 양도되고 여기서 완전히 설명된 것처럼 그 개시가 여기에 인용 포함되는, Carter, Jr.의 미국 특허 제5,210,051호, High Efficiency Light Emitting Diodes From Bipolar Gallium Nitride는 7×1017 cm3 이하의 주개(donor) 농도에서, 실질적으로 도핑되지 않은 진성 단결정 갈륨나이트라이드의 성장 방법을 기술한다. 상기 방법은 성장면을 포함하는 반응 챔버 내부로 질소원을 도입하는 하면서 동일한 반응 챔버 내부로 갈륨원을 도입하는 한편 질소 원자 및 갈륨 원자를 갈륨 나이트라이드가 성장할 성장면으로 보내는 것을 포함한다. 상기 방법은, 갈륨 및 질소 원자가 성장면을 타격하여 적절한 격자 사이트에 도달하여 자리잡고, 그럼으로써 우수한 결정도를 이루어 효과적인 부착 계수를 이루고, 나아가 성장면 상에 갈륨 나이트라이드의 에피택셜 층을 성장시키기에 충분한 표면 이동성을 부여하기에 충분히 높은 온도로, 그러나 반응 챔버 내의 질소종의 분압이 갈륨 나이트라이드에 대한 질소종의 다른 주변 조건 하에서의 평형 증기압에 근접하고 그럼으로써 갈륨 나이트라이드로부터의 질소의 손실과 제조되는 에피택셜 층의 질소 공백점(vacancy)을 최소화할 정도로 충분히 낮은 온도로 상기 성장 표면을 함께 유지하는 것을 더 포함한다. 미국 특허 제5,210,051호의 요약을 참조.
LED 상에 인광물질을 코팅하는 것은 광 추출 문제를 더 심화시킬 수 있다. 특히, 예를 들면 고체 상태 조명을 제공하기 위해, LED에 인광물질을 제공하는 것이 바람직할 수 있다. 한 예에서, 고체 상태 백색 조명에 사용되는 LED는 예를 들면 약 380 nm 내지 약 480 nm 범위의 단파장에서 높은 방사속(radiant flux)의 출력을 낼 수 있다. 상기 인광물질을 여기시키기 위해 LED의 단파장 고에너지 광자 출력을 사용하는 경우, 하나 이상의 인광물질이 부분적으로 또는 전체적으로 사용되어, LED 출력의 일부 또는 전부의 주파수를 낮게 전환시킴으로써 백색광을 만들 수 있다.
한 구체적 예로, 약 390 nm에서의 LED의 자외선 출력은 백색광을 만들기 위해 적색, 녹색 및 청색 인광물질과 결합하여 사용될 수 있다. 또 다른 구체적 예로, LED에서 나오는 약 470 nm에서의 청색광 출력은 황색 인광물질을 여기시키고, LED 출력의 일부분이 인광물질에 흡수될 때 발생하는 2차 황색 발광(secondary yellow emission)의 일부와 함께 상기 470 nm 청색 출력의 일부를 전송함으로써 백색광을 만드는 데 사용될 수 있다.
당업자에게 잘 알려진 바와 같이, LED의 발광 경로 내에 인광 물질을 포함시키기 위해 적어도 두 가지 기술이 사용될 수 있다. 한 기술에서, 상기 인광물질은 상기 인광물질이 LED의 근방에 유지될 수 있도록 LED와 함께 제공되는 패키지 및/또는 캡슐 내에 현탁될 수 있다. 또 다른 접근방법에서, 상기 인광물질은 LED 자체 상에 코팅될 수 있다. 인광물질을 코팅할 때, 그 내부에 하나 이상의 인광물질이 현탁된, 에폭시와 같은 액체 바인더가 사용될 수 있다. 상기 인광물질 함유 바인더는 투명한 캡슐화 에폭시를 분배(dispense) 및 경화시키기 전에 LED 상에 분배될 수 있다. 인광물질 코팅을 채용하는 LED는 예를 들면, 미국특허 제6,252,254호, 제6,069,440호, 제5,858,278호, 제5,813,753호, 제5,277,840호에 기재되어 있다.
이상에서 논의된 관점에서 볼 때, 향상된 광추출 기술은 LED에 바람직하고, 특히 실리콘 카바이드로부터 제조되는 LED, 실리콘 카바이드 상에 갈륨 나이트라이드로부터 제조되는 LED, 및/또는 인광물질 코팅을 포함하는 LED에 바람직하다.
본 발명의 일부 구현예에 따른 발광 다이오드는 대향하는 제1면 및 제2면을 갖는 기판, 및 제1면상의 다이오드 영역을 포함한다. 상기 발광 다이오드의 측벽은 제2면에서 제1면을 향해 90°각도보다는 경사각으로 연장된다. 일부 구현예에서, 상기 경사각은 둔각이다. 일부 구현예에서, 상기 경사 측벽은 제2면으로부터 인접하는 다이오드 영역까지 연장될 수 있다. 등각의 인광물질 함유층이 상기 경사 측벽의 적어도 한 부분 상에 포함될 수 있다. 다른 구현예에서, 상기 인광물질 함유층은 제2면상에도 포함된다.
본 발명의 일부 구현예에 의하면, 제2면에 인접한 경사측벽을 제공함으로써, 제2면에 인접한 수직 또는 직각의 측벽을 갖는 발광 다이오드에 비하여 더욱 균일한 인광물질 함유 코팅을 얻을 수 있다.
본 발명의 일부 구현예에 의하면, 발광 다이오드는, 기판의 제2면으로부터 기판의 제1면을 향해 경사각으로 연장되는 측벽을 인광물질을 함유하는 층으로 등각적으로 코팅함으로써 제조될 수 있다. 상기 제2면 또한 등각적으로 코팅될 수 있다.
도 1A는 제2면에 인접하는 수직 측벽을 포함하는 발광 다이오드의 단면도이다.
도 1B는 인광물질 함유층으로 코팅된 제2면에 인접하는 수직측벽을 포함하는 발광 다이오드의 단면도이다.
도 2A는 본 발명의 일부 구현예에 따라 제2면에 인접한 경사 측벽을 포함하는 LED의 단면도이다.
도 2B는 본 발명의 일부 구현예에 따라 균일한 두께의 인광물질 함유층으로 코팅된 제2면에 인접한 경사측벽을 포함하는 LED의 단면도이다.
도 2C는 본 발명의 일부 구현예에 따라 균일한 두께의 인광물질 함유 코팅으로 코팅되고, 다층 접촉 구조를 포함하는 제2면에 인접하는 경사 측벽을 포함하는 LED의 단면도이다.
이하, 본 발명의 구현예가 도시된 첨부 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 자세하게 설명한다. 그러나, 본 발명은 여기에 설명된 구현예에 한정되는 것으로 해석되어서는 안된다. 오히려, 이러한 구현예들은 본 개시가 철저하고 완전해지기 위해 제공되는 것이며, 당업자에게 본 발명의 범위를 완전히 전달하기 위해 제공되는 것이다. 도면에서, 층과 영역의 두께는 명백히 나타내기 위해 과장된 것이다. 유사한 숫자는 유사한 요소를 나타낸다. 층, 영역 또는 기판와 같은 요소가 다른 요소 "위에" 있거나, 다른 요소 "위로" 연장되는 것으로 언급될 때, 그 다른 요소 위에 직접 있거나 또는 그 다른 요소 위로 직접 연장되는 것일 수 있으며, 또는 개재되는 요소가 존재할 수도 있음은 이해될 것이다. 이와 대조적으로, 어느 요소가 "직접 위에" 있거나, 다른 요소 "위로 직접" 연장되는 것으로 언급될 때는 개재되는 요소가 존재하지 않는 것이다.
실리콘 카바이드계 기판 상의 갈륨 나이트라이드계 발광 다이오드를 일반적으로 참조하여, 본 발명의 구현예가 기재될 것이다. 그러나, 본 발명의 수많은 구현예는 발산되는 빛을 흡수하지 않거나 투명한 기판와의 조합에 채용될 수 있음은 당업자에 의해 이해될 것이다. 일부 구현예에서, 기판의 굴절율은 다이오드의 굴절율보다 크다. 따라서, GaP 기판 상에 형성된 AlGaInP 다이오드; GaAs 기판 상에 형성된 InGaAs 다이오드; GaAs 기판 상에 형성된 AlGaAs 다이오드; SiC 기판 상에 형성된 SiC 다이오드; 사파이어(Al2O3) 기판 상에 형성된 SiC 다이오드; 및/또는 갈륨 나이트라이드, 실리콘 카바이드, 알루미늄 나이트라이드, 아연 산화물 및/또는 다른 기판 상에 형성된 나이트라이드계 다이오드가 조합에 포함될 수 있다.
그러한 LED의 많은 예가 본 발명의 양수인에게 양도되고 여기서 완전히 설명된 것처럼 그 개시가 여기에 인용 포함되는, Slater, Jr. 등에 의해 2002년 1월 25일 출원된 미국특허출원 일련번호 제10/057,821호, Light Emitting Diodes Including Substrate Modifications for Light Extraction and Manufacturing Methods Therefor에 기재되어 있다.
도 1A는 제2면에 인접한 직각 측벽을 갖는 LED의 단면도이다. 특히, 도 1A를 참조하면, 이러한 LED는 대향하는 제1면(100a) 및 제2면(100b)을 갖고, 예정된 파장 범위에서 광학적 방사에 투명한 실리콘 카바이드 기판(100)와 같은 기판(100)를 포함한다. 여기서 사용된대로, "투명한"이라는 용어는 예정된 파장 범위에서 광학적 방사가 그 소재에 완전히 흡수되거나 완전히 반사되지 않고 그 소재를 통과할 수 있음을 의미한다. 다이오드 영역(110)은 제1면 위에 있고, 상기 다이오드 영역(110)에 걸쳐 전압을 걸어줌과 동시에 상기 기판(100)의 내부로 예정된 파장의 빛을 발산하도록 되어 있다. 상기 다이오드 영역(110)은 앞서 언급한 미국특허출원 제10/057,821호에 기재된 것과 같은 실리콘 카바이드, 갈륨 나이트라이드 및/또는 다른 물질을 포함할 수 있다.
도 1A를 계속 참조하면, 상기 기판(100)는, 제2면(100b)에 인접하고 도 1A에 90°각도로 도시한 바와 같이 여기에 수직인 제1부분(100c)을 포함하는 하나 이상의 측벽을 포함한다. 제1면(100a)에 인접한 제2부분(100e)은 여기에 수직이다. 제1부분(100c)과 제2부분(100e) 사이에 있는 제3부분(100d)은 제2부분(100e)의 연장선과 예를 들면, 30°의 각도를 이루며 경사져 있다. 비록 도 1A가 비례축척으로 그려지지 않았지만, 일구현예의 치수를 도 1A에 도시하였다. 따라서, 도 1A에 나타낸 구현예에서 상기 제1면은 약 300 ㎛의 폭을 갖고, 상기 제2면은 약 200 ㎛의 폭을 가질 수 있다. 경사부(100d)의 표면이 105 ㎛ 길이가 되도록, 상기 측벽의 상기 제1부분(100c)은 약 135 ㎛의 두께를 갖고, 상기 측벽의 상기 제2부분(100e)은 약 25 ㎛의 두께를 가지며, 측벽의 경사부분(100d)은 약 90 ㎛의 두께를 가질 수 있다. LED의 전체 두께는 약 250 ㎛이다.
도 1B를 참조하면, 인광물질 함유 코팅(120)을 포함하는 도 1A의 LED가 도시된다. 도 1B에 보인 바와 같이, 제2면(100b) 또는 측벽의 (수직인) 제1부분(100c)을 측벽의 (경사진) 제3부분(100d)에서만큼 두껍게 코팅하는 것이 어려울 수 있다. 더욱 구체적으로, 측벽의 (수직인) 제1부분(100c) 상에 충분한 피복을 얻기 위하여, 과량의 인광물질 함유 바인더를 사용할 수 있지만, 제2면(100b) 상에 제공되는 피복은 여전히 미흡하고, 과도한 양의 인광물질 함유 바인더가 측벽의 (경사진) 제3부분(100d) 위로 흘러내리는 것을 야기할 수도 있다. 제2면(100b) 상에 있어 인광물질 함유 코팅(120)의 미흡한 피복은 너무 많은 청색 방사광이 흡수성 황색 인광물질을 전혀 또는 충분히 지나지 않은 채 LED로부터 직접 방사되게 할 수 있다. 게다가, 측벽의 (경사진) 제3부분(100d) 위로 흘러내릴 수 있는 과도한 양의 인광물질은 LED의 저부(lower portion)에서 너무 적은 청색 방사광이 방사되는 것을 야기할 수 있다. 2차 황색 방사가 측벽의 (경사진) 제3부분(100d) 위에 과도하게 두껍게 형성된 인광물질 함유 바인더 층의 아래에서 발생할 수 있지만, 인광물질 함유 바인더의 상부에 의해 흡수되어 인광물질 코팅된 LED의 전환효율을 낮게 할 수 있고 및/또는 색상 상관 온도(CCT: color correlated temperature)에 의해 각도 의존성을 크게 할 수 있다.
도 2A 내지 2C에 기재된 본 발명의 일부 구현예는 LED의 방사 표면의 적어도 일부가 실질적으로 균일한 두께를 갖는 거의 등각의 인광물질 함유층으로 피복되도록 할 수 있다. 이러한 더욱 등각적인 피복은 빛의 바람직한 스펙트럼을 만들 수 있는 한편, 인광물질이 코팅된 LED로부터 더 많은 방사속(radiant flux)이 발산될 수 있도록 하기도 한다.
도 2A는 본 발명의 일부 구현예에 따른 LED의 단면도이다. 도 2A에 보인 바와 같이, 이들 LED는 실리콘 카바이드 기판와 같은, 대향하는 제1면(200a) 및 제2면(200b)을 갖고 예정된 파장 범위에서 광학적 방사에 투명한 반도체 기판을 포함한다. 다이오드 영역(210)은 제1면(200a)의 위에 있고, 상기 다이오드 영역(210)에 걸쳐 전압을 걸어줌과 동시에 예정된 파장 범위의 빛이 상기 기판(200) 내부로 방사되도록 되어 있다. 상기 다이오드 영역(210)은 앞서 언급한 미국특허출원 제10/057,821호에 기재된 것과 같은 실리콘 카바이드, 갈륨 나이트라이드 및/또는 다른 물질을 포함할 수 있다.
도 2A에 보인 바와 같이, LED의 적어도 한 측벽은 제2면에 인접한 제1경사부(200d)를 포함한다. 상기 경사부(200d)는 상기 제2면(200d)과 비직각, 예를 들면 120°의 각도와 같은 둔각을 형성한다. 일부 구현예에서, 상기 경사부(200d)는 인접한 제2면(200b)으로부터 연장되거나, 제1면(200a)까지 계속 연장될 수 있다. 다른 구현예에서, 제2수직부(200e)가 상기 제1면(200a)에 인접하여 존재할 수 있다. 일부 구현예에서, 상기 경사부(200d)는 편평한 경사부로서 제2면(200b)으로부터 제1면(200a)을 향해 연장되고, 일부 구현예에서는 제2면(200b)으로부터 제1면(200a)까지 계속 연장되는 연속적 테이퍼를 제공한다. 다른 구현예에서, 상기 경사부(200d)는 (편평하지 않고) 곡면일 수 있고, 여러 개의 편평한 세그먼트를 포함할 수 있고, 및/또는 텍스쳐화 될 수 있다.
비록 도 2A가 비례축척으로 그려지지 않았지만, 본 발명의 일구현예의 치수를 도시하였다. 특히, 상기 제1면(200a)은 약 300 ㎛의 폭을 가질 수 있는 한편, 상기 제2면(200b)은 약 125 ㎛의 폭을 가질 수 있다. 상기 측벽의 제1경사부(200d)는 약 150 ㎛의 두께를 가질 수 있고, 약 173 ㎛의 표면 길이를 제공할 수 있다. 상기 제2수직부(200e)는 약 25 ㎛의 두께를 가질 수 있다. 따라서, 상기 LED의 총 두께는 약 175 ㎛일 수 있다.
상기 제2면에 인접한 경사 측벽을 갖는 LED의 제조는 당업자에게 잘 알려져 있으며, 예를 들면 여기서 완전히 설명된 것처럼 그 개시가 여기에 인용 포함되는, 미국특허 제5,087,949호에 기재되어 있다.
도 2A 및 도 1A의 구현예를 상기 도면에 보인 치수를 고려하여 비교하면, 도 2A의 LED가 더 낮은 (더 납작한) 윤곽, 및 제2면(200b)으로부터 거의 제1면(200a)까지 이어진 테이퍼진 연속적 경사측벽부(200d)를 갖는다. 달리 말해, 제1수직부(100c)를 갖는 기둥이 없다. 도 2A의 구현예는 도 1A의 구현예에서 사용된 실리콘 카바이드 기판보다 더 얇은 실리콘 카바이드 기판을 사용하여 제조될 수 있다. 특히, 도 1A에 도시한 기판(100)는 약 250 ㎛의 두께를 가질 수 있는 반면, 도 2A에 도시한 본 발명의 일부 구현예의 기판(200)는 약 175 ㎛의 두께를 가질 수 있다. 그러나, 다른 구현예에서, 상기 기판이 더 얇을 필요가 없고, 상기 테이퍼 각도 및 다른 파라미터는 거기에 따라 수정될 수 있음은 이해될 것이다.
게다가, 300 ㎛ 피치 상에 제조되는 도 1A의 LED의 톱/브레이크 공정(saw/break process)에 사용되는 톱날은 약 100 ㎛의 폭을 가질 수 있다. 도 1A에서 톱에 의해 만들어진 테이퍼 면(제3부분(100d)), 및 도 2A에 도시한 바와 같은 본 발명의 구현예에서 톱에 의해 만들어진 테이퍼 면(제1경사부(200d))은 제1면(100a, 200a)에 대한 수직면과 약 30°를 이룰 수 있다. 그러나, 도 2A에 도시한 본 발명의 일부 구현예에서 상기 톱날의 폭은 약 175 ㎛일 수 있다. 더 넓은 날 및 더 얇은 기판(200)는 와이어 본드(wire bond)가 형성된 제2면(200b)에서 출발하여 제1면(200a)까지 연장되는 측벽에서 약 25 ㎛ 이내로 도 2A에 도시하고 연속적으로 테이퍼진 제1경사부(200d)를 약 20 ㎛ 내지 약 30 ㎛ 내에서 만들 수 있다. 도 1A 및 도 2A에 있어서, 제1면(100a, 200a)에 인접한 아래쪽 20 ㎛ 내지 30 ㎛는 이러한 부분(100e, 200e)이 다이(die)에서 분리할 때 돌파될 수 있기 때문에 비교적 수직이다.
도 2A 및 도 1A를 계속하여 비교하면, 일부 구현예에서, 도 2A의 제1면(200b)은 125 ㎛2인 반면, 약 130 내지 140 ㎛ 높이인 (도 1A에 135 ㎛로 도시된) 수직기둥의 윗면인 도 1A의 제1면(100b)은 약 200 ㎛2이다. 제1경사부(200d)는 도 2A에서 약 173 ㎛의 전체 길이를 갖는 한편, 중간 테이퍼부(100d)는 약 105 ㎛의 전체 길이를 갖는다. 높이 치수를 보면, 상기 제1경사부(200d)는 도 2A에서 175 ㎛의 전체 높이 중 약 150 ㎛인 반면, 도 1A에서 제3부분(100d)은 250 ㎛의 전체 높이 중 약 90 ㎛ 이다.
도 2B를 참조하면, 인광물질 함유층(220)이 경사 측벽(200d) 위에 코팅되고, 또한 제2면(200b) 위에도 코팅될 수 있다. 일부 구현예에서, 상기 인광물질 함유층은 에폭시, 실리콘계 매트릭스 및/또는 다른 용매와 같은 바인더를 포함할 수 있다. 상기 인광물질은 세륨(cerium)이 도핑된 YAG 및/또는 다른 통상적인 인광물질일 수 있다. 그러나, 다른 통상적인 바인더 및/또는 인광물질은 응용분야에 따라 사용될 수 있다. 상기 인광물질은 LED 상에 스크린 프린팅, 증착(evaporation)(스퍼터, e-빔, 열, CVD, 정전기 및/또는 전기영동 증착), 침지, 스핀 코팅 및/또는 다른 기술에 의해 코팅될 수 있다. 그런 후, 상기 인광물질 함유층(220)은 약 50℃ 내지 약 200℃에서 약 수초 내지 약 수 시간 동안 경화시킬 수 있다. 본 발명의 일부 구현예에서 상기 인광물질 함유층(220)의 두께는 약 2 ㎛ 내지 약 100 ㎛일 수 있다. 그러나, 그 밖의 두께도 사용될 수 있다. 사용되는 두께는 자기 흡수(self-absorption) 및/또는 산란을 줄이거나 최소화하도록 선택될 수 있고, 코팅 방법, 인광물질의 밀도, 및/또는 바람직한 응용에 의존할 수 있다. 게다가, 코팅 방법 또는 코팅 방법의 조합은 제2면(200b)과 비교하여 경사 측벽(200d) 상의 인광물질의 두께를 조절하도록 선택될 수 있다.
도 2B에 도시한 바와 같이, 측벽의 경사부(200d)는 인광물질 함유층(220)의 균일성을 향상시킬 수 있다. 이는 도 1B의 LED에 비하여 광전환을 향상시킬 수 있다.
일부 구현예에서 도 2B의 구현예에서 광출력은 도 1B의 구현예과 비교하여 10% 내지 15% 증가하였을 수 있다. 파워 또는 방사속의 증가뿐만 아니라, 도 2B에 도시한 것과 같은 본 발명의 구현예는 다이가 돌파되는 제2부분(200e)을 제외하고 실질적인 수직 측벽을 갖지 않는다. 줄어든 높이와 함께, 이는 전체 제1경사부(200d)에 걸쳐 및/또는 제1경사부(200d) 및 제2면(200b)에 걸쳐 균일한 인광물질 피복을 얻을 수 있게 한다. 따라서, 청색 및 황색 전송 전환율의 향상은 본 발명의 일부 구현예에서 도 1B의 구현예에 비하여 개선된 백색 광원의 연색성을 제공할 수 있다. 게다가, 기판의 두께를 줄임으로써, 향상된 (낮아진) 정동작 저항(static resistance)의 LED를 얻을 수 있고, 이는 향상된 인더월 플러그 효율(in-the-wall plug efficiency)로 이어질 수 있다. 마지막으로, 길이, 각도 및/또는 지형과 같은 경사부(200d)의 파라미터는 주어진 인광물질 및/또는 코팅 방법에 따른 바람직한 광출력을 제공하기 위해 수정될 수 있음은 이해될 것이다.
도 2C는 기판(200)의 제2면(200b) 위에 반사 기판 콘택트(230)를 포함하는 본 발명의 다른 구현예를 도시한다. 일부 구현예에서, 도 2C에 도시한 바와 같이, 상기 기판 콘택트(230)는 제2면(200b)을 완전히 덮을 수 있다. 이는 빛이 인광물질 함유층(220)의 어느 부분도 통과하지 않고 LED로부터 직접 전송될 가능성을 줄이거나 제거할 수 있다. 제2면(200b) 전체를 덮는 콘택트(230)는, 제2면(200b)을 완전히 피복하기 위해 바인더를 너무 많이 분배하는 경향을 줄일 수도 있다. 본 발명의 다른 구현예에서, 상기 기판 콘택트(230)가 제2면(200b)의 전체를 피복할 필요는 없음은 이해될 것이다. 본 발명의 일부 구현예에서, 인광물질 함유층(220)은 상기 기판 콘택트(230)의 위에 존재할 필요가 없고, 또는 도 2C에 도시한 바와 같이 제1경사부(200d)에 비하여 감소한 두께로 존재할 수 있다. 인광물질 함유층(220)의 적어도 일부는 상기 콘택트(230)로부터 통상적인 기술을 이용하여 제거될 수 있다. 본 발명의 일부 구현예는, 예를 들면, 제2면(200b)으로부터의 발산을 차단하고 경사부(200d)로부터의 발산만을 허용함으로써 LED로부터 현탁된 인광물질 내로의 광추출을 향상시키기 위해, 현탁된 인광물질 패키지로 사용될 수 있음도 또한 이해될 수 있을 것이다.
전체 제2면(200b) 상의 상기 기판 콘택트(230)의 피복이 제2면(200b)의 일부만 피복하는 기판 콘택트에 비하여 광 출력을 감소시킬 수 있음도 또한 이해될 수 있을 것이다. 도 2C를 다시 참조하면, 일부 구현예에서, 반사층을 포함하는 다층 콘택트(230)가 제공될 수 있으며, 이는 이러한 손실을 적어도 부분적으로 보상할 수 있다. 예를 들면, 본 발명의 구현예에 따른 어떤 기판 콘택트는, 예를 들면 약 25 Å의 니켈을 포함하는 옴 층(232), 예를 들면 약 1,000 Å의 은 및/또는 알루미늄을 포함하는 반사층(234), 예를 들면 약 500 Å의 백금 및/또는 TiN을 포함하는 배리어층(236), 및 약 10,000 Å의 금을 포함하는 본딩층(238)을 포함할 수 있다. 이는 티타늄, 백금 및 금 층을 포함할 수 있는 다른 콘택트/본드 패드와 대조될 수 있다. 본 발명의 일부 구현예에 따르면, 통상적인 콘택트에서 오는 광출력의 손실은 제2면(200b)과의 계면에서 티타늄 층의 미흡한 반사도 때문에 일어나는 것일 수 있음이 밝혀졌다. 현저히 대조적으로, 본 발명의 일부 구현예에 따르면, 제2면(200b)과 반사층(234) 사이에 위치하고 니켈을 포함하는 상기 옴 층은 손실을 줄이기 위해 예를 들면 약 25 Å 정도의 두께로 매우 얇게 만들어질 수 있다. 채용될 수 있는 다른 접촉 구조는 앞서 언급된 미국특허출원 일련번호 제10/057,821호에 기재되어 있다.
도면 및 명세서에 본 발명의 구현예가 개시되었으며, 비록 특정 용어가 사용되었지만 이들은 일반적이고 기술(記述)적인 의미로만 사용되었으며 한정의 목적을 위한 것이 아니고, 본 발명의 범위는 다음 청구 범위에서 설명된다.
100: 기판
120: 인광물질 함유 코팅
200: 기판
210: 다이오드 영역
220: 인광물질 함유층

Claims (1)

  1. 발광 다이오드(LED)에 있어서,
    대향하는 제1면 및 제2면, 및 그 사이에 상기 제2면으로부터 제1면을 향해 경사각을 이루며 연장되는 측벽을 갖는 기판; 및
    상기 제2면으로부터 상기 제1면을 향해 경사각을 이루며 연장되는 상기 측벽 상에, 인광물질(phosphor)을 포함하고 실질적으로 균일한 두께의 등각층(conformal layer)을 포함하는 발광 다이오드(LED).
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