KR101616027B1 - 렌즈가 집적된 발광다이오드 어레이, 이를 이용한 라인 프린터 헤드 및 발광다이오드 어레이의 제조방법 - Google Patents

렌즈가 집적된 발광다이오드 어레이, 이를 이용한 라인 프린터 헤드 및 발광다이오드 어레이의 제조방법 Download PDF

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Abstract

렌즈 집적형 발광다이오드 어레이, 이를 이용한 라인 프린터 헤드 및 발광다이오드 어레이의 제조방법이 개시된다. 개시된 발광다이오드 어레이는 투명기판의 일면에는 복수의 발광다이오드를, 투명기판의 타면에는 복수의 렌즈를 마련하며, 복수의 발광다이오드는 복수의 그룹으로 나누어져 복수의 렌즈에 일대일 대응이 되도록 배치된다.

Description

렌즈가 집적된 발광다이오드 어레이, 이를 이용한 라인 프린터 헤드 및 발광다이오드 어레이의 제조방법{Light emitting diode array integrated with lens, line printer head, and method of fabricating the light emitting diode array}
본 발명은 렌즈가 집적된 발광다이오드 어레이, 이를 이용한 라인 프린터 헤드 및 발광다이오드 어레이의 제조방법에 관한 것이다.
발광다이오드는 PN접합된 화합물 반도체로서 전류를 인가하면 빛을 방출한다. 이러한 발광 다이오드는, 필라멘트를 사용하는 다른 광원들과 달리, 산화, 발열에 의한 단선문제가 없어 수명이 길고, 전력소모가 매우 적은 환경 친화적 소자이다. 또한 발광다이오드는 전류인가와 동시에 응답하는 고속응답 특성을 갖고 있고, 온도, 충격 내구성이 우수하며, 일괄제작공정인 반도체공정으로 제작하므로 소형화 및 집적화가 용이한 장점도 있다.
청색 발광다이오드의 상용화 이후에는 천연색 구현이 가능하게 되어, 발광다이오드는, 과거에 주로 사용된 단순 표시 소자외에, 이동전화, 평판 디스플레이 등의 백라이트 유닛(BackLight Unit; BLU), 옥외 전광판, 자동차의 계기판이나 후미등, 교통신호, 경관조명에도 사용되고 있고, 또한 수질 오염과 혈중 산소 농도를 측정하는 환경 분야와 바이오 분야에까지 널리 이용이 되고 있다. 나아가, 매년 제품 성능의 향상과 원가의 하락으로 발광다이오드의 적용 범위는 점점 더 확대되어, 가정용 형광등의 대체 조명으로까지 넓혀지고 있다. 최근에는 전자 사진 방식의 화상 형성 장치가 고속 고화질화되는 추세에 따라, 기존의 노광장치인 레이저 주사 장치(Laser Scanning Unit; LSU)의 한계를 극복하기 위하여 발광다이오드를 광원으로 하는 라인 프린터 헤드(Line Printer Head; LPH)가 제안되고 있다. 라인 프린터 헤드는 수천 개의 발광다이오드가 수십 μm의 간격으로 배열되고, 각 발광다이오드는 인쇄 화상정보에 따라 광에너지를 변화시켜 발광다이오드로부터 수 mm 이상 거리에 위치한 감광체에 화상정보를 전달하는 장치로, 종래의 라인 프린터 헤드는 이웃하는 발광다이오드 어레이로부터 방출하는 광이 서로 겹치지 않도록 하는 광학계가 추가적으로 배치되었다.
본 발명은, 방출된 광을 평행으로 진행시키거나 먼 거리에 초점이 잡히도록 집광하는 렌즈가 집적됨과 아울러, 광간섭을 억제할 수 있는 발광다이오드 어레이, 이를 이용한 라인 프린터 헤드 및 발광다이오드 어레이의 제조방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따른 발광다이오드 어레이는, 입사면과 출사면을 갖는 투명기판; 투명기판의 입사면에 배치되는 복수의 발광다이오드; 및 투명기판의 출사면에 마련되어 복수의 발광다이오드에서 방출되는 광을 일정 배율로 확대하여 결상시키는 복수의 렌즈;를 포함하며, 복수의 발광다이오드는 각 그룹별로 적어도 2개 이상 배치되는 복수의 그룹으로 나뉘어지며, 복수의 렌즈는 복수의 발광다이오드의 복수의 그룹에 일대일 대응된다.
복수의 발광다이오드는 일렬로 배열될 수 있다.
복수의 발광다이오드는 복수열로 배열될 수 있다. 이 경우, 복수의 발광다이오드는 각 그룹내에서 서로 다른 열들끼리는 서로 엇갈리면서 배열될 수 있다.
복수의 발광다이오드의 각 그룹은 등간격으로 일렬로 배열될 수 있다.
복수의 발광다이오드의 각 그룹간의 배열간격은 복수의 발광다이오드의 각 그룹 내의 배열간격보다 클 수 있다.
복수의 렌즈는 복수의 발광다이오드의 그룹 배열 방향으로 일렬로 배열될 수 있다.
복수의 발광다이오드와 복수의 렌즈는, 복수의 발광다이오드에서 방출되는 상면에 맺히는 광빔의 스폿이 복수의 발광다이오드의 배열 방향으로 등간격이 되도록 배치될 수 있다.
복수의 발광다이오드의 인접한 그룹들 사이에는 간섭차단부가 마련될 수 있다. 이러한 간섭차단부는 투명기판의 입사면에 파인 홈일 수 있다. 홈에는 광흡수물질이 채워질 수 있다.
투명기판의 입사면에서 복수의 발광다이오드가 접합 영역을 제외한 영역은 반사막으로 덮힐 수 있다.
복수의 발광다이오드는 성장기판 상에서 성장된 후 성장기판에서 분리되어 투명기판과 기판접합된 화합물 반도체일 수 있다.
복수의 발광다이오드 각각은, 투명기판과 기판 접합된 제1 도전형 화합물 반도체층; 제1 도전형 화합물 반도체 상에 마련된 활성층; 및 활성층 상에 마련된 제2 도전형 화합물 반도체층;을 포함할 수 있다.
복수의 발광다이오드 각각은 제1 도전형 화합물 반도체층의 일부 영역에 마련된 제1 전극층; 및 제2 도전형 화합물 반도체층 상에 마련된 제2 전극층;을 포함하며, 제2 전극층은 제1 전극층이 마련된 영역을 제외한 나머지 영역을 덮으며, 제2 전극층이 덮는 영역 중 제2 전극층이 제2 도전형 화합물 반도체층과 접하는 영역을 제외한 영역은 절연층이 개재될 수 있다.
제2 도전형 화합물 반도체층에는 반사층이 개재될 수 있다.
복수의 발광다이오드 각각은 절두형 피라미드형상을 가질 수 있다.
투명기판의 입사면에는 배선회로가 마련되며, 복수의 발광다이오드는 배선회 로에 플립칩본딩하여 접합될 수 있다.
렌즈는, 투명기판의 표면이 곡면으로 형성되어 굴절력을 가질 수 있다.
렌즈는, 투명기판에 부착된 폴리머층에 성형된 렌즈일 수 있다.
복수의 렌즈는, 투명기판이 위치에 따라 불순물 농도가 다르게 형성되어 굴절력을 가질 수도 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 라인 프린터 헤드는, 피노광체를 주주사방향으로 노광시키기 위한 라인 프린터 헤드로서, 전술한 발광다이오드 어레이를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 전자 사진 방식의 화상 형성 장치는, 감광체; 감광체의 피주사면에 광을 주사하여 정전잠상을 형성하는 것으로서, 전술한 라인 프린터 헤드; 및 감광체에 형성된 정전잠상에 토너를 공급하여 현상시키는 현상 장치;를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 발광다이오드 어레이의 제조 방법은, 성장기판상에 발광다이오드층을 형성하는 발광다이오드층 형성 단계; 투명기판의 일면에 복수의 렌즈를 형성하는 렌즈 형성 단계; 투명기판에 타면에 발광다이오드층을 복수의 렌즈에 일대일 대응되는 복수의 그룹별로 옮기는 이전(transferring) 단계; 및 발광다이오드층을 각 그룹별로 적어도 2개씩의 개별적인 발광다이오드로 식각하고 전극층을 형성하는 개별 발광 다이오드 형성 단계;를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 발광다이오드 어레이의 제조 방법은, 성장기판상에 발광다이오드층을 형성하는 발광다이오드층 형성 단계; 투명기판에 일면에 발광다이오드층을 복수의 그룹별로 옮기는 이전(transferring) 단계; 발광다이오드층을 각 그룹별로 적어도 2개씩의 개별적인 발광다이오드를 포함하도록 식각하고 전극층을 형성하는 개별 발광 다이오드 형성 단계; 및 투명기판의 타면에 복수의 렌즈를 발광다이오드층의 복수의 그룹에 일대일 대응되도록 형성하는 렌즈 형성 단계;를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 발광다이오드 어레이의 제조 방법은, 성장기판상에 복수의 발광다이오드를 형성하는 발광다이오드 형성 단계; 투명기판의 일면에 복수의 렌즈를 형성하고 투명기판의 타면에는 배선 회로를 형성하는 투명기판 준비 단계; 성장기판상에 형성된 복수의 발광다이오드를 복수의 렌즈에 일대일 대응되도록 그룹별로 나누어 투명기판상의 배선 회로에 플립칩 본딩하여 접합하는 이전(transferring) 단계;를 포함할 수 있다.
발광다이오드층의 이전 단계는, 성장기판상에 형성된 발광다이오드층을 투명기판상에 기판 접합함으로써 이루어질 수 있다.
발광다이오드층의 이전 단계는, 성장기판상에 형성된 발광다이오드층의 상부면을 투명기판에 기판접합시키는 접합 단계; 및 성장기판을 발광다이오드층으로부터 제거시키는 제거 단계;를 포함할 수 있다.
발광다이오드층 형성 단계는 성장기판과 발광다이오드층 사이에 분리층을 형성하는 단계;를 더 포함하며, 제거 단계는 분리층을 선택적으로 식각하여 성장기판을 발광다이오드층으로부터 분리하는 단계일 수 있다.
제거 단계는 성장기판 전체를 발광다이오드층으로부터 선택적으로 식각하여 제거하는 단계일 수 있다.
발광다이오드층 형성 단계는 성장기판과 발광다이오드층 사이에 식각저지층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
접합 단계는 투명기판과 발광다이오드층은 SOG(Spin On Glass)로 접합하여 이루어질 수 있다.
발광다이오드층의 이전 단계는, 발광다이오드층이 형성된 기판을 발광다이오드층의 그룹 단위로 절단한 후 이루어질 수 있다.
투명기판의 면적은 성장기판의 면적보다 넓을 수 있다.
복수의 렌즈는 용융성형 방법, 포토리소그래피 방법, 임프린트 방법, 또는 불순물 확산 방법으로 형성할 수 있다.
복수의 렌즈는, 투명기판에 폴리머층을 마련하고, 폴리머층을 성형하여 형성할 수 있다.
투명기판의 복수의 렌즈들 사이에는 간섭차단부를 형성하는 단계가 더 포함될 수 있다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하면서 본 발명에 따른 렌즈가 집적된 발광다이오드 어레이, 이를 이용한 라인 프린터 헤드 및 발광다이오드 어레이의 제조방법의 실시예들에 관하여 상세히 설명하기로 한다. 아래에 예시되는 실시예는 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니며, 본 발명을 이 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 충분히 설명하기 위해 제공되는 것이다. 이하의 도면들에서 동일한 참조부호 는 동일한 구성요소를 지칭하며, 도면상에서 각 구성요소의 크기는 설명의 명료성과 편의상 과장되어 있을 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광다이오드 어레이를 도시하는 부분단면 사시도이며, 도 2는 도 1의 발광다이오드 어레이의 측단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 실시예의 발광다이오드 어레이는, 투명기판(110)과, 투명기판(110)의 입사면(110a)에 마련된 복수의 발광다이오드(130)와, 투명기판(110)의 출사면(110b)에 마련된 두 개의 렌즈(180)를 포함한다.
투명기판(110)은 발광다이오드(130)에서 발생하는 광에 대해 실질적으로 투명한 재질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 발광다이오드(130)에서 발생하는 광이 적색광인 경우, 투명기판(110)은 적색광에 대해 투명한 재질인 글래스, 사파이어, GaP, 플라스틱 등의 재질로 형성될 수 있다.
투명기판(110)은, 입사면(110a)과 출사면(110b)이 평평하면서 서로 평행한 평판형일 수 있다. 경우에 따라서, 입사면(110a)과 출사면(110b)이 서로 경사질 수 있으며, 입사면(110a)과 출사면(110b)은 원형 등의 형상으로 형성될 수도 있을 것이다. 예를 들어, 발광다이오드 어레이가 후술하는 라인 프린터 헤드로 사용되는 경우, 투명기판(110)은 길다란 직육면체의 막대(bar)형상일 수 있다.
복수의 발광다이오드(130)는 투명기판(110)의 입사면(110a)에 마련된다. 복수의 발광다이오드(130)의 개별 구성은 도 3을 참조하여 설명한다. 도 3은 도 2의 A영역을 확대한 도면으로 발광다이오드의 개별 구성의 일례를 도시한다. 도 3을 참조하면, 복수의 발광다이오드(130)의 각각은 투명기판(110)과 기판 접합된 제1 도 전형 화합물 반도체층(131)과, 제1 도전형 화합물 반도체(131) 상에 마련된 활성층(133)과, 활성층(133) 상에 마련된 제2 도전형 화합물 반도체층(135)과, 제1 도전형 화합물 반도체층(131)의 일부 영역에 마련된 제1 전극층(138)과, 제2 도전형 화합물 반도체층(135) 상에 마련된 제2 전극층(137)을 포함한다. 제1 및 제2 전극층(138, 137)은 제1 및 제2 도전형 화합물 반도체층(131, 135)과 각각 오믹접촉되어 전자나 정공을 공급해 주는 층으로, 도전성이 좋은 금속 재질로 형성될 수 있다. 예를 들면, 제1 및 제2 전극층(138, 137)은 Au, Ni, Ti, Al 등의 단일 물질층 또는 이들의 이중층 구조로 형성될 수 있다. 만일 투명기판(110)이 GaP과 같은 도전성을 가지는 재질로 형성된 경우라면, 제1 전극층(138)을 대신하여 투명기판(110) 자체가 제1 도전형 화합물 반도체층(131)에 대한 전극으로 기능할 수 있을 것이다. 제2 전극층(137)은 제2 도전형 화합물 반도체층(135)의 상부를 덮음으로써, 활성층(133)에서 방출된 광에 대한 반사층으로 기능할 수도 있다.
제1 도전형 화합물 반도체층(131), 활성층(133) 및 제2 도전형 화합물 반도체층(135)은 결정성장(epitaxy)하여 형성되는 에피탁시층이다. 제1 도전형 화합물 반도체층(131)은 예를 들어 N-도핑된 화합물 반도체로 형성될 수 있으며, 제2 도전형 화합물 반도체층(135)은 예를 들어 P-도핑된 화합물 반도체로 형성될 수 있으며, 또는 그 반대로 형성될 수 있다. 한편, 활성층(133)은 P-도핑, N-도핑, 또는 도핑되지 않은 화합물 반도체로 형성될 수 있으며, 단일 양자 우물 구조 또는 다중 양자 우물 구조를 가질 수 있다. 제1 및 제2 도전형 화합물 반도체층(131, 135)에서 공급된 정공 및 전자는 활성층(133)에서 재결합되어 광이 방출된다.
이러한 에피탁시층은, 적층되는 화합물 반도체의 에너지 밴드 갭에 따라 방출되는 광의 파장이 결정되며, 이러한 화합물 반도체는 격자정합(lattice matching)의 문제로 기판선택이 제한적이다. 가령, 적색 계열의 광을 방출하는 화합물 반도체는 GaAs 기판에서 결정성장하는 것이 일반적인데, GaAs 기판은 적색 파장의 광에 대해 불투명하다. 본 실시예에서의 에피탁시층은 이러한 GaAs 기판에서 결정성장하여, 적색 계열의 광을 방출하는 화합물 반도체일 수 있으며, 예를 들어 GaAsP, AlGaAs, InGaP, 또는 InGaAlP계 화합물 반도체일 수 있다. 후술하는 바와 같이 에피탁시층을 성장시킨 후 GaAs 기판은 제거된다.
다시 도 1 및 도 2를 참조하면, 복수의 발광다이오드(130)는 두 개의 그룹(130A, 130B)으로 나뉘어져 투명기판(110)의 배치된다. 이러한 복수의 발광다이오드(130)의 두 개 그룹(130A, 130B)은, (분할된) 웨이퍼 단위로 투명기판(110)에 기판접합되거나 플립칩 본딩되어 형성될 수 있다. 복수의 발광다이오드(130)이 두 개의 그룹(130A, 130B)으로 나누어진 배치구성은 설명을 위한 예일 뿐이고, 당해 분야의 당업자는 보다 많은 수의 그룹으로 분리된 배치구성으로 확장할 수 있을 것이다. 복수의 발광다이오드가 3개 이상의 그룹으로 분리된 경우, 각 그룹들은 등간격으로 일렬로 배열될 수 있으며, 이에 상응되는 렌즈의 배열은 도 13에서 볼 수 있다.
각 그룹(130A, 130B)은 적어도 2개 이상의 발광다이오드(130)를 포함한다. 이러한 복수의 발광다이오드(130)은 각 그룹(130A, 130B) 내에서 2열로 배열된다. 이때, 각 그룹(130A, 130B)내의 이웃하는 열의 복수의 발광다이오드(130)은 배열되 는 방향에서 볼 때 서로 엇갈리면서 배치되도록 배열될 수 있다. 이와 같이 배치함으로써, 발광 다이오드 어레이의 측면에서 볼 때, 복수의 발광다이오드(130)의 배치가 조밀하게 된다.
복수의 발광다이오드(130)는 각 그룹(130A, 130B) 내에서 일렬 또는 3열 이상의 복수열로 배열될 수도 있다. 만일 복수의 발광다이오드(130)가 3열 이상의 복수열로 배열될 경우, 각 그룹(130A, 130B)내의 서로 다른 열의 복수의 발광다이오드(130)는 배열되는 방향에서 볼 때 서로 엇갈리면서 배치되도록 배열될 수 있다.
복수의 발광다이오드(130)의 그룹(130A, 130B)간의 배열간격은 복수의 발광다이오드(130)의 각 그룹(130A, 130B)내에서의 배열간격보다 클 수 있다. 이와 같이 복수의 발광다이오드(130)의 그룹(130A, 130B)간의 배열간격을 크게 함으로써, 이웃하는 그룹(130A, 130B)에서 방출되는 광빔이 간섭되지 않도록 할 수 있다.
2개의 렌즈(180A, 180B)는 복수의 발광다이오드(130)의 두 개의 그룹(130A, 130B)에 일대일 대응되며, 복수의 발광다이오드(130)에서 방출되는 광을 소정의 상면(image plane)(도 4의 199)에 일정 배율로 확대하여 결상시킨다. 2개의 렌즈(180A, 180B)는, 용융성형 방법, 포토리소그래피 방법, 또는 임프린트 방법 등의 방법 투명기판(110)의 출사면(110b)에 직접 형성될 수 있다.
두 개의 렌즈(180A, 180B)는, 복수의 발광다이오드(130)에서 방출되는 상면에 맺히는 광빔의 스폿이 상기 복수의 발광다이오드의 배열 방향으로 등간격이 되도록 배치, 설계된다. 이러한 두 개의 렌즈(180A, 180B)로 이루어진 배치구성은 설명을 위한 예일 뿐이고, 당해 분야의 당업자는 보다 많은 수의 렌즈들이 배치된 구 성으로 확장할 수 있을 것이다. 만일, 렌즈(180A, 180B)가 3개 이상 마련된 경우, 도 13에 도시되듯이, 복수의 렌즈(180A, 180B)는 일렬로 배열될 수 있다. 이때 복수의 발광다이오드(130)의 그룹(130A, 130B)의 배열 방향은 복수의 렌즈(180A, 180B)의 배열방향과 같게 될 것이다.
본 실시예의 발광 다이오드 어레이는, 두 개의 렌즈(180A, 180B) 각각이 각 그룹(130A, 130B) 내의 복수의 발광다이오드(130)에서 방출되는 광을 소정 배율로 확대시킴으로써, 광빔이 투명 기판(110)을 진행하면서 발생될 수 있는 그룹(130A, 130B)내의 크로스토크(crosstalk)를 억제할 수 있다. 또한, 본 실시예의 발광 다이오드 어레이는, 복수의 발광다이오드(130)의 그룹(130A, 130B)들을 충분히 이격시킴으로써, 그룹(130A, 130B)간의 크로스토크를 억제할 수 있다. 나아가, 본 실시예의 발광 다이오드 어레이는, 투명 기판(110)에 두 개의 렌즈(180A, 180B)를 마련함으로써, 별도의 추가적인 광학부재없이 집속된 광을 방출할 수 있으므로, 응용기기에서 광학적 구성을 단순하게 할 수 있으며, 소형화할 수 있다. 또한, 투명기판(110)에 렌즈(180A, 180B)를 마련함으로써, 렌즈(180A, 180B)와 복수의 발광다이오드(130)사이의 거리가 매우 가깝고 균일하게 구성할 수 있으므로, 광추출 효율을 높이면서 균일성을 유지할 수 있다.
또한, 투명기판(110)의 입사면(도 1의 110a)에서 복수의 발광다이오드(130)가 마련되지 아니한 나머지 영역은 (미도시된) 반사막으로 덮여있을 수 있다. 이러한 반사막은, 복수의 발광다이오드(130)에서 방출된 광이 투명기판(110)의 출사면(110b)쪽으로 향하도록 하여, 광추출효율을 향상시킨다.
다음으로, 도 4를 참조하여, 본 실시예의 발광다이오드 어레이의 동작을 설명하기로 한다.
도 4를 참조하면, 각 렌즈(180A, 180B)에 대응되는 복수의 발광다이오드(130)의 그룹(130A, 130B)들은 거리 D만큼 이격되어 있다.
두 개의 렌즈(180A, 180B)는 발광점(E1, E2, E3; E1', E2', E3')에서 방출되는 광빔(L1, L2, L3; L1', L2', L3')이 소정의 상면(199)에서 일정 배율로 확대되어 결상되도록 한다. 상면(199)은 예를 들어, 후술하는 바와 같이 감광매체(도 13의 930)의 피주사면일 수 있다. 두 개의 렌즈(180A, 180B)는 발광점(E1, E2, E3; E1', E2', E3')에서 방출되는 광빔(L1, L2, L3; L1', L2', L3')을 확대하므로, 발광점(E1, E2, E3; E1', E2', E3')들 사이의 간격보다, 상면(199)에 맺히는 스폿(S1, S2, S3; S1', S2', S3')의 간격을 크게 할 수 있다. 이와 같이 발광점(E1, E2, E3; E1', E2', E3')들 사이의 간격보다 스폿(S1, S2, S3; S1', S2', S3')의 간격이 크게 됨으로써, 각 그룹(130A, 130B) 내의 발광점(E1, E2, E3; E1', E2', E3') 사이의 크로스토크를 저감시킬 수 있다.
또한, 두 개의 렌즈(180A, 180B)의 굴절력을 적절히 설계함으로써, 스폿(S1, S2, S3; S1', S2', S3')의 간격을 충분히 확보하면서, 발광점(E1, E2, E3; E1', E2', E3')의 간격을 조밀하게 할 수 있다. 가령, 본 실시예의 발광다이오드 어레이가 화상형성장치의 라인 프린터 헤드로 사용되는 경우, 요구되는 해상도에 대응하여 스폿(S1, S2, S3; S1', S2', S3')의 간격을 충분히 확보하면서, 각 그룹(130A,130B)이 차지하는 면적을 작게할 수 있다. 이와 같이 복수의 발광다이오드 의 두 개의 그룹(130A, 130B)이 차지하는 면적을 작게 하면, 두 개의 그룹(130A, 130B)간의 간격 D를 크게 할 수 있다. 이러한 거리 D를 충분히 확보함으로써, 일 그룹(130A)내의 발광점(E1, E2, E3)에서 방출되는 광빔(L1, L2, L3)와 다른 그룹(130B)내의 발광점(E1', E2', E3')에서 방출되는 광빔(L1', L2', L3')이 서로 간섭되지 않도록 할 수 있다. 또한, 복수의 발광다이오드의 두 개의 그룹(130A, 130B)이 차지하는 면적을 작게하게 되면, 이들 그룹(130A, 130B)에 할당되는 발광다이오드의 (분할된) 웨이퍼의 크기를 작게 하여, 발광다이오드 어레이의 제조비용을 절감시킬 수 있게 된다.
5a 내지 도 5c는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광다이오드 어레이에 채용되는 발광다이오드 소자의 변형례들을 도시한다.
도 5a는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광다이오드 어레이에 채용되는 발광다이오드 소자의 일 변형예를 도시한다.
도 5a를 참조하면, 본 변형예의 발광다이오드(130′)는, 투명기판(110)과 기판 접합된 제1 도전형 화합물 반도체층(131)과, 제1 도전형 화합물 반도체층(131) 상에 마련된 활성층(133)과, 활성층(133) 상에 마련된 제2 도전형 화합물 반도체층(135)과, 제2 도전형 화합물 반도체층(135)에 개재된 반사층(136)과, 제1 도전형 화합물 반도체층(131)의 일부 영역에 마련된 제1 전극층(138)과, 제2 도전형 화합물 반도체층(135)에 마련된 제2 전극층(137)을 포함한다. 본 실시예의 발광다이오드(130′)는 제2 도전형 화합물 반도체층(135) 내에 반사층(136)이 더 마련된다는 점을 제외하고는 전술한 실시예의 발광다이오드(도 3의 130)와 실질적으로 동일하 다.
반사층(136)은 활성층(133)에서 등방적으로 방출되는 광 중에서 상방을 향하는 광을 투명기판(110) 쪽으로 반사시켜, 광추출효율을 향상시킨다. 반사층(136)은 예를 들어, 서로 다른 굴절율을 가진 물질이 교번하여 적층된 DBR(distributed Bragg reflector)층일 수 있다. DBR층은 당해 분야에 잘 알려져 있으므로 상세한 설명은 생략한다. 도 2는 반사층(136)이 제2 도전형 화합물 반도체층(135) 내부에 삽입된 경우를 도시하고 있으나, 이에 한정되지 않으며, 제2 도전형 화합물 반도체층(135)의 상면에 마련될 수도 있다.
도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광다이오드 어레이에 채용되는 발광다이오드 소자의 다른 변형예를 도시한다.
도 5b를 참조하면, 본 변형예의 발광다이오드(230)는, 투명기판(110)과 기판 접합된 제1 도전형 화합물 반도체층(231)과, 제1 도전형 화합물 반도체(231) 상에 마련된 활성층(233)과, 활성층(233) 상에 마련된 제2 도전형 화합물 반도체층(235)과, 제1 도전형 화합물 반도체층(231)의 일부 영역에 마련된 제1 전극층(138)과, 제2 도전형 화합물 반도체층 상에 마련된 제2 전극층(137)을 포함한다.
발광다이오드(230)은 절두형 피라미드 형상의 경사면(230a)을 가진다. 이러한 경사면(230a)은 활성층(233)에서 방출된 광을 투명기판(110)으로 반사시켜, 광추출효율을 향상시킨다. 본 실시예는 발광다이오드(230)이 절두형 피라미드 형상으로 가공한 예를 설명하고 있으나, 이에 한정되지 아니하며, 광추출효율을 향상시키기 위한 다양한 형상이 채용될 수 있다. 본 실시예의 발광다이오드는 절두형 피라 미드 형상을 가진다는 점을 제외하고는 도 1을 참조하여 전술한 실시예와 실질적으로 동일하다.
도 5c는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광다이오드 어레이에 채용되는 발광다이오드 소자의 또 다른 변형예를 도시한다.
도 5c를 참조하면, 본 변형예의 발광다이오드(230′)는, 투명기판(110)과 기판 접합된 제1 도전형 화합물 반도체층(231)과, 제1 도전형 화합물 반도체(231) 상에 마련된 활성층(233)과, 활성층(233) 상에 마련된 제2 도전형 화합물 반도체층(235)과, 제1 도전형 화합물 반도체층(231)의 일부 영역에 마련된 제1 전극층(138)과, 제1 전극층(138)이 마련된 영역을 제외한 나머지 영역을 실질적으로 덮는 제2 전극층(237)과, 제2 전극층(237)이 덮는 영역 중 제2 전극층(237)이 제2 도전형 화합물 반도체층(235)과 접하는 영역을 제외한 영역에 개재된 절연층(239)을 포함한다. 절연층(239)은 SiO2등의 절연성 물질로 형성될 수 있다. 본 실시예의 발광다이오드(230′)는 졀연층(239)이 마련되고, 제2 전극층(237)이 제1 전극층(138)이 마련된 영역을 제외한 나머지 영역을 실질적으로 덮는다는 점을 제외하고는 도 3을 참조하여 전술한 실시예와 실질적으로 동일하다.
제2 전극층(237)이 제1 전극층(138)이 마련된 영역을 제외한 나머지 영역을 실질적으로 덮음으로써, 활성층(233)에서 방출된 광은 제2 전극층(237)에서 반사되어 투명기판(110) 쪽으로 향하게 되므로, 광추출효율이 향상된다. 이를 위해 제2 전극층(237)은 반사특성이 좋은 금속으로 형성될 수 있으며, 광이 투과되지 못하도 록 충분히 두텁게 형성될 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광다이오드 어레이에 채용되는 발광다이오드의 다른 예를 도시한다.
도 6을 참조하면, 본 예의 발광다이오드(330)는, 투명기판(110)에 플립칩 본딩되는 것으로서, 성장 기판(331)상에 결정성장된 제1 도전형 화합물 반도체층(332)과, 제1 도전형 화합물 반도체층(332) 상에 마련된 활성층(333)과, 활성층(333) 상에 마련된 제2 도전형 화합물 반도체층(335)과, 제1 도전형 화합물 반도체층(332)의 일부 영역에 마련된 제1 전극층(337)과, 제2 도전형 화합물 반도체층(335)에 마련된 제2 전극층(336)을 포함한다. 한편, 투명기판(110)상에는 발광다이오드(330)의 플립칩 본딩을 위한 배선회로(115,116)가 마련될 수 있다. 참조번호 338, 339는 플립칩 본딩을 위한 솔더(solder)를 나타낸다. 도 6은 플립칩 본딩된 부분만을 명료하게 설명하기 위한 것으로, 플립칩 본딩이 되지 않는 부분인 활성층(333) 영역에서 투명기판(110)쪽으로의 광경로 부분은 도시되지 않았다. 또한, 도 6은 개별 발광다이오드 소자 하나의 플립칩 본딩을 도시하고 있으나, 이러한 플립칩 본딩은, (분할된) 웨이퍼 단위에서 복수의 발광다이오드(330)에 대해 이루어질 수 있다.
본 실시예의 발광다이오드(330)는 투명기판(110)에 플립칩 본딩하기에, 발광다이오드(330)의 에피탁시 성장을 위한 GaAs와 같은 성장기판을 제거할 필요가 없어, 공정상의 이점이 있다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광다이오드 어레이를 도시한다.
도 7을 참조하면, 본 실시예의 발광다이오드 어레이는, 투명기판(110')과, 투명기판(110')의 입사면(110'a)에 마련된 복수의 발광다이오드(130) 및 간섭차단부(190)와, 투명기판(110')의 출사면(110'b)에 마련된 두 개의 렌즈(180A,180B)를 포함한다.
투명기판(110'), 복수의 발광다이오드(130), 두 개의 렌즈(180A,180B) 자체는 도 1 내지 도 4를 참조하여 설명한 실시예에서의 구성과 실질적으로 동일하며, 본 실시예의 발광다이오드 어레이는 간섭차단부(190)를 더 포함하고 있다는 점에 차이가 있다.
간섭차단부(190)는 투명기판(110')의 입사면(110'a)에 마련되며, 복수의 발광다이오드(130)의 두 그룹(130A, 130B) 사이에 위치한다. 이러한 간섭차단부(190)는 투명기판(110')의 입사면(110'a)에 홈을 파서 형성할 수 있으며, 나아가 홈에 광차단물질을 채울 수도 있다. 광차단물질은 예를 들어, 광을 흡수하는 블랙 물질일 수 있다. 간섭차단부(190)는 이웃하는 그룹(130A, 130B)에서 방출되는 광에 의한 간섭(crosstalk)를 제거시킬 수 있다.
본 실시예는 간섭차단부(190)가 투명기판(110')의 입사면(110'a)에 마련된 경우를 예로 들어 설명하고 있으나, 투명기판(110')의 출사면(110'b)에 마련될 수도 있다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광다이오드 어레이를 도시한다.
도 8을 참조하면, 본 실시예의 발광다이오드 어레이는, 투명기판(210)과, 투명기판(210)의 입사면(210a)에 마련된 복수의 발광다이오드(130)와, 투명기판(210) 의 출사면(210b)에 마련된 렌즈층(280)을 포함한다.
투명기판(210)는, 복수의 발광다이오드(130)에서 발생하는 광에 대해 실질적으로 투명한 재질로 형성될 수 있으며, 예를 들어, 글래스, 사파이어, GaP 또는 플라스틱과 같은 재질로 형성될 수 있다. 렌즈층(280)은 렌즈(280A, 280B)가 형성되기 용이한 폴리머 등으로 형성될 수 있다. 가령, 저온 공정이 가능한 폴리머로 렌즈층(280)을 형성하는 경우, 투명기판(210)이 복수의 발광다이오드(120)와 기판 접합한 뒤에 임프린트 공정으로 렌즈(280A, 280B)를 성형할 수 있다.
본 실시예의 발광다이오드는 투명기판(210)이 별도의 렌즈층(380)을 갖는다는 점을 제외하고는 도 1 내지 도 4를 참조하여 전술한 실시예와 실질적으로 동일하다.
전술한 실시예들에서는 투명기판 자체의 표면이나 별도의 렌즈층의 표면을 곡면으로 성형하여 굴절력을 갖게 하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 도시되지 아니하였으나, 평판형 투명 기판상의 불순물을 확산시켜 굴절률을 국소적으로 변조시킴으로써, 평판형의 투명 기판 자체가 굴절력을 갖게 할 수 있다. 이러한 렌즈 자체는 당해 분야에 잘 알려져 있으므로, 상세한 설명은 생략하기로 한다.
다음으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 발광다이오드의 제조방법을 설명한다.
도 9a 내지 도 9f는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광다이오드 어레이의 제조방법을 도시한다.
도 9a에 도시되듯이, 성장기판(510) 상에서 에피탁시층(530)을 성장시킨다. 에피탁시층(530)은 제2 도전형 화합물 반도체(540), 활성층(550), 제1 도전형 화합물 반도체(560)를 순차적으로 적층하여 형성한다. 성장기판(510)은 에피탁시층을 형성할 수 있는 결정성 기판으로, 예를 들어, GaAs, GaP 웨이퍼 등이 있다. 에피탁시층(530)은 유기금속 화학 기상증착법(Metal Organic Chemical Vapor Deposition; MOCVD), MBE(Molecular Beam Epitaxy) 또는 MOMBE(Metal Organic Molecular Beam Epitaxy) 등 화합물 반도체 에피탁시 장비를 이용하여 성장시킬 수 있다.
에피탁시층(530)을 성장시키기에 앞서, 성장기판(510) 상에 분리층(520)을 형성할 수 있다. 분리층(520)은 에피탁시층(530)에 대해 식각선택비가 높은 물질, 예를 들어 AlAs로 형성할 수 있다. 이러한 분리층(520)은 후술하는 바와 같이, 성장기판(510)과 에피탁시층(530)을 분리시키기 위한 층으로, 희생층이나 식각저지층으로 기능할 수 있다.
다음으로, 9b에 도시되듯이, 에피탁시층(530)이 성장된 성장기판(510)을 웨이퍼 단위에서 복수로 절단하여, 분할된 웨이퍼(500A,500B)를 마련한다. 분할된 웨이퍼(500A,500B)의 사이즈는, 렌즈(도 9d의 680A, 680B)의 배율이나 렌즈(680A, 680B)의 배치간격등을 고려하여 결정될 수 있다.
또한, 도 9c에 도시되듯이, 렌즈(680A, 680B)가 일면(610a)에 형성된 투명기판(610)을 마련한다. 투명기판(610)은 예를 들어, 글래스, 플라스틱, 폴리머로 형성할 수 있다. 렌즈(680A, 680B)는 예를 들어, 용융성형하는 방법으로 형성할 수 있다. 또는 포토리소그래피(photolithography) 방법을 이용하여 형성하거나, 임프린팅(imprinting) 방법으로 투명기판(610)에 렌즈(680A, 680B)를 형성할 수 있다. 도 9c는 렌즈(680A, 680B)가 투명기판(610)의 일면이 소정 곡률을 갖는 렌즈면으로 가공함으로써 형성된 경우를 도시하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 투명기판(610)에 불순물을 확산시켜 굴절률을 국소적으로 변조시킴으로써 평판형 렌즈를 형성할 수도 있다.
다음으로, 도 9d에 도시되듯이, 분할된 웨이퍼(500A,500B)의 에피탁시층(530)이 형성된 면과 투명기판(610)의 렌즈(680A, 680B)가 형성된 면(610a)의 이면(610b)을 기판 접합한다. 분할된 웨이퍼(500A,500B)는 투명기판(610)의 렌즈(680A, 680B)와 일대일 대응이 되도록 위치시킨다. 기판 접합은 예를 들어, 열과 압력을 이용하여 이루어질 수 있다. 투명기판(610)의 렌즈(680A, 680B)가 형성된 면(610a)의 이면(610b)이나, 에피탁시층(530)의 상면에는 SOG(Spin On Glass)를 도포하여 기판 접합을 용이하게 할 수도 있다.
다음으로, 도 9e에 도시되듯이, 성장기판(510)을 에피탁시층(530)과 분리시킨다. 예를 들어, 성장기판(510)과 분리층(도 9a의 520)의 식각 선택비의 차이를 이용하여 성장기판(510) 전체를 선택적으로 식각함으로써, 성장기판(510)을 제거할 수 있다. 또는 분리층(520)과 나머지 층들과의 식각 선택비의 차이를 이용하여 분리층(520)을 제거함으로써, 성장기판(510)을 에피탁시층(630)으로부터 분리할 수 있다. 이와 같이 성장기판(510)을 제거함으로써, 투명기판(610) 상에는 기판 접합된 에피탁시층(530)만이 남게 된다.
다음으로, 도 9f에 도시한 바와 같이, 에피탁시층(530)에 포토리소그래피 공정과 금속 패터닝 공정을 수행하여, 에피탁시층(530)를 식각하고 전극층을 형성함 으로써, 3에 도시된 구조와 같은 개별 발광다이오드(530')를 형성한다. 개별 형성된 개별 발광다이오드(530')는 제조단계에서 분할된 웨이퍼의 단위로 그룹지어 있으며, 각 그룹별로 조밀하게 형성될 수 있다.
도 10a 내지 도 10d는 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광다이오드 어레이의 제조방법을 도시한다.
본 실시예의 제조방법은 도 9a 내지 도 9f에서 설명한 실시예의 제조방법과 렌즈의 형성 순서를 달리하는 것을 제외하고는 실질적으로 동일하다.
즉, 도 9a 및 도 9b를 참조하여 설명한 바와 같이 먼저 성장기판(510) 상에 형성한 에피탁시층(530)을 갖는 분할된 웨이퍼(500A, 500B)를 준비한다.
다음으로, 도 10a에 도시된 바와 같이, 평판형 투명기판(610')을 마련하고, 분할된 웨이퍼(500A, 500B)를 투명기판(610')의 일면(610'b)에 소정 간격으로 기판접합시킨다. 투명기판(610')은 예를 들어, 글래스, 플라스틱, 폴리머로 형성할 수 있다.
다음으로, 도 10b에 도시되듯이, 성장기판(510)을 성장기판(510)을 에피탁시층(530)과 분리시켜, 투명기판(610')의 일면(610'b)에는 기판 접합된 에피탁시층(530)만 남긴다.
다음으로, 도 10c에 도시한 바와 같이, 에피탁시층(530)에 포토리소그래피 공정과 금속 패터닝 공정을 수행하여, 에피탁시층(530)를 식각하고 전극층을 형성함으로써, 3에 도시된 구조와 같은 개별 발광다이오드(530')를 형성한다. 개별 형성된 개별 발광다이오드(530')는 제조단계에서 분할된 웨이퍼의 단위로 그룹지어 있으며, 각 그룹별로 조밀하게 형성될 수 있다.
다음으로, 도 10d에 도시한 바와 같이, 투명기판(610')의 에피탁시층(530)과 접합된 면(610'b)의 이면(610'a)에 렌즈(680')를 형성한다. 렌즈(680')는 개별 발광다이오드(530')의 그룹, 즉 제조단계에서 분할된 웨이퍼가 부착된 영역별로 마련한다. 이러한 렌즈(680')의 형성은 예를 들어 포토리소그래피 공정이나 임프린트 공정을 통해 이루어질 수 있다. 경우에 따라서는 투명기판(610')의 에피탁시층(530')과 접합된 면(610'b)의 이면(610'a)에 투명한 폴리머를 도포한 뒤 도포된 폴리머층을 임프린트 공정 등을 통해 렌즈면으로 가공할 수도 있을 것이다.
도 11a 내지 도 11e는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광다이오드 어레이의 제조방법을 도시한다.
도 11a 를 참조하면, 성장기판(710) 상에 에피탁시층(720)을 성장시킨다. 에피탁시층(720)은 제1 도전형 화합물 반도체(730), 활성층(740), 제2 도전형 화합물 반도체(750)를 순차적으로 적층하여 형성한다. 성장기판(710)은 에피탁시층을 형성할 수 있는 결정성 기판으로, 예를 들어, GaAs, GaP 웨이퍼 등이 있다. 에피탁시층(720)은 유기금속 화학 기상증착법 또는 MOMBE 등 화합물 반도체 에피탁시 장비를 이용하여 성장시킬 수 있다.
다음으로, 도 11b에 도시한 바와 같이, 에피탁시층(720)에 포토리소그래피 공정과 금속 패터닝 공정을 수행하여, 에피탁시층(720)를 식각하고 전극층(760, 770)을 형성함으로써, 개별 발광다이오드(720')의 구조를 형성한다.
다음으로, 11c에 도시되듯이, 복수의 발광다이오드(720')가 마련된 성장기 판(710)을 웨이퍼 단위에서 복수로 절단하여, 분할된 웨이퍼(700A,700B)를 마련한다.
또한, 도 11d에 도시되듯이, 렌즈(880A, 880B)가 일면에 형성되고, 타면에 배선회로(850)가 형성된 투명기판(810)을 마련한다. 투명기판(810)은 예를 들어, 글래스, 플라스틱, 폴리머로 형성할 수 있다. 렌즈(880A, 880B)는 예를 들어, 용융성형하는 방법, 포토리소그래피(photolithography) 방법, 또는 임프린팅(imprinting) 방법으로 투명기판(810)에 형성할 수 있다.
다음으로, 도 11e에 도시되듯이, 분할된 웨이퍼(700A,700B)의 개별 발광다이오드(720')이 형성된 면과 투명기판(710)의 배선회로(850)가 형성된 면을 플립칩 본딩으로 접합한다. 분할된 웨이퍼(700A,700B)는 투명기판(810)의 렌즈(880A, 880B)와 일대일 대응이 되도록 위치시킨다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광다이오드 어레이를 라인 프린터 헤드로 채용한 화상 형성 장치의 일 예의 개략적인 구성도이며, 도 13은 도 12의 화상 형성 장치에서 라인 프린터 헤드와 감광드럼만을 도시한 사시도이다.
도 12를 참조하면, 본 실시예의 화상 형성 장치는, 라인 프린터 헤드(910), 현상 유닛(920), 감광드럼(930), 대전 롤러(940), 중간 전사 벨트(950), 전사 롤러(960) 및 정착 유닛(970)을 포함할 수 있다.
라인 프린터 헤드(910)는 화상정보에 따라 변조된 라인형상의 광(L)을 감광드럼(700)에 주사하는 장치로 도 1 내지 도 8을 참조하여 전술한 실시예들의 발광다이오드 어레이가 채용될 수 있다. 감광드럼(930)은 감광체의 일 예로서, 원통형 금속 파이프의 외주면에 소정 두께의 감광층이 형성된 것이다. 감광드럼(930)의 외주면은 라인 프린터 헤드(910)에서 주사되는 광(L)이 결상되는 전술한 설명에서의 피노광체에 해당된다. 감광체로서, 벨트 형태의 감광 벨트가 적용될 수도 있다. 대전 롤러(940)는 감광드럼(930)에 접촉되어 회전되면서 그 표면을 균일한 전위로 대전시키는 대전기의 일 예이다. 대전 롤러(940)에는 대전 바이어스(Vc)가 인가된다. 대전 롤러(940) 대신에 코로나 대전기(미도시)가 사용될 수도 있다. 현상 유닛(920) 내부에는 토너가 수용된다. 토너는 현상 유닛(920)과 감광드럼(930) 사이에 인가되는 현상 바이어스에 의하여 감광드럼(930)으로 이동되어, 정전 잠상을 가시적인 토너 화상으로 현상시킨다. 감광드럼(930)에 형성된 토너 화상은 정전기적으로 중간 전사 벨트(950)로 전사된다. 토너 화상은 전사 롤러(960)에 인가되는 전사 바이어스에 의하여 전사 롤러(960)와 중간 전사 벨트(950) 사이로 이송되는 용지(P)로 전사된다. 용지로 전사된 토너 화상은 정착 유닛(970)로부터 열과 압력을 받아 용지에 정착됨으로써 화상 형성이 완료된다.
칼라화상을 인쇄하기 위하여, 라인 프린터 헤드(910), 현상 유닛(920) 및 감광드럼(930)은 각 칼라별로 마련된다. 라인 프린터 헤드(910)는 4개의 광을 4개의 감광드럼(930)에 각각 주사한다. 4개의 감광드럼(930)에는 각각 흑색(K), 마젠타(M), 엘로우(Y), 시안(C) 색상의 화상정보에 대응되는 정전 잠상이 형성된다. 4개의 현상 유닛(920)은 각각 흑색(K), 마젠타(M), 엘로우(Y), 시안(C)의 색상의 토너를 감광드럼(930)에 공급하여 흑색(K), 마젠타(M), 엘로우(Y), 시안(C)의 색상의 토너화상을 형성시킨다. 흑색(K), 마젠타(M), 엘로우(Y), 시안(C)의 색상의 토너 화상은 중간 전사 벨트(950)로 중첩 전사된 후에 다시 용지(P)로 전사된다.
도 13를 참조하면, 라인 프린터 헤드(910)는 감광 드럼(930)과 수 mm 내지 수십 mm의 위치에 배치되며, 화상정보에 따라 감광 드럼(930)의 외주면에 주주사 방향으로 나열된 복수의 광빔(L)들을 조명한다. 라인 프린터 헤드(910)는 라인 단위로 감광드럼(930)을 노광시키며, 감광드럼(930)이 회전함에 따라 2차원의 정전잠상이 감광드럼(930) 외주면에 형성된다.
본 실시예의 라인 프린터 헤드(910)로는 도 1 내지 도 8에 도시된 구조를 가질 수 있다. 즉, 라인 프린터 헤드(910)은 복수의 렌즈(918)가 투명기판(911)의 일면에 마련되며, 투명기판(911)의 타면에는 복수의 발광다이오드(미도시)가 복수의 렌즈(918)에 대응되어 그룹단위로 배치되어 마련된 발광 다이오드 어레이 구조를 가진다. 복수의 렌즈(918)들을 통해 방출되는 광빔(L)은 감광 드럼(830)의 외주면에 등간격으로 결상될 수 있다. 발광다이오드 자체에서 방출되는 광빔은 광지향각이 커서 발산되는데, 통상적으로 수십 μm의 간격으로 배열된 이러한 광빔들을 평행광으로 정형하거나 집속시키기 위해서는 로드 렌즈 어레이(RLA)와 같은 값비싼 광학소자를 필요로 한다. 그러나, 본 실시예의 라인 프린터 헤드(910)는 투명기판(911)에 복수의 렌즈(918)들이 마련되어 있어, 별도의 광학 수단이 필요하지 아니하므로, 광주사 광학계를 간단하게 구현할 수 있으며 제조비용을 절감할 수 있다. 또한, 본 실시예의 라인 프린터 헤드(910)는 소형화가 가능하므로, 화상 형성 장치의 시스템 디자인의 자유도 또한 높일 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르는 발광다이오드 어레이는, 발광부에서 발생하는 광이 평행하게 진행하거나 또는 일정거리에 효과적으로 집광할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예들에 따르는 발광다이오드 어레이는, 렌즈와 발광부 사이의 거리를 기판의 두께 만큼 매우 가까우면서도 균일하게 구성할 수 있으므로, 광선추출효율을 높히면서도 균일성을 유지할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르는 발광다이오드 어레이를 이용한 라인 프린터 헤드는, 로드 렌즈 어레이(Rod Lens Array; RLA) 없이도, 피주사면에 초점이 맺도록 할 수 있다. 또한 본 발명의 실시예들에 따르는 발광다이오드 어레이를 라인 프린터 헤드에 적용할 경우, 로드 렌즈 어레이가 필요없으므로 라인 프린터 헤드의 제조원가를 획기적으로 절감할 수 있으며, 라인 프린터 헤드의 크기를 매우 줄일 수 있어 프린터의 시스템 디자인 자유도 또한 높일 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들에 따르는 발광다이오드 어레이의 제조방법은, 렌즈가 집적된 발광다이오드를 일괄공정으로 제조할 수 있으므로, 제조원가를 저렴하게 할 수 있다.
전술한 본 발명인 렌즈가 집적된 발광다이오드 어레이, 이를 이용한 라인 프린터 헤드 및 발광다이오드 어레이의 제조방법은 이해를 돕기 위하여 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광다이오드 어레이의 개략적인 부분단면 사시도이다.
도 2는 도 1의 발광다이오드 어레이의 측단면도이다.
도 3은 도 2의 A영역을 확대한 도면으로 발광다이오드 소자의 일례를 도시한다.
도 4는 도 1의 발광다이오드 어레이의 동작을 설명하는 도면이다.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광다이오드 어레이에 채용되는 발광다이오드 소자의 변형례들을 도시한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광다이오드 어레이에 채용되는 발광다이오드 소자의 다른 예를 도시한다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광다이오드 어레이의 측단면도이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광다이오드 어레이의 측단면도이다.
도 9a 내지 도 9g는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광다이오드 어레이 어레이의 제조방법을 도시한다.
도 10a 내지 도 10d는 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광다이오드 어레이 어레이의 제조방법을 도시한다.
도 11a 내지 도 11e는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광다이오드 어레이 어레이의 제조방법을 도시한다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광다이오드 어레이를 라인 프린터 헤드로 채용한 화상 형성 장치의 일 예의 개략적인 구성도이다.
도 13은 도 12의 화상 형성 장치에서 라인 프린터 헤드와 감광드럼만을 도시한 사시도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
110, 110', 210, 610, 610', 810, 911...투명기판
110a, 610b...입사면 110b, 610a...출사면
130, 130', 230, 230', 330...발광다이오드
180, 280, 680, 680', 880, 918...렌즈
190...간섭차단부 500, 700...발광다이오드 웨이퍼
510, 710...성장기판 530, 530', 720, 720'...에피탁시층
910...라인 프린터 헤드 920...현상유닛
930...감광드럼 940...대전유닛
950...전사벨트 960...전사드럼
970...정착유닛

Claims (37)

  1. 입사면과 출사면을 갖는 투명기판;
    상기 투명기판의 입사면에 배치되는 복수의 발광다이오드; 및
    상기 투명기판의 출사면에 마련되어 상기 복수의 발광다이오드에서 방출되는 광을 일정 배율로 확대하여 결상시키는 복수의 렌즈;를 포함하며,
    상기 복수의 발광다이오드는 각 그룹별로 적어도 2개 이상 배치되는 복수의 그룹으로 나뉘어지며, 상기 복수의 렌즈는 상기 복수의 발광다이오드의 복수의 그룹에 일대일 대응되며,
    상기 복수의 발광다이오드의 인접한 그룹들 사이에는 간섭차단부가 마련되며,
    상기 간섭차단부는 상기 투명기판의 입사면에 파인 홈인 발광다이오드 어레이.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 복수의 발광다이오드는 일렬로 배열되는 발광다이오드 어레이.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 복수의 발광다이오드는 복수열로 배열되는 발광다이오드 어레이.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 복수의 발광다이오드는 각 그룹내에서 서로 다른 열들끼리는 서로 엇갈리면서 배열되는 발광다이오드 어레이.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 복수의 발광다이오드의 각 그룹은 등간격으로 일렬로 배열되는 발광다이오드 어레이.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 복수의 발광다이오드의 각 그룹간의 배열간격은 상기 복수의 발광다이오드의 각 그룹 내의 배열간격보다 큰 발광다이오드 어레이.
  7. 제5 항에 있어서,
    상기 복수의 렌즈는 상기 복수의 발광다이오드의 그룹 배열 방향으로 일렬로 배열되는 발광다이오드 어레이.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 복수의 발광다이오드와 복수의 렌즈는, 상기 복수의 발광다이오드에서 방출되는 상면에 맺히는 광빔의 스폿이 상기 복수의 발광다이오드의 배열 방향으로 등간격이 되도록 배치되는 발광다이오드 어레이.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 제1 항에 있어서,
    상기 홈에는 광흡수물질이 채워진 발광다이오드 어레이.
  12. 제1 항에 있어서,
    상기 투명기판의 입사면에서 상기 복수의 발광다이오드가 접합 영역을 제외한 영역은 반사막으로 덮인 발광다이오드 어레이.
  13. 제1 항에 있어서,
    상기 복수의 발광다이오드는 성장기판 상에서 성장된 후 상기 성장기판에서 분리되어 상기 투명기판과 기판접합된 화합물 반도체인 발광다이오드 어레이.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 복수의 발광다이오드 각각은,
    상기 투명기판과 기판 접합된 제1 도전형 화합물 반도체층;
    상기 제1 도전형 화합물 반도체 상에 마련된 활성층; 및
    상기 활성층 상에 마련된 제2 도전형 화합물 반도체층;을 포함하는 발광다이오드 어레이.
  15. 제14 항에 있어서,
    상기 복수의 발광다이오드 각각은 상기 제1 도전형 화합물 반도체층의 일부 영역에 마련된 제1 전극층; 및 상기 제2 도전형 화합물 반도체층 상에 마련된 제2 전극층;을 포함하며,
    상기 제2 전극층은 상기 제1 전극층이 마련된 영역을 제외한 나머지 영역을 덮으며, 상기 제2 전극층이 덮는 영역 중 상기 제2 전극층이 제2 도전형 화합물 반도체층과 접하는 영역을 제외한 영역은 절연층이 개재된 발광다이오드 어레이.
  16. 제14 항에 있어서,
    상기 제2 도전형 화합물 반도체층에는 반사층이 개재된 발광다이오드 어레이.
  17. 제14 항에 있어서,
    상기 복수의 발광다이오드 각각은 절두형 피라미드형상을 갖는 발광다이오드 어레이.
  18. 제1 항에 있어서,
    상기 투명기판의 입사면에는 배선회로가 마련되며, 상기 복수의 발광다이오드는 상기 배선회로에 플립칩본딩하여 접합되는 발광다이오드 어레이.
  19. 제1 항에 있어서,
    상기 복수의 렌즈는, 상기 투명기판의 표면이 곡면으로 형성되어 굴절력을 갖는 발광다이오드 어레이.
  20. 제1 항에 있어서,
    상기 복수의 렌즈는, 상기 투명기판에 부착된 폴리머층에 성형되어 형성된 발광다이오드 어레이.
  21. 제1 항에 있어서,
    상기 복수의 렌즈는, 상기 투명기판이 위치에 따라 불순물 농도가 다르게 형성되어 굴절력을 갖는 발광다이오드 어레이.
  22. 피노광체를 주주사방향으로 노광시키기 위한 라인 프린터 헤드로서,
    제1 항 내지 제8 항, 제11 항 내지 제21 항 중 어느 한 항에 기재된 발광다이오드 어레이를 포함하는 라인 프린터 헤드.
  23. 감광체;
    상기 감광체의 피주사면에 광을 주사하여 정전잠상을 형성하는 것으로서, 제22 항에 기재된 라인 프린터 헤드; 및
    상기 감광체에 형성된 정전잠상에 토너를 공급하여 현상시키는 현상 장치;를 포함하는 전자 사진 방식의 화상 형성 장치.
  24. 성장기판상에 발광다이오드층을 형성하는 발광다이오드층 형성 단계;
    투명기판의 일면에 복수의 렌즈를 형성하는 렌즈 형성 단계;
    상기 투명기판에 타면에 상기 발광다이오드층을 상기 복수의 렌즈에 일대일 대응되는 복수의 그룹별로 옮기는 이전(transferring) 단계; 및
    상기 발광다이오드층을 각 그룹별로 적어도 2개씩의 개별적인 발광다이오드로 식각하고 전극층을 형성하는 개별 발광 다이오드 형성 단계;를 포함하며,
    상기 이전 단계는, 상기 발광다이오드층이 형성된 기판을 상기 발광다이오드층의 그룹 단위로 절단한 후 이루어지는 발광다이오드 어레이의 제조방법.
  25. 성장기판상에 발광다이오드층을 형성하는 발광다이오드층 형성 단계;
    투명기판에 일면에 상기 발광다이오드층을 복수의 그룹별로 옮기는 이전(transferring) 단계;
    상기 발광다이오드층을 각 그룹별로 적어도 2개씩의 개별적인 발광다이오드를 포함하도록 식각하고 전극층을 형성하는 개별 발광 다이오드 형성 단계; 및
    투명기판의 타면에 복수의 렌즈를 상기 발광다이오드층의 복수의 그룹에 일대일 대응되도록 형성하는 렌즈 형성 단계;를 포함하며,
    상기 이전 단계는, 상기 발광다이오드층이 형성된 기판을 상기 발광다이오드층의 그룹 단위로 절단한 후 이루어지는 발광다이오드 어레이의 제조방법.
  26. 제24 항 또는 제25 항에 있어서,
    상기 이전 단계는, 상기 성장기판상에 형성된 발광다이오드층을 상기 투명기판상에 기판 접합함으로써 이루어지는 발광다이오드 어레이의 제조방법.
  27. 제26 항에 있어서,
    상기 이전 단계는,
    상기 성장기판상에 형성된 발광다이오드층의 상부면을 상기 투명기판에 기판접합시키는 접합 단계; 및
    상기 성장기판을 상기 발광다이오드층으로부터 제거시키는 제거 단계;를 포함하는 발광다이오드 어레이의 제조방법.
  28. 제27 항에 있어서,
    상기 발광다이오드층 형성 단계는 상기 성장기판과 발광다이오드층 사이에 분리층을 형성하는 단계;를 더 포함하며,
    상기 제거 단계는 상기 분리층을 선택적으로 식각하여 상기 성장기판을 상기 발광다이오드층으로부터 분리하는 발광다이오드 어레이의 제조방법.
  29. 제27 항에 있어서,
    상기 제거 단계는 상기 성장기판 전체를 상기 발광다이오드층으로부터 선택적으로 식각하여 제거하는 발광다이오드 어레이의 제조방법.
  30. 제29 항에 있어서,
    상기 발광다이오드층 형성 단계는 상기 성장기판과 발광다이오드층 사이에 식각저지층을 형성하는 단계를 더 포함하는 발광다이오드 어레이의 제조방법.
  31. 제27 항에 있어서,
    상기 접합 단계는 상기 투명기판과 발광다이오드층은 SOG(Spin On Glass)로 접합하여 이루어지는 발광다이오드 어레이의 제조방법.
  32. 성장기판상에 복수의 발광다이오드를 형성하는 발광다이오드 형성 단계;
    투명기판의 일면에 복수의 렌즈를 형성하고 상기 투명기판의 타면에는 배선 회로를 형성하는 투명기판 준비 단계;
    상기 성장기판상에 형성된 복수의 발광다이오드를 상기 복수의 렌즈에 일대일 대응되도록 그룹별로 나누어 상기 투명기판상의 배선 회로에 플립칩 본딩하여 접합하는 이전 단계;를 포함하며,
    상기 이전 단계는, 상기 발광다이오드층이 형성된 기판을 상기 발광다이오드층의 그룹 단위로 절단한 후 이루어지는 발광다이오드 어레이의 제조방법.
  33. 삭제
  34. 제24 항, 제25 항 및 제32 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 투명기판의 면적은 상기 성장기판의 면적보다 넓은 발광다이오드 어레이의 제조방법.
  35. 제24 항, 제25 항 및 제32 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 렌즈는 용융성형 방법, 포토리소그래피 방법, 임프린트 방법, 또는 불순물 확산 방법으로 형성하는 발광다이오드 어레이의 제조방법.
  36. 제24 항, 제25 항 및 제32 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 렌즈는, 상기 투명기판에 폴리머층을 마련하고, 상기 폴리머층을 성형하여 형성하는 발광다이오드 어레이의 제조방법.
  37. 제24 항, 제25 항 및 제32 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 투명기판의 복수의 렌즈들 사이에는 간섭차단부를 형성하는 단계를 더 포함하는 발광다이오드 어레이의 제조방법.
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