KR101021398B1 - 발광 다이오드 및 그의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
와이어 본딩없이 다른 소자와의 연결이 가능한 발광 다이오드 및 그의 제조방법이 개시되어 있다. 발광 다이오드는 기판, 기판 상에 차례로 위치하는 제1 클래드층, 활성층 및 제2 클래드층을 구비하는 발광구조체, 발광구조체의 측벽상에 위치하는 절연 스페이서, 제1 클래드층에 전기적으로 접속하고 기판의 일측벽 상으로 연장된 제1 전극 및 제2 클래드층에 전기적으로 접속하고 기판의 타측벽 상으로 연장된 제2 전극을 포함한다.
발광 다이오드, 전극, 기판
Description
본 발명은 발광 다이오드에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 발광 다이오드 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
발광 다이오드(Light emitting diode; LED)는 화합물 반도체의 PN 접합 다이오드에 순방향 전류가 흐를 때 빛을 발하는 현상을 이용한 소자로서, 디스플레이 소자의 광원으로 주로 이용되고 있다.
이러한 발광다이오드는 전구와 같은 필라멘트가 요구되지 않으며, 진동에 강하고, 긴 수명을 가지고 있으며, 반응속도가 빠른 등의 우수한 특성을 나타낸다.
발광다이오드는 전원을 공급하기 위해 금속성 물질의 와이어 본딩이 필수적이다. 그러나, 와이어 본딩 공정에 많은 시간이 소요되며, 신뢰성 문제 및 적용 전류에 따른 와이어의 교체등의 문제점이 발생되는 단점이 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 와이어 본딩없이 다른 소자와의 연결이 가능한 발광 다이오드를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 제조 공정이 간단한 발광 다이오드의 제조방법을 제공하는 것이다.
상기 과제를 이루기 위하여 본 발명의 일 측면은 기판, 상기 기판 상에 차례로 위치하는 제1 클래드층, 활성층 및 제2 클래드층을 구비하는 발광구조체, 상기 발광구조체의 측벽상에 위치하는 절연 스페이서, 상기 제1 클래드층에 전기적으로 접속하고 상기 기판의 일측벽 상으로 연장된 제1 전극 및 상기 제2 클래드층에 전기적으로 접속하고 상기 기판의 타측벽 상으로 연장된 제2 전극을 포함하는 발광다이오드를 제공한다.
상기 제1 및 제2 전극들은 Al 또는 Ag를 함유할 수 있다.
상기 기판은 상기 발광구조체의 일측에 형성된 제1 개구부와 상기 발광구조체의 타측에 형성된 제2 개구부를 구비하고, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극은 상기 제1 개구부 및 상기 제2 개구부 내로 연장될 수 있다.
상기 발광 다이오드는 발광구조체 및 상기 전극들 상에 위치하는 봉지층을 더 포함할 수 있다.
상기 다른 과제를 이루기 위하여 본 발명의 일 측면은 기판 상에 차례로 위치하는 제1 클래드층, 활성층 및 제2 클래드층을 구비하는 발광구조체를 형성하는 단계, 상기 발광구조체의 측벽상에 절연 스페이서를 형성하는 단계 및 상기 제1 클래드층 및 상기 제2 클래드층에 각각 전기적으로 접속하고, 상기 기판의 양측벽들 상으로 각각 연장하는 제1 전극 및 제2 전극을 형성하는 단계를 포함하는 발광다이오드의 제조방법을 제공한다.
상기 발광다이오드는 상기 제1 전극 및 제2 전극 각각에 전기적으로 접속하고, 상기 기판의 하부면에 위치하는 보조전극들을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 발광다이오드는 상기 절연 스페이서를 형성하기 전에, 상기 기판 내에 발광구조체의 일측에 위치하는 제1 개구부와 상기 발광구조체의 타측에 위치하는 제2 개구부를 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 제1 전극과 상기 제2 전극은 상기 제1 개구부 및 상기 제2 개구부 내로 연장될 수 있다.
상기 발광다이오드는 상기 절연 스페이서를 형성하기 전에 상기 발광구조체들 사이의 기판을 절단하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 기판을 절단하기 전에 상기 기판의 하부면에 보조기판을 형성하는 단계 및 상기 전극들을 형성한 후 상기 보조기판을 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상술한 바와 같이 제1 클래드층 및 제2 클래드층과 각각 전기적으로 접속하는 제1 전극 및 제2 전극을 기판의 양측벽을 연장하여 형성함으로써, 기판의 하부면 내에 상기 제1 전극 및 제2 전극이 노출될 수 있고, 표면실장기술(surface mount technology)을 이용하여 상기 기판의 하부면 내에 노출된 상기 전극들을 인쇄회로기판에 직접 실장할 수 있으므로, 패키징 시 와이어 본딩 공정이 생략될 수 있다. 따라서, 공정이 간단해지며, 소요시간을 절약할 수 있다. 또한, 와이어 본딩함으로서 발생되는 문제점을 해결할 수 있으므로 신뢰성이 향상될 수 있으며, 다른 외부 소자와의 연결을 용이하게 할 수 있다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다.
그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 이하, 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
도 1a 내지 도 1i는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드의 제조방법을 나타낸 단면도들이다.
도 1a를 참조하면, 상기 기판(10) 상에 제1 클래드층(22)을 형성할 수 있다.
상기 기판(10)은 Al2O3(사파이어), SiC, ZnO, Si, GaAs, LiAl2O3, InP, BN, AlN 또는 GaN 기판일 수 있다. 바람직하게는 상기 기판(10)은 Al2O3 기판일 수 있다.
상기 제1 클래드층(22)은 제1형 불순물 예를들어, n형 불순물이 주입된 질화 물계 반도체층일 수 있다. 상기 n형 질화물계 반도체층은 GaN층 또는 AlxGa(1-x)N(0≤x≤1)층일 수 있다.
상기 제1 클래드층(22) 상에 활성층(24)을 형성할 수 있다. 상기 활성층(24)은 양자점 구조 또는 다중양자우물 구조(Multi Quantum Well Structure)를 가질 수 있다. 상기 활성층(24)이 다중양자우물 구조를 갖는 경우에, 상기 활성층(24)은 우물층으로서 InGaN층과 장벽층인 GaN층의 다중 구조를 가질 수 있다.
상기 활성층(24) 상에 제2 클래드층(26)을 형성할 수 있다. 상기 제2 클래드층(26)은 제2형 불순물 즉, p형 불순물이 주입된 질화물계 반도체층일 수 있다. 상기 p형 질화물계 반도체층은 GaN층 또는 AlxGa(1-x)N(0≤x≤1)층일 수 있다.
상기 제1 클래드층(22), 상기 활성층(24) 및 상기 제2 클래드층(26)은 MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition) 기술 또는 MBE(Molecular Beam Epitaxy) 기술을 사용하여 형성할 수 있다.
도 1b를 참조하면, 상기 제2 클래드층(26), 상기 활성층(24) 및 제1 클래드층(22)을 차례로 패터닝하여 발광구조체들(S)을 형성할 수 있다.
도 1c를 참조하면, 상기 제2 클래드층(26) 및 상기 활성층(24)의 일부를 식각하여 상기 제1 클래드층(22)의 일부를 노출시킬 수 있다. 이 때, 상기 제1 클래드층(22)의 상부 일부 또한 식각될 수도 있다. 이에 따라, 각 발광 구조체(S)는 차례로 적층된 상기 제1 클래드층(22), 상기 활성층(24) 및 상기 제2 클래드층(26)을 구비하되, 상기 활성층(24) 및 상기 제2 클래드층(26)의 일측에는 상기 제1 클 래드층(22)이 노출될 수 있다.
도 1d를 참조하면, 상기 기판(10) 내에 발광구조체(S)의 일측에 위치하는 제1 개구부(12)와 상기 발광구조체(S)의 타측에 위치하는 제2 개구부(14)를 형성할 수 있다.
상기 개구부들(12, 14)을 형성함으로서 상기 기판(10)의 양측벽은 노출될 수 있다.
도 1e를 참조하면, 상기 제2 클래드층(26) 및 상기 노출된 제1 클래드층(22)을 덮는 스페이서 절연막(30)을 형성할 수 있다. 상기 스페이서 절연막(30)의 일부는 개구부들(12, 14) 내에 형성될 수 있다.
도 1f를 참조하면, 상기 스페이서 절연막(30)을 비등방성 식각(anisotropic etch)하여, 상기 제1 클래드층(22), 상기 활성층(24) 및 상기 제2 클래드층(26)의 측벽상에 절연 스페이서(31)를 형성할 수 있다.
도 1g를 참조하면, 노출된 제2 클래드층(26)의 상부면 상에 전기적으로 접속하고, 상기 기판(10)의 일측벽 상으로 연장하는 제1 전극(42) 및 상기 제1 클래드층(22)의 상부면 상에 전기적으로 접속하고, 상기 기판(10)의 타측벽 상으로 연장하는 제2 전극(44)을 형성할 수 있다.
상기와 같이 형성된 제1 전극(42)은 절연 스페이서(31)에 의해 제1 클래드층(22) 및 활성층(24)과 서로 절연될 수 있으며, 상기 제2 전극(44)은 상기 절연 스페이서(31)에 의해 상기 활성층(24) 및 상기 제2 클래드층(26)과 서로 절연될 수 있다.
상기 제1 및 제2 전극들(42, 44)은 Al 및/또는 Ag을 함유할 수 있다.
상기와 같이 기판(10)의 개구부들(12, 14)을 통해 기판(10) 양측벽상으로 각각 연장하는 전극들(42, 44)은 상기 기판(10)의 하부면 내에 노출될 수 있다. 상기 전극들(42, 44)의 상기 기판(10)의 하부면 내에 노출된 부분들은 다른 외부 소자 예를 들어, 인쇄회로기판과의 연결전극 역할을 할 수 있다.
도 1h를 참조하면, 상기 발광구조체들(S) 및 상기 전극들(42, 44) 상에 봉지층(50)을 형성할 수 있다.
상기 봉지층(50)은 실리콘 고분자(silicone polymer)막, 또는 에폭시 수지(epoxy resin)막일 수 있다.
상기 봉지층(50)이 형성된 기판(10)의 하부면 내에 상기 전극들(42, 44) 과 각각 전기적으로 접속하는 보조전극들(46)을 형성할 수 있다. 상기 보조전극들(46)은 금(Au)을 함유할 수 있다. 상기 보조전극들(46)은 상기 전극들(42, 44)과 추후에 본딩되는 외부 소자와의 접촉면적을 넓게 하여 상기 전극들(42, 44)과 상기 외부 소자와의 연결이 용이할 수 있다.
상기 봉지층(50)은 상기 보조전극(46)을 형성하는 과정에서 상기 발광구조체(S) 및 상기 전극들(42, 44)이 오염되지 않도록 보호하는 역할을 할 수 있다.
도 1i를 참조하면, 상기 스크라이브 레인(SL)을 따라 봉지층(50) 및 기판(10)을 절단한다. 그 결과, 상기 단위 발광다이오드들(UC1)이 서로 분리될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광다이오드를 나타낸 레이아웃도이다. 도 1i에 도시된 발광다이오드의 단면은 도 2의 절단선 I-I'를 따라 취해진 단면에 대응한다.
도 1i 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 단위 발광다이오드(UC1)는 기판(10) 상에 제1 클래드층(22), 활성층(24) 및 제2 클래드층(26)이 차례로 위치하는 발광구조체(S)를 포함한다.
상기 기판(10)은 상기 발광구조체(S)의 일측에 형성된 제1 개구부(12)와 상기 발광구조체(S)의 타측에 형성된 제2 개구부(14)를 구비한다.
상기 발광구조체(S)의 측벽상에는 절연 스페이서(31)가 위치된다.
상기 제1 클래드층(22) 및 상기 제2 클래드층(26) 각각에는 전기적으로 접속하고, 기판(10)의 양측벽상으로 각각 연장된 제1 전극(42) 및 제2 전극(44)이 형성될 수 있다.
상기 절연 스페이서(31) 및 상기 전극들(42, 44)은 상기 개구부들(12, 14) 내로 연장되어 형성될 수 있다.
상기 발광구조체(S) 및 상기 전극들(42, 44) 상에는 봉지층(50)이 형성될 수 있다. 상기 기판(10)의 하부면에는 상기 전극들(42, 44)과 전기적으로 접속하는 보조전극(46)이 구비될 수 있다.
상기와 같이 봉지층(50)을 형성한 후에는 상기 기판(10) 및 봉지층(50)을 스크라이브 레인(SL)을 따라 절단하여 단위 발광다이오드(UC1)를 형성할 수 있다.
도 3a 내지 도 3e는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 발광다이오드의 제조방법을 나타내는 단면도이다. 후술하는 것을 제외하고는 상기 도 1a 내지 1i에서 상술한 발광 다이오드 제조방법과 동일한 방법을 사용하여 발광 다이오드를 제조하였다.
도 3a를 참조하면, 메인기판(10)의 하부면에 보조기판(15)을 접합한다. 상기 보조기판(15)은 상기 메인 기판(10)과 식각 선택비를 갖는 기판일 수 있다. 상기 기판(10) 상에 제1 클래드층(22), 활성층(24) 및 제2 클래드층(26)이 차례로 위치하는 발광구조체들(S)을 형성한다.
상기 제1 클래드층(22)의 일부를 식각하여, 상기 제1 클래드층(22)을 노출시킨다. 이 때, 상기 제1 클래드층(22)의 상부 일부 또한 식각될 수도 있다. 이에 따라, 각 발광 구조체(S)는 차례로 적층된 상기 제1 클래드층(22), 상기 활성층(24) 및 상기 제2 클래드층(26)을 구비하되, 상기 활성층(24) 및 상기 제2 클래드층(26)의 일측에는 상기 제1 클래드층(22)이 노출될 수 있다.
도 3b를 참조하면, 상기 각각의 발광구조체(S) 사이의 공간 상으로 기판(10)을 절단한다. 상기 기판(10)을 절단함으로써 상기 발광구조체(S)가 형성된 기판들(10)의 양측벽은 노출될 수 있다. 상기 메인 기판(10) 절단과정에서 상기 보조기판(15)은 상기 메인 기판(10)에 대해 식각선택비를 가지므로 절단되지 않을 수 있으며, 상기 절단된 각각의 기판들(10)은 상기 보조기판(15)에 의해 분리되지 않을 수 있다.
도 3c를 참조하면, 상기 제2 클래드층(26) 및 상기 노출된 제1 클래드층(22)을 덮는 스페이서 절연막(30)을 형성할 수 있다. 상기 스페이서 절연막(30)의 일부는 상기 노출된 기판들(10)의 양측벽 상에 형성될 수 있다.
상기 스페이서 절연막(30)을 비등방성 식각하여, 상기 제1 클래드층(22), 상기 활성층(24) 및 상기 제2 클래드층(26)의 측벽을 덮는 절연 스페이서(31)를 형성할 수 있다.
상기 노출된 제2 클래드층(26)의 상부면 상에 전기적으로 접속하고, 상기 기판(10)의 일측벽 상으로 연장하는 제1 전극(42) 및 상기 제1 클래드층(22)의 상부면 상에 전기적으로 접속하고, 상기 기판(10)의 타측벽 상으로 연장하는 제2 전극(44)을 형성할 수 있다.
상기와 같이 형성된 제1 전극(42)은 절연 스페이서(31)에 의해 제1 클래드층(22) 및 활성층(24)과 서로 절연될 수 있으며, 상기 제2 전극(44)은 상기 절연 스페이서(31)에 의해 상기 활성층(24) 및 상기 제2 클래드층(26)과 서로 절연될 수 있다.
상기 전극들(42, 44)이 형성된 발광구조체들(S) 상에 봉지층(50)을 형성할 수 있다.
도 3d를 참조하면, 상기 보조기판(15)을 제거한다. 상기 보조기판(15)을 제거한 후에도 상기 단위 발광구조체들(UC1)은 봉지층(50)에 의해 분리되지 않을 수 있다.
상기 기판(10)의 하부면에 상기 전극들(42, 44)과 전기적으로 접속하는 보조전극(46)을 형성할 수 있다.
도 3e를 참조하면, 스크라이브 레인(SL)을 따라 상기 봉지층(50)을 절단한다. 그 결과, 상기 단위 발광다이오드들(UC2)은 분리될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드의 제조방법을 나타내는 레이아웃도이다. 도 3e에 도시된 발광다이오드의 단면은 도 4의 절단선 I-I'를 따라 취해진 단면에 대응한다. 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광다이오드는 후술하는 것을 제외하고는 도 2를 참조하여 설명한 발광다이오드와 유사할 수 있다.
도 3e 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 단위 발광다이오드(UC2)는 도 1i 및 도 2에 따른 단위 발광 다이오드(UC1) 즉, 발광구조체(S)와 기판(10)의 양측벽을 연장하는 절연 스페이서(31) 및 전극들(42, 44)이 기판(10)에 구비된 개구부들(12, 14) 내에 연장되어 형성되는 발광 다이오드(UC1)와는 달리 절연 스페이서(31)를 형성하기 전에 발광구조체들(S) 사이의 기판(10)을 절단하여 노출된 기판(10)의 양측벽에 형성될 수 있다.
상술한 바와 같이 제1 클래드층(22) 및 제2 클래드층(26)과 각각 전기적으로 접속하는 제1 전극(42) 및 제2 전극(44)을 기판(10)의 양측벽을 연장하여 형성함으로써, 기판(10)의 하부면 내에 상기 제1 전극(42) 및 제2 전극(44)이 노출될 수 있고, 표면실장기술(surface mount technology)을 이용하여 상기 기판(10)의 하부면 내에 노출된 상기 전극들(42, 44)을 인쇄회로기판에 직접 실장할 수 있으므로, 패키징 시 와이어 본딩 공정이 생략될 수 있다. 따라서, 공정이 간단해지며, 소요시간을 절약할 수 있다. 또한, 와이어 본딩함으로서 발생되는 문제점을 해결할 수 있으므로 신뢰성이 향상될 수 있으며, 다른 외부 소자와의 연결을 용이하게 할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
도 1a 내지 도 1i는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드의 제조방법을 나타낸 단면도들이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광다이오드를 나타낸 레이아웃도이다.
도 3a 내지 도 3e는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 발광다이오드의 제조방법을 나타내는 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드의 제조방법을 나타내는 레이아웃도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10: 기판 12: 제1 개구부
14: 제2 개구부 22: 제1 클래드층
24: 활성층 26: 제2 클래드층
30: 스페이서 절연막 31: 절연 스페이서
42: 제1 전극 44: 제2 전극
46: 보조 전극 50: 봉지층
Claims (9)
- 기판;상기 기판 상에 차례로 위치하는 제1 클래드층, 활성층 및 제2 클래드층을 구비하는 발광구조체;상기 발광구조체의 측벽상에 위치하는 절연 스페이서;상기 제1 클래드층에 전기적으로 접속하고 상기 기판의 일측벽 상으로 연장된 제1 전극; 및상기 제2 클래드층에 전기적으로 접속하고 상기 기판의 타측벽 상으로 연장된 제2 전극을 포함하는 발광다이오드.
- 제 1 항에 있어서,상기 제1 및 제2 전극들은 Al 또는 Ag을 함유하는 발광다이오드.
- 제 1 항에 있어서,상기 기판은 상기 발광구조체의 일측에 형성된 제1 개구부와 상기 발광구조체의 타측에 형성된 제2 개구부를 구비하고, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극은 상기 제1 개구부 및 상기 제2 개구부 내로 연장된 발광다이오드.
- 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 발광구조체 및 상기 전극들 상에 위치하는 봉지층을 더 포함하는 발광다이오드.
- 기판 상에 차례로 위치하는 제1 클래드층, 활성층 및 제2 클래드층을 구비하는 발광구조체를 형성하는 단계;상기 발광구조체의 측벽상에 절연 스페이서를 형성하는 단계; 및상기 제1 클래드층 및 상기 제2 클래드층에 각각 전기적으로 접속하고, 상기 기판의 양측벽들 상으로 각각 연장하는 제1 전극 및 제2 전극을 형성하는 단계를 포함하는 발광다이오드의 제조방법.
- 제 5 항에 있어서,상기 제1 전극 및 제2 전극 각각에 전기적으로 접속하고, 상기 기판의 하부면에 위치하는 보조전극들을 형성하는 단계를 더 포함하는 발광다이오드의 제조방법.
- 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,상기 절연 스페이서를 형성하기 전에, 상기 기판 내에 발광구조체의 일측에 위치하는 제1 개구부와 상기 발광구조체의 타측에 위치하는 제2 개구부를 형성하는 단계를 더 포함하고,상기 제1 전극과 상기 제2 전극은 상기 제1 개구부 및 상기 제2 개구부 내로 연장된 발광 다이오드의 제조방법.
- 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,상기 절연 스페이서를 형성하기 전에 상기 발광구조체들 사이의 기판을 절단하는 단계를 더 포함하는 발광 다이오드의 제조방법.
- 제 8 항에 있어서,상기 기판을 절단하기 전에 상기 기판의 하부면에 보조기판을 형성하는 단계; 및상기 전극들을 형성한 후 상기 보조기판을 제거하는 단계를 더 포함하는 발광 다이오드의 제조방법.
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