KR102384731B1 - Led 장치 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

LED 장치의 제조 방법이 개시된다. 본 제조 방법은 기판에 발광 다이오드를 형성하는 단계, 발광 다이오드의 사이드 면을 둘러싸도록 빛샘 방지막을 형성하는 단계, 기판에서 발광 다이오드에 대응되는 영역을 식각하는 단계 및 식각된 영역에서 발광 다이오드의 하부에 파장 변환 소재를 접합하는 단계를 포함하며, 파장 변환 소재는 양자 우물층(Quantum Well Layer)을 포함하는 반도체층을 포함할 수 있다.

Description

LED 장치 및 그 제조 방법 { LIGHT EMITTING DIODE APPARATUS AND MANUFACTURING METHOD THEREOF }
본 발명은 LED 장치 및 그 제조 방법에 대한 것으로, 더욱 상세하게는 초소형으로 제작 가능한 형태의 LED 장치 및 그 제조 방법에 대한 것이다.
종래 2-Dimensional LED 소자는 III-V족 반도체 물질(Ga, In, Al)을 사용하여 활성화층(Active Layer)의 물질 종류, 두께 및 doping 공정을 통해 광학적 에너지 차이(Bandgap)를 제어함으로써 적색, 녹색 및 청색과 같은 단일 색상을 유도하고 있다. 활성화층에 포함한 반도체층은 Metal-Organic Chemical Vapour Deposition(MOCVD) 장비를 이용하여 증착할 수 있으며, 개별적인 고유의 단색 발광 소자 구현을 위해, 활성화층 내부에 양자 우물층(Quantum Well Layer)을 포함할 수 있다. 이와 같은 활성화층 내에 형성된 양자 우물층은 상하부에 p형 반도체층 및 n형 반도체층으로 둘러싸여 있으며, 전자와 정공을 받아 활성화층 내부에서 재결합하는 과정을 거쳐 고유한 단색의 빛을 발광하게 된다. 이후, 각 단색 LED 소자는 패키징(Packaging) 또는 전사(Transfer) 공정을 통해 적색, 녹색 및 청색이 조합된 형태의 LED 소자 패키지를 구성하고, 삼색 LED 패키지 소자는 하나로서 다양한 색상을 표현할 수 있게 된다.
다만, 개별적인 단색 2D LED(Nanowire LED 포함)의 경우, LED 소자의 사이즈가 작아짐에 따라 다양한 색상 구현을 위한 소자 조합에 따른 효율 및 색상별 LED 소자 배열 구성에서 한계성을 가지고 있다. 특히, 초소형(<30um) 마이크로 청색 LED 소자는 발광효율이 최대 30%이나, 적색 LED 소자는 최대 5%, 녹색 LED 소자는 최대 15%로서 그 한계를 보이고 있다. 그에 따라, LED 소자를 이용한 디스플레이 장치 구현 시, 고해상도를 위해 초소형 LED 소자를 요구하나 이러한 발광 효율 감소 및 LED 소자 배열 구성의 한계성으로 인해 디스플레이 장치에서 필요로 하는 밝기 및 에너지 효율을 만족하지 못하는 실정이다. 또한, 개별적인 LED 소자 구동에 있어서도 적색, 녹색 및 청색의 LED 소자별 서로 다른 구동 전압이 요구됨에 따라 디스플레이 장치의 구성도 복잡해지는 단점이 있다.
한편, LED 소자 활성화층 영역 내부에 추가적인 III-V족 반도체 물질층 (Multi-QW)을 형성하여 빛의 파장을 제어할 수도 있다. 다만, 이 경우에도 발광층과 추가된 색변환 반도체층 사이 광학적, 양자적인 간섭 현상으로 인해 각 층에 대한 독립적인 제어가 힘들다. 예를 들어, LED 소자 발광 특성, 빛의 세기, 공진 파장 범위 및 반치폭을 조절하는데 어려움이 있다. 특히, 적색, 녹색 LED 소자의 경우는 공진 구조 형성을 다수의 추가 절연층이 필요하나, 이 경우 공정의 적합성 및 공정 구조 활용도가 떨어진다. 이는, 각 색상별 LED 소자의 파장 변환 효율의 한계점으로 나타날 수 있다. 또한, Nano-wire 형태의 LED 소자의 경우, Nano-wire의 사이즈를 고려하면 공정성 및 wire 형상에 따른 두께의 불균일로 인해 활성화층 내부에서 공진 구조를 형성하기 어렵다.
한편, 유기 형광체(Phosphor 또는 Quantum Dot)를 이용한 색변환 LED 소자는 단일 색상의 LED 소자 위에 형광체를 도포함으로써 적색, 녹색 및 흰색을 구현하는 소자이다. 이 경우, Printing이나 Dispense와 같은 방법을 통해 LED 소자 상부에 형광체가 도포되나, 도포 공정 상 형광층 두께 불균일에 따른 특성 변화가 크다. 특히, 현재 유기 형광체 재료 특성 한계상, 원하는 빛의 파장만을 유도하고 불필요한 파장의 빛을 차단하기 위해 형광층의 두께는 상당히 큰 상태이다. 두꺼운 형광층은 불필요한 파장을 가진 빛의 흡수율은 높일 수 있으나, LED 소자가 가진 발광 효율 대비 형광체를 지난 빛의 밝기, 발광 효율 및 색순도 저하의 문제점을 가지고 있다. 또한, 도포 공정에 발생되는 불균일한 형광층의 두께 오차는 색역(Color Garmut) 변화에 영향을 미친다. 한편, 유기물로 이루어진 형광층은 열적 변형에 취약한 특성을 가지고 있다. LED 소자 표면 위 형광체가 직접 도포되는 구조에서는 LED 소자에서 발생되는 열로 인해 형광체의 광학적, 화학적 특성이 저하되며, 이는 LED소자의 특성 신뢰도에 매우 큰 문제점을 야기시킨다. 그리고, 기존의 형광체를 통한 방식의 경우는 형광체 재료비 및 도포 공정에 따른 LED 소자 제작 공정의 복잡성 뿐만 아니라, 공정 비용의 상승이 불가피한 상황이다.
그에 따라, 이상과 같은 문제점을 해결한 LED 소자의 개발이 시급한 상황이다.
본 발명은 상술한 필요성에 따른 것으로, 본 발명의 목적은 초소형으로 제작이 가능하며, 균일한 품질의 광을 방출할 수 있는 LED 장치 및 그 제조 방법을 제공함에 있다.
이상과 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 따르면, LED 장치의 제조 방법은 기판에 발광 다이오드를 형성하는 단계, 상기 발광 다이오드의 사이드 면을 둘러싸도록 빛샘 방지막을 형성하는 단계, 상기 기판에서 상기 발광 다이오드에 대응되는 영역을 식각하는 단계 및 상기 식각된 영역에서 상기 발광 다이오드의 하부에 파장 변환 소재를 접합하는 단계를 포함하며, 상기 파장 변환 소재는 양자 우물층(Quantum Well Layer)을 포함하는 무기 반도체층을 포함한다.
또한, 상기 파장 변환 소재를 생성하는 단계를 더 포함하며, 상기 파장 변환 소재를 생성하는 단계는 MOCVD(Metal-Organic Chemical Vapour Deposition), MBE(Molecular Beam Epitaxy) 및 CVD(Chemical Vapor Deposition) 증착 공정 중 하나를 통해 타 기판에 상부 DBR(Distributed Bragg Reflector) 코팅층을 형성하는 단계, 상기 MOCVD 또는 MBE 증착 공정을 통해 상기 상부 DBR 코팅층 상부에 파장 변환층을 형성하는 단계, 상기 증착 공정을 통해 상기 파장 변환층 상부에 하부 DBR 코팅층을 형성하는 단계 및 상기 타 기판에서 상기 발광 다이오드에 대응되는 영역을 제외한 나머지 영역을 식각하는 단계를 포함하고, 상기 접합하는 단계는 상기 발광 다이오드의 하부면과 상기 하부 DBR 코팅층이 접합되도록 상기 발광 다이오드의 하부에 상기 파장 변환 소재를 접합할 수 있다.
그리고, 상기 상부 DBR 코팅층, 상기 파장 변환층 및 상기 하부 DBR 코팅층은 상기 발광 다이오드의 면적에 대응되는 크기로 형성될 수 있다.
또한, 상기 파장 변환 소재를 상기 발광 다이오드의 하부에 접합한 후, 상기 파장 변환 소재에 포함된 상기 타 기판을 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다.
그리고, 상기 파장 변환 소재를 생성하는 단계는 상기 파장 변환 소재의 사이드 면을 둘러싸며, 상기 파장 변환 소재의 사이드 면으로부터 상기 하부 DBR 코팅층의 하부로 기설정된 길이만큼 연장된 반사막(Reflective Layer)을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 빛샘 방지막은 상기 발광 다이오드로부터 방출되는 광이 상기 발광 다이오드의 사이드 면을 통해 방출되는 것을 방지하고, 상기 파장 변환층은 상기 발광 다이오드로부터 입사된 광의 제1 파장을 기설정된 제2 파장으로 변환하고, 상기 제2 파장의 광을 확산재를 통해 외부로 확산시켜 방출하며, 상기 하부 DBR 코팅층은 상기 발광 다이오드로부터 방출되는 상기 제1 파장의 광을 통과시키고, 상기 파장 변환층에 의해 파장이 변환된 상기 제2 파장의 광을 반사시키며, 상기 상부 DBR 코팅층은 상기 제2 파장의 광을 통과시키고, 상기 제2 파장을 제외한 파장의 광을 반사시키며, 상기 반사막은 상기 파장 변환 소재의 사이드 면 및 하부를 통해 방출되는 상기 파장이 변환된 광을 반사시킬 수 있다.
그리고, 상기 접합하는 단계는 상기 발광 다이오드의 하부면 및 상기 하부 DBR 코팅층의 하부면 중 하나에 광학 접착층(Optical Adhesive Layer)을 형성하여 상기 발광 다이오드의 하부에 상기 파장 변환 소재를 접합할 수 있다.
또한, 상기 파장 변환층은 R(red) 색상에 대응되는 파장 변환층, G(green) 색상에 대응되는 파장 변환층, B(blue) 색상에 대응되는 파장 변환층 및 W(white) 색상에 대응되는 파장 변환층 중 하나일 수 있다.
그리고, 외부 전원을 입력받도록 상기 발광 다이오드의 하부에 복수의 패드를 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 파장 변환층은 무기 반도체 물질로 III-V족 물질을 포함하여 II-VI족 반도체 물질일 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, LED 장치는 발광 다이오드, 상기 발광 다이오드의 사이드 면을 둘러싸도록 형성되어 상기 발광 다이오드로부터 방출되는 광이 상기 발광 다이오드의 사이드 면을 통해 방출되는 것을 방지하는 빛샘 방지막, 상기 발광 다이오드의 상부에 형성되며, 상기 발광 다이오드로부터 입사된 광의 파장을 변환하여 방출하는 파장 변환층 및 상기 파장 변환층의 사이드 면을 둘러싸도록 형성되어 상기 파장이 변환된 광을 반사시키는 반사막(Reflective Layer)을 포함하며, 상기 파장 변환층은 양자 우물층(Quantum Well Layer)을 포함하는 반도체층일 수 있다.
또한, 상기 발광 다이오드 및 상기 파장 변환층의 사이에 형성되는 하부 DBR(Distributed Bragg Reflector) 코팅층을 더 포함하며, 상기 하부 DBR 코팅층은 상기 발광 다이오드로부터 방출되는 제1 파장의 광을 통과시키고, 상기 파장 변환층에 의해 파장이 변환된 제2 파장의 광을 반사시킬 수 있다.
그리고, 상기 파장 변환층의 상부에 형성되는 상부 DBR 코팅층을 더 포함하며, 상기 상부 DBR 코팅층은 상기 제2 파장의 광을 통과시키고, 상기 제2 파장을 제외한 파장의 광을 반사시킬 수 있다.
또한, 상기 상부 DBR 코팅층, 상기 파장 변환층 및 상기 하부 DBR 코팅층은 증착 공정을 통해 타 기판에 순차적으로 증착되고, 상기 타 기판으로부터 분리되어 상기 발광 다이오드 상부에 부착될 수 있다.
그리고, 상기 발광 다이오드 및 상기 하부 DBR 코팅층의 사이에 형성되는 광학 접착층(Optical Adhesive Layer)을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 반사막은 상기 파장 변환층의 사이드 면으로부터 상기 파장 변환층 및 상기 발광 다이오드의 사이로 기설정된 길이만큼 연장되어 상기 파장 변환층의 하부를 통해 방출되는 상기 파장이 변환된 광을 반사시킬 수 있다.
그리고, 상기 파장 변환층은 상기 발광 다이오드로부터 입사된 광의 제1 파장을 기설정된 제2 파장으로 변환하고, 상기 제2 파장의 광을 확산재를 통해 외부로 확산시켜 방출할 수 있다.
또한, 상기 파장 변환층은 R(red) 색상에 대응되는 파장 변환층, G(green) 색상에 대응되는 파장 변환층, B(blue) 색상에 대응되는 파장 변환층 및 W(white) 색상에 대응되는 파장 변환층 중 하나일 수 있다.
그리고, 외부 전원을 입력받도록 상기 발광 다이오드의 하부에 형성되는 복수의 패드를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 파장 변환층은 무기 반도체 물질로 III-V족 물질을 포함하여 II-VI족 반도체 물질일 수 있다.
이상과 같은 본 발명의 다양한 실시 예에 따르면, 반도체 제조 공정을 이용할 수 있어 LED 장치의 크기를 더 작게 만들면서도 균일한 광 성능을 보장할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 LED(Light Emitting Diode) 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 LED 장치의 세부 구성을 나타내는 블럭도이다.
도 3a 내지 도 5c는 본 발명의 일 실시 예에 따른 LED 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 복수의 LED 장치를 패키지화한 도면들이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 LED 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
이하에서, 첨부된 도면을 이용하여 본 발명의 다양한 실시 예들에 대하여 구체적으로 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 LED(Light Emitting Diode) 장치(1000)를 설명하기 위한 도면이다. 도 1에 따르면, LED 장치(1000)는 발광 다이오드(10), 빛샘 방지막(20), 파장 변환층(30) 및 반사막(40)을 포함한다.
발광 다이오드(10)는 과잉된 전자, 정공 쌍의 재결합에 의해 빛을 방출하는 p-n접합 다이오드를 의미한다. 발광 다이오드(10)는 순방향으로 전압을 인가하면 n형 반도체층에 있는 전자가 p형 반도체층의 정공과 만나서 재결합하여 발광을 일으킨다.
발광 다이오드(10)는 전압이 인가되면 광을 방출하고, 방출된 광은 후술할 파장 변환층(30)으로 입사될 수 있다. 이하에서는 발광 다이오드(10)가 청색 광을 방출하는 것으로 설명한다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 얼마든지 다른 색의 광을 방출할 수도 있다. 파장 변환층(30)의 종류는 발광 다이오드(10)가 방출하는 광의 색상에 따라 달라질 수 있다. 또는, 파장 변환층(30)의 종류는 최종적으로 방출하고자하는 광의 색상에 따라 달라질 수 있다.
빛샘 방지막(20)은 발광 다이오드(10)의 사이드 면을 둘러싸도록 형성되어 발광 다이오드(10)로부터 방출되는 광이 발광 다이오드(10)의 사이드 면을 통해 방출되는 것을 방지할 수 있다.
빛샘 방지막(20)의 상부면은 발광 다이오드(10)의 상부면과 높이가 동일할 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 빛샘 방지막(20)의 상부면은 발광 다이오드(10)의 상부면보다 높이가 높을 수도 있다. 이 경우, 빛샘 방지막(20)은 파장 변환층(30)의 측면(또는, 반사막(40))을 일부 감쌀 수도 있다. 또한, 빛샘 방지막(20)의 하부면은 발광 다이오드(10)의 하부면보다 높이가 낮을 수도 있다.
한편, 도 1에서는 빛샘 방지막(20)이 발광 다이오드(10)의 좌측 및 우측에만 도시되었으나, 이는 도 1이 LED 장치(1000)의 단면도임에 따른 것이고, 빛샘 방지막(20)은 발광 다이오드(10)의 사이드 면을 둘러싸도록 형성될 수 있다. 이러한 점은 후술할 반사막(40)에 대하여도 동일하다.
파장 변환층(30)은 발광 다이오드(10)의 상부에 형성되며, 발광 다이오드(10)로부터 입사된 광의 파장을 변환하여 방출할 수 있다. 여기서, 파장 변환층(30)은 양자 우물층(Quantum Well Layer)을 포함하는 반도체층일 수 있다.
종래 활성화층(Active Layer)은 내부에 양자 우물층이 구성되며, 상하부가 각각 p형 반도체층 및 n형 반도체층으로 둘러싸여 있어 전자와 정공을 받아 활성화층 내부에서 재결합하는 과정을 거쳐 고유한 단색의 광을 발광할 수 있다.
구체적으로, 양자 우물층은 전계에 의해 가속된 자유 전자가 양자 우물층 안에 있는 특정 불순물 전자를 여기시켜 그것이 원래대로 되돌아갈 때 에너지를 방출하게 된다. 발광 다이오드(10) 역시 동일한 구조로 제작될 수 있고, 동일한 동작을 통해 광을 방출할 수 있다. 즉, 종래의 양자 우물층은 전류가 흐름에 따라 광을 방출하는 층일 수 있으며, 이를 전계 발광(electroluminiscence)이라고 한다.
전계 발광의 경우, Ga, In, Al과 같은 III-VI족 반도체 물질을 사용하여 활성화층의 물질 종류, 두께 및 도핑 공정을 통해 광학적 에너지 차이를 제어할 수 있고, 그에 따라 청색, 적색 및 녹색 등과 같은 단일 색상을 유도하는 구조의 활성화층의 제조가 가능하다. 또한, 반도체 공정을 통해 전계 발광을 위한 층을 형성할 수 있다.
이에 대해, 파장 변환층(30)은 양자 우물층을 포함하나, 그 동작은 전혀 다를 수 있다. 파장 변환층(30)에 포함된 양자 우물층은 전계 발광이 아니라 광 발광(photoluminescence)으로 동작한다.
광 발광은 빛 에너지를 흡수하여 다른 파장의 광을 방출하는 것을 의미한다. 즉, 광 발광은 광자(Photon)를 흡수하여 파장이 변환된 광을 방출하는 것을 의미하며, 종래 광 발광을 위한 소재로는 Phosphor 또는 퀀텀 닷(Quantum Dot)과 같은 소재가 이용되었다. 다만, 이상의 소재는 반도체 공정으로 형성할 수 없고, 프린팅(Printing) 또는 디스펜스(Dispense)의 방법으로 형성되었다. 이 경우, 광 발광층은 불균일하게 형성될 가능성이 높고, 그 두께에 따라 방출되는 파장이 결정됨에 따라 방출되는 광 역시 품질이 저하될 수 있다.
다만, 파장 변환층(30)은 양자 우물층을 포함하며, 반도체 물질로 형성될 수 있다. 특히, 파장 변환층(30)은 II-VI족 반도체 물질일 수 있으며, 예를 들어 Zn, Se, Mg, Cd이 적용된 양자 우물층을 포함할 수 있다. 파장 변환층(30)이 II-VI족 반도체 물질로서 구현됨에 따라 광발광 효과를 향상시킬 수 있다.
또한, 파장 변환층(30)은 증착 및 패터닝과 같은 반도체 공정을 통해 형성될 수 있어, Phosphor 또는 퀀텀 닷(Quantum Dot)을 이용하는 경우와 달리 더 얇고 균일한 두께의 층을 형성할 수 있다.
한편, 파장 변환층(30)은 발광 다이오드(10) 내의 양자 우물층과는 달리 광 발광으로 동작한다. 즉, 파장 변환층(30)은 발광 다이오드(10)로부터 방출되는 광자를 흡수하며, 광자에 의해 양자 우물층 안에 있는 특정 불순물 전자가 여기되면 그것이 원래대로 되돌아가며 에너지를 방출할 수 있다. 여기서, 방출되는 에너지는 광이며, 방출되는 광의 파장은 파장 변환층(30)의 물질, 두께 등에 따라 결정될 수 있다.
즉, 파장 변환층(30)은 전계 발광과 유사하게 광을 방출하나, 입사되는 광에 의해 동작한다는 점에서 광 발광의 동작과 유사하다. 또한, 파장 변환층(30)은 MOCVD 또는 MBE 증착 공정과 같은 반도체 공정을 통해 형성될 수 있어 균일한 두께로 형성 가능하며, 방출되는 광의 품질을 향상시킬 수 있다.
이상과 같이, 파장 변환층(30)은 발광 다이오드(10)로부터 입사된 광의 제1 파장을 기설정된 제2 파장으로 변환하고, 제2 파장의 광을 확산재를 통해 외부로 확산시켜 방출할 수 있다.
파장 변환층(30)은 R(red) 색상에 대응되는 파장 변환층, G(green) 색상에 대응되는 파장 변환층, B(blue) 색상에 대응되는 파장 변환층 및 W(white) 색상에 대응되는 파장 변환층 중 하나일 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 파장 변환층(30)은 필요에 따라 얼마든지 다른 색상을 방출하는 파장 변환층일 수도 있다.
반사막(40)은 파장 변환층(30)의 사이드 면을 둘러싸도록 형성되어 파장이 변환된 광을 반사시킬 수 있다. 즉, 반사막(40)은 파장 변환층(30)으로부터 방출되는 광이 파장 변환층(30)의 일면으로부터만 방출되도록 하며, 광의 휘도를 높일 수 있다.
한편, 반사막(40)은 파장 변환층(30)의 사이드 면으로부터 파장 변환층(30) 및 발광 다이오드(10)의 사이로 기설정된 길이만큼 연장되어 파장 변환층(30)의 하부를 통해 방출되는 파장이 변환된 광을 반사시킬 수 있다.
도 2는 도 1에 도시된 LED 장치(1000)의 세부 구성을 나타내는 블럭도이다. 도 2에 도시된 구성 중 도 1에 도시된 구성과 중복되는 구성에 대해서는 자세한 설명을 생략하도록 한다.
LED 장치(1000)는 도 1의 구성 외에도 하부 DBR(Distributed Bragg Reflector) 코팅층(50), 상부 DBR 코팅층(60), 광학 접착층(Optical Adhesive Layer, 70), 복수의 패드(80-1, 80-2) 및 기판(90)을 더 포함할 수 있다.
하부 DBR 코팅층(50)은 발광 다이오드(10) 및 파장 변환층(30)의 사이에 형성될 수 있다. 하부 DBR 코팅층(50)은 발광 다이오드(10)로부터 방출되는 제1 파장의 광을 통과시키고, 파장 변환층(30)에 의해 파장이 변환된 제2 파장의 광을 반사시킬 수 있다.
상부 DBR 코팅층(60)은 파장 변환층(30)의 상부에 형성될 수 있다. 상부 DBR 코팅층(60)은 파장 변환층(30)에 의해 파장이 변환된 제2 파장의 광을 통과시키고, 제2 파장을 제외한 파장의 광을 반사시킬 수 있다.
LED 장치(1000)는 하부 DBR 코팅층(50) 및 상부 DBR 코팅층(60)에 의해 순도 높은 광을 방출할 수 있다.
한편, 하부 DBR 코팅층(50) 및 상부 DBR 코팅층(60)은 파장 변환층(30)과 마찬가지로 CVD 증착 공정과 같은 반도체 공정을 통해 형성될 수 있다. 예를 들어, 상부 DBR 코팅층(60), 파장 변환층(30) 및 하부 DBR 코팅층(50)은 CVD 증착 공정을 통해 기판에 순차적으로 증착되고, 기판으로부터 분리되어 발광 다이오드(10) 상부에 부착될 수 있다. 즉, 상부 DBR 코팅층(60), 파장 변환층(30) 및 하부 DBR 코팅층(50)은 발광 다이오드(10)와는 별도의 기판에서 반도체 공정을 통해 형성될 수 있다. 이하에서는 상부 DBR 코팅층(60), 파장 변환층(30) 및 하부 DBR 코팅층(50) 등을 파장 변환 소재로서 통칭한다.
이때, 발광 다이오드(10)와 파장 변환 소재를 접합하기 위해 광학 접착층(70)을 이용할 수 있다. 즉, 광학 접착층(70)은 발광 다이오드(10) 및 하부 DBR 코팅층(50)의 사이에서 발광 다이오드(10) 및 하부 DBR 코팅층(50)을 접합할 수 있다. 여기서, 광학 접착층(70)은 광의 투과가 가능한 투명한 재질일 수 있다.
별도의 기판을 이용하여 파장 변환 소재를 제조하는 방법에 대한 구체적인 설명은 후술한다.
복수의 패드(80-1, 80-2)는 외부 전원을 입력받도록 발광 다이오드(10)의 하부에 형성될 수 있다. 복수의 패드(80-1, 80-2)는 외부 전원을 입력받아 발광 다이오드(10)에 전압을 인가할 수 있다.
복수의 패드(80-1, 80-2) 각각은 발광 다이오드(10)의 p형 반도체층 및 n형 반도체층 각각에 연결되어 전압을 인가할 수 있다.
기판(90)은 제조 과정 상에 제거되지 않고 남은 구성으로, 파장 변환 소재의 사이드 면을 둘러싸는 형태일 수 있다. 특히, 기판(90)은 LED 장치(1000)가 복수로 연결된 구성을 형성할 때 유용할 수 있다.
한편, 도 2에서는 기판(90)이 파장 변환 소재의 좌측 및 우측에만 도시되었으나, 이는 도 2가 LED 장치(1000)의 단면도임에 따른 것이고, 기판(90)은 파장 변환 소재의 사이드 면을 둘러싸는 형태일 수 있다.
한편, 이상과 같은 구조를 갖는 LED 장치(1000)는 파장 변환층(30)을 균일하게 제작할 수 있어, LED 장치(1000)로부터 방출되는 광의 품질을 향상시킬 수 있다.
이하에서는 본 LED 장치(1000)의 제조방법에 대해 살펴보기로 한다.
이하에서 사용하는 "증착", "성장", "적층" 등의 용어는 반도체 물질 층을 형성한다는 의미와 같은 의미로 쓰이는 것이고, 본 발명의 다양한 실시 예들을 통해 형성되는 층 혹은 박막은 유기금속기상증착(metal-organic chamical vapor deposition: MOCVD)법 또는 분자선 성장(molecular beam epitaxy: MBE)법을 이용하여 성장용 챔버(chamber) 내에서 성장될 수 있으며, 이 밖에도 PECVD, APCVD, LPCVD, UHCVD, PVD, 전자빔 방식, 저항 가열방식 등 다양한 방식에 의해 증착되어 형성될 수 있다.
도 3a를 참고하면, 먼저 베이스 기판(310)의 상부에 발광 다이오드(10)를 형성할 수 있다. 구체적으로, 베이스 기판(310)의 상부에 n형 반도체층(10-1)을 적층하고, n형 반도체층(10-1)의 상부에 양자 우물층(10-2)을 적층하며, 양자 우물층(10-2)의 상부에 p형 반도체층(10-3)을 적층하고, p형 반도체층(10-3)의 상부에 ITO(Indium Tin Oxide, 10-4)층를 적층할 수 있다. 여기서, 베이스 기판(310)은 Glass, Si, InP, GaAs 등과 같은 물질 기반으로 제작될 수 있다.
그리고, n형 반도체층(10-1), 양자 우물층(10-2), p형 반도체층(10-3) 및 ITO(10-4)층 각각의 면적은 베이스 기판(310)의 면적과 동일할 수 있다.
이후, 도 3a의 발광 다이오드(10) 도면과 같이 n형 반도체층(10-1), 양자 우물층(10-2), p형 반도체층(10-3) 및 ITO(10-4)층의 일부 영역을 식각할 수 있다. 식각 방법에 대하여는 종래 기술이므로 구체적인 설명은 생략한다.
여기서, n형 반도체층(10-1) 및 p형 반도체층(10-3)은 GaN으로 적층될 수 있다. ITO(10-4)층은 전기 전도성을 갖는 투명 도전막으로, 전기 저항을 감소시킬 수 있다.
발광 다이오드(10)는 청색 광을 방출하는 물질일 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 발광 다이오드(10)는 광을 방출할 수 있다면 어느 것이라도 무방하다.
이후, 도 3b에 도시된 바와 같이, 발광 다이오드(10)의 사이드 면을 둘러싸도록 빛샘 방지막(20)을 형성할 수 있다. 여기서, 빛샘 방지막(20)은 발광 다이오드(10)로부터 방출되는 광이 발광 다이오드(10)의 사이드 면을 통해 방출되는 것을 방지할 수 있다.
이후, 도 3c에 도시된 바와 같이, 베이스 기판(310)에서 발광 다이오드(10)에 대응되는 영역을 식각할 수 있다. 여기서, 발광 다이오드(10)에 대응되는 영역은 베이스 기판(310)에서 발광 다이오드(10)의 하부 영역을 의미한다. 베이스 기판(310)을 식각하는 방법은 종래 기술이므로 구체적인 설명은 생략한다.
베이스 기판(310)의 일부 영역이 식각되면 도 1의 기판(90)이 형성될 수 있다.
한편, 도 3c에서는 베이스 기판(310)만이 식각된 것으로 도시되었으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 베이스 기판(310)에서 발광 다이오드(10)에 대응되는 영역 뿐만 아니라 좀더 깊게 식각하여 발광 다이오드의(10)의 일부 영역을 더 식각할 수도 있다.
이후, 베이스 기판(310)의 식각에 따라 드러난 발광 다이오드(10)의 영역에 파장 변환 소재를 접합할 수 있다. 다만, 파장 변환 소재는 베이스 기판(310)이 아닌 타 기판을 이용하여 제조되며, 이에 대하여는 다음의 도면을 통해 설명한다.
도 4a 내지 도 4e는 타 기판(410) 상에 파장 변환 소재를 형성하는 방법을 설명하기 위한 도면으로, 파장 변환 소재는 양자 우물층을 포함하는 반도체층을 포함할 수 있다.
먼저, 도 4a를 참조하면, CVD 증착 공정을 통해 타 기판(410)에 상부 DBR코팅층(60)을 형성할 수 있다. 여기서, 타 기판(410)은 Glass, Si, InP, GaAs 등과 같은 물질 기반으로 제작될 수 있다.
그리고, 도 4b에 도시된 바와 같이, CVD 증착 공정을 통해 상부 DBR 코팅층(60) 상부에 파장 변환층(30)을 형성할 수 있다. 여기서, 파장 변환층(30)은 양자 우물층을 포함하는 반도체층일 수 있다. 특히, 파장 변환층(30)은 II-VI족 반도체 물질로서, R(red) 색상에 대응되는 파장 변환층, G(green) 색상에 대응되는 파장 변환층, B(blue) 색상에 대응되는 파장 변환층 및 W(white) 색상에 대응되는 파장 변환층 중 하나일 수 있다.
그리고, 도 4c에 도시된 바와 같이, CVD 증착 공정을 통해 파장 변환층(30) 상부에 하부 DBR 코팅층(50)을 형성할 수 있다. 여기서, 상부 DBR 코팅층(60), 파장 변환층(30) 및 하부 DBR 코팅층(50)은 발광 다이오드(10)의 면적에 대응되는 크기로 형성될 수 있다.
이후, 도 4d에 도시된 바와 같이, 타 기판(410)에서 발광 다이오드(10)에 대응되는 영역을 제외한 나머지 영역을 식각할 수 있다. 예를 들어, 타 기판(410)에서 발광 다이오드(10)에 대응되는 영역을 제외한 나머지 영역은 Photolithography 공정 또는 Glass mold를 통한 전사 공정을 이용하여 제거될 수 있다.
상술한 바와 같이, 상부 DBR 코팅층(60), 파장 변환층(30) 및 하부 DBR 코팅층(50)이 발광 다이오드(10)의 면적에 대응되는 크기로 형성됨에 따라, 타 기판(410)의 일부 영역만이 식각될 수 있고, 식각된 타 기판(420)이 형성될 수 있다.
다만, 이는 일 실시 예에 불과하고, 상부 DBR 코팅층(60), 파장 변환층(30) 및 하부 DBR 코팅층(50)은 처음부터 타 기판(410)의 면적에 대응되는 크기로 형성될 수도 있다. 이 경우, 발광 다이오드(10)에 대응되는 영역을 제외한 나머지 영역을 식각할 때, 타 기판(410)의 일부 영역 뿐만 아니라 상부 DBR 코팅층(60), 파장 변환층(30) 및 하부 DBR 코팅층(50) 각각의 일부 영역도 식각될 수도 있다.
이후, 도 4e에 도시된 바와 같이, 파장 변환 소재의 사이드 면을 둘러싸며, 파장 변환 소재의 사이드 면으로부터 하부 DBR 코팅층의 하부로 기설정된 길이만큼 연장된 반사막(40)을 형성할 수 있다. 특히, 반사막(40)은 파장 변환층(30)의 사이드 면을 둘러싸도록 형성될 수 있다.
이상에서는 도 3의 제조 과정을 거친 후 도 4의 제조 과정을 거치는 것으로 설명하였으나, 도 3의 제조 과정과 도 4의 제조 과정은 선후가 없으며, 어느 것을먼저 제조하더라도 무방하다. 또한, 도 3과 도 4의 제조 과정을 동시에 수행하는 것도 가능하다.
이후, 도 3의 발광 다이오드(10)의 하부에 도 4의 파장 변환 소재를 접합할 수 있으며, 이는 다음의 도면을 통해 설명한다.
도 5a는 도 3c의 구성 및 도 4e의 구성을 뒤집어 접합하는 도면이다. 도 5a를 참조하면, 발광 다이오드(10)의 하부면과 하부 DBR 코팅층(50)이 접합되도록 발광 다이오드(10)의 하부에 파장 변환 소재를 접합할 수 있다. 여기서, 파장 변환 소재는 식각된 타 기판(420)에 접합된 상태일 수 있다. 접합을 위해서는, 하부 DBR 코팅층(50)의 하부면에 광학 접착층(70)을 형성하고, 발광 다이오드(10)의 하부면과 접합할 수 있다.
도 5a는 하부 DBR 코팅층(50)의 하부면에 광학 접착층(70)이 형성되는 것으로 도시되었으나, 이는 일 실시 예에 불과하고, 발광 다이오드(10)의 하부면 및 하부 DBR 코팅층의 하부면 중 하나에 광학 접착층(70)을 형성하여 발광 다이오드(10)의 하부에 파장 변환 소재를 접합해도 무방하다.
또한, 광학 접착층(70)을 형성하는 방법 외에도 발광 다이오드(10)의 하부에 파장 변환 소재를 접합하는 어떠한 방법이라도 이용될 수 있다. 예를 들어, 열적 변형을 기반으로 에폭시(Epoxy) 등이 활용될 수도 있다. 다만, 발광 다이오드(10)와 파장 변환 소재 사이에 특정 층이 형성되는 방법이라면, 형성된 특정 층은 투명해야 한다.
이후, 도 5b에 도시된 바와 같이, 파장 변환 소재를 발광 다이오드(10)의 하부에 접합한 후, 파장 변환 소재에 포함된 식각된 타 기판(420)을 제거할 수 있다. 예를 들어, 도 4a에서 타 기판(410)에 상부 DBR코팅층(60)을 형성하기 전에 접착층을 먼저 형성할 수도 있다. 이후, 발광 다이오드(10)의 하부에 파장 변환 소재를 접합한 후, 식각된 타 기판(420) 및 상부 DBR코팅층(60) 사이에 형성된 접착층에 레이져를 쏴서 식각된 타 기판(420)을 상부 DBR코팅층(60)으로부터 분리할 수도 있다. 다만, 이는 일 실시 예에 불과하고, 얼마든지 다른 방법으로 식각된 타 기판(420)을 제거할 수도 있다.
그리고, 도 5c에 도시된 바와 같이, 외부 전원을 입력받도록 발광 다이오드(10)의 하부에 복수의 패드(80-1, 80-2)를 형성할 수 있다. 다만, 복수의 패드(80-1, 80-2)를 형성하는 시점에는 큰 제한이 없다. 예를 들어, 복수의 패드(80-1, 80-2)는 발광 다이오드(10)의 하부에 파장 변환 소재가 접합되기 전에 발광 다이오드(10)에 형성된 상태일 수도 있다.
한편, 도 4a 내지 도 5c에서는 하부 DBR 코팅층(50) 및 상부 DBR 코팅층(60)을 포함하는 것으로 도시되었으나, 이는 일 실시 예에 불과하다. 예를 들어, 파장 변환 소재는 하부 DBR 코팅층(50) 및 상부 DBR 코팅층(60)을 포함하지 않고, 파장 변환층(30) 및 반사막(40)만을 포함할 수도 있다.
이상과 같은 방법을 통해 제조된 LED 장치(1000)에서 파장 변환층(30)은 발광 다이오드(10)로부터 입사된 광의 제1 파장을 기설정된 제2 파장으로 변환하고, 제2 파장의 광을 확산재를 통해 외부로 확산시켜 방출하며, 하부 DBR 코팅층(50)은 발광 다이오드(10)로부터 방출되는 제1 파장의 광을 통과시키고, 파장 변환층(30)에 의해 파장이 변환된 제2 파장의 광을 반사시키며, 상부 DBR 코팅층(60)은 제2 파장의 광을 통과시키고, 제2 파장을 제외한 파장의 광을 반사시키며, 반사막(40)은 파장 변환 소재의 사이드 면 및 하부를 통해 방출되는 파장이 변환된 광을 반사시킬 수 있다. 그에 따라, LED 장치(1000)로부터 방출되는 광의 품질을 향상시킬 수 있다. 특히, 파장 변환층(30)을 반도체 공정을 통해 제조함에 따라 균일한 두께로 형성할 수 있어, LED 장치(1000)로부터 방출되는 광의 파장이 균일할 수 있다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 복수의 LED 장치(1000)를 패키지화한 도면들이다.
이상에서는 하나의 LED 장치(1000) 및 이를 제조하는 방법에 대하여만 설명하였다. 다만, 도 6a에 도시된 바와 같이, 복수의 LED 장치(1000)를 패키지화하여 사용할 수도 있다. 예를 들어, 제1 파장 변환층(610)은 R(red) 색상에 대응되는 파장 변환층이고, 제2 파장 변환층(620)은 G(green) 색상에 대응되는 파장 변환층이며, 제3 파장 변환층(630)은 B(blue) 색상에 대응되는 파장 변환층일 수 있다. 이러한 구성을 통해 하나의 픽셀로서 사용할 수도 있다.
또한, 이상의 구성을 제조하는 방법 역시 도 3a 내지 도 5c의 방법을 그대로 이용할 수 있다. 예를 들어, 도 3a 내지 도 3c의 방법은 하나의 기판 상에 복수의 발광 다이오드를 형성하는 것으로 변경될 수 있다. 그리고, 도 4a 내지 도 4e의 방법도 하나의 타 기판 상에 복수의 파장 변환 소재를 형성하는 것으로 변경될 수 있다. 다만, 복수의 파장 변환 소재는 서로 다른 색상의 광을 방출하기 위해 그 소재가 다를 수 있다. 이후, 도 5a 내지 도 5c와 같이 하나의 기판과 하나의 타 기판을 접합한 후, 타 기판을 제거하면 도 6a과 같은 패키지화된 복수의 LED 장치(1000)를 제조할 수 있다.
또한, 이상과 같은 구조를 반복 배열하여 디스플레이를 형성하는 것도 가능하다. 이 경우, 도 6a에 도시된 패키지화된 복수의 LED 장치(1000) 전체가 하나의 픽셀을 형성하고, 패키지화된 복수의 LED 장치(1000)의 LED 장치 각각은 서브 픽셀로서 동작할 수 있다.
또한, 실제 LED 장치(1000)의 대량 생산을 위해서는 이상에서 설명한 방법을 이용하되 동일한 소재의 복수의 파장 변환 소재를 형성하고, 이후 다이싱(dicing)하여 복수의 LED 장치(1000)를 제조할 수도 있다.
또는, 제1 파장 변환층(610), 제2 파장 변환층(620) 및 제3 파장 변환층(630)을 모두 동일한 소재로 형성하여, 단색을 발광하는 패키지화된 복수의 LED 장치(1000)를 제조할 수도 있다.
한편, LED 장치를 패키지화함에 따른 활용성을 설명하기 위하여 도 6a에서는 일부 구성을 삭제하고, 대부분의 식별 번호를 생략한 상태로 LED 장치(1000)를 도시하였다.
다만, 도 6b에 도시된 바와 같이, 패키지화된 복수의 LED 장치(1000)는 이전의 도면에서 설명한 모든 구성을 포함할 수도 있다. 즉, 패키지화된 복수의 LED 장치(1000)는 발광 다이오드(10-1, 10-2, 10-3), 빛샘 방지막(20), 파장 변환층(610, 620, 630), 반사막(40-1, 40-2, 40-3), 하부 DBR 코팅층(50-1, 50-2, 50-3), 상부 DBR 코팅층(60-1, 60-2, 60-3), 광학 접착층(70-1, 70-2, 70-3), 복수의 패드(80-1, 80-2, 80-3, 80-4, 80-5, 80-6) 및 기판(90)을 포함할 수 있다.
다만, 제조 목적에 따라 파장 변환층(610, 620, 630), 하부 DBR 코팅층(50-1, 50-2, 50-3) 및 상부 DBR 코팅층(60-1, 60-2, 60-3)의 종류가 달라질 수 있다. 예를 들어, 하나의 픽셀을 형성하고자 하는 경우, 파장 변환층(610, 620, 630) 각각은 R(red) 색상에 대응되는 파장 변환층, G(green) 색상에 대응되는 파장 변환층, B(blue) 색상에 대응되는 파장 변환층일 수 있고, 하부 DBR 코팅층(50-1, 50-2, 50-3) 및 상부 DBR 코팅층(60-1, 60-2, 60-3) 역시 인접한 파장 변환층에 대응되도록 형성될 수 있다. 구체적으로, 가장 좌측에 위치한 LED 장치(1000)만을 예로서 설명하면, 하부 DBR 코팅층(50-1)은 발광 다이오드(10-1)로부터 방출되는 제1 파장의 광을 통과시키고, 파장 변환층(610)에 의해 파장이 변환된 제2 파장(R 색상에 대응되는 파장)의 광을 반사시킬 수 있다. 상부 DBR 코팅층(60-1)은 파장 변환층(610)에 의해 파장이 변환된 제2 파장(R 색상에 대응되는 파장)의 광을 통과시키고, 제2 파장(R 색상에 대응되는 파장)을 제외한 파장의 광을 반사시킬 수 있다.
그 밖의 구성은 이상에서 설명한 바와 동일하므로 중복되는 설명은 생략한다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 LED 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
먼저, 기판에 발광 다이오드를 형성한다(S710). 그리고, 발광 다이오드의 사이드 면을 둘러싸도록 빛샘 방지막을 형성한다(S720). 그리고, 기판에서 발광 다이오드에 대응되는 영역을 식각한다(S730). 그리고, 식각된 영역에서 발광 다이오드의 하부에 양자 우물층(Quantum Well Layer)을 포함하는 반도체층을 포함하는 파장 변환 소재를 접합한다(S740). 여기서, 양자 우물층을 포함하는 반도체층은 무기 반도체층일 수 있다.
또한, 파장 변환 소재를 생성하는 단계를 더 포함하며, 파장 변환 소재를 생성하는 단계는 CVD(Chemical Vapor Deposition) 증착 공정을 통해 타 기판에 상부 DBR(Distributed Bragg Reflector) 코팅층을 형성하는 단계, CVD 증착 공정을 통해 상부 DBR 코팅층 상부에 파장 변환층을 형성하는 단계, CVD 증착 공정을 통해 파장 변환층 상부에 하부 DBR 코팅층을 형성하는 단계 및 타 기판에서 발광 다이오드에 대응되는 영역을 제외한 나머지 영역을 식각하는 단계를 포함하고, 접합하는 단계(S740)는 발광 다이오드의 하부면과 하부 DBR 코팅층이 접합되도록 발광 다이오드의 하부에 파장 변환 소재를 접합할 수 있다. 여기서, DBR 코팅층을 형성하기 위해 CVD 증착 공정이 아닌 MOCVD 및 MBE 중 하나를 이용할 수도 있다. 또한, 파장 변환층을 형성하기 위해 CVD 증착 공정이 아닌 MOCVD 및 MBE 중 하나를 이용할 수도 있다.
여기서, 상부 DBR 코팅층, 파장 변환층 및 하부 DBR 코팅층은 발광 다이오드의 면적에 대응되는 크기로 형성될 수 있다.
또한, 파장 변환 소재를 발광 다이오드의 하부에 접합한 후, 파장 변환 소재에 포함된 타 기판을 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다.
한편, 파장 변환 소재를 생성하는 단계는 파장 변환 소재의 사이드 면을 둘러싸며, 파장 변환 소재의 사이드 면으로부터 하부 DBR 코팅층의 하부로 기설정된 길이만큼 연장된 반사막을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
여기서, 빛샘 방지막은 발광 다이오드로부터 방출되는 광이 발광 다이오드의 사이드 면을 통해 방출되는 것을 방지하고, 파장 변환층은 발광 다이오드로부터 입사된 광의 제1 파장을 기설정된 제2 파장으로 변환하고, 제2 파장의 광을 확산재를 통해 외부로 확산시켜 방출하며, 하부 DBR 코팅층은 발광 다이오드로부터 방출되는 제1 파장의 광을 통과시키고, 파장 변환층에 의해 파장이 변환된 제2 파장의 광을 반사시키며, 상부 DBR 코팅층은 제2 파장의 광을 통과시키고, 제2 파장을 제외한 파장의 광을 반사시키며, 반사막은 파장 변환 소재의 사이드 면 및 하부를 통해 방출되는 파장이 변환된 광을 반사시킬 수 있다.
한편, 접합하는 단계(S740)는 발광 다이오드의 하부면 및 하부 DBR 코팅층의 하부면 중 하나에 광학 접착층(Optical Adhesive Layer)을 형성하여 발광 다이오드의 하부에 파장 변환 소재를 접합할 수 있다.
그리고, 파장 변환층은 R(red) 색상에 대응되는 파장 변환층, G(green) 색상에 대응되는 파장 변환층, B(blue) 색상에 대응되는 파장 변환층 및 W(white) 색상에 대응되는 파장 변환층 중 하나일 수 있다.
한편, 외부 전원을 입력받도록 발광 다이오드의 하부에 복수의 패드를 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
그리고, 파장 변환층은 II-VI족 반도체 물질일 수 있다.
이상과 같은 본 발명의 다양한 실시 예에 따르면, 반도체 제조 공정을 이용할 수 있어 LED 장치의 크기를 더 작게(예를 들어, 10μm 이하로) 만들면서도 균일한 광 성능을 보장할 수 있다.
또한, 박막 형태의 파장 변환층이 이용됨에 따라 기존의 Phosphor 또는 퀀텀 닷과 같은 소재를 이용한 경우보다 투과율, 색역 및 색순도를 향상시킬 수 있다.
또한, 이상의 제조 방법에 의하면, 기존의 Phosphor 또는 퀀텀 닷의 도포 공정이 필요 없으며, 추가적인 격벽 형성 공정을 반도체 공정에서의 빛샘 방지막으로 대체할 수 있어 공정 비용을 절감할 수 있다.
한편, 이상에서는 CVD 증착 공정을 통해 층을 형성하는 것으로 설명하였으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 성장 공정을 통해 층을 형성할 수도 있다.
또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.
1000 : LED 장치 10 : 발광 다이오드
20 : 빛샘 방지막 30 : 파장 변환층
40 : 반사막 50 : 하부 DBR 코팅층
60 : 상부 DBR 코팅층 70 : 광학 접착층
80-1, 80-2 : 복수의 패드 90 : 기판

Claims (20)

  1. LED 장치의 제조 방법에 있어서,
    기판에 발광 다이오드를 형성하는 단계;
    상기 발광 다이오드의 사이드 면을 둘러싸도록 빛샘 방지막을 형성하는 단계;
    상기 기판에서 상기 발광 다이오드에 대응되는 영역을 식각하는 단계; 및
    상기 식각된 영역에서 상기 발광 다이오드의 하부에 파장 변환 소재를 접합하는 단계;를 포함하며,
    상기 파장 변환 소재는,
    양자 우물층(Quantum Well Layer)을 포함하는 반도체층을 포함하는, 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 파장 변환 소재를 생성하는 단계;를 더 포함하며,
    상기 파장 변환 소재를 생성하는 단계는,
    CVD(Chemical Vapor Deposition) 증착 공정을 통해 타 기판에 상부 DBR(Distributed Bragg Reflector) 코팅층을 형성하는 단계;
    상기 CVD 증착 공정을 통해 상기 상부 DBR 코팅층 상부에 파장 변환층을 형성하는 단계;
    상기 CVD 증착 공정을 통해 상기 파장 변환층 상부에 하부 DBR 코팅층을 형성하는 단계; 및
    상기 타 기판에서 상기 발광 다이오드에 대응되는 영역을 제외한 나머지 영역을 식각하는 단계;를 포함하고,
    상기 접합하는 단계는,
    상기 발광 다이오드의 하부면과 상기 하부 DBR 코팅층이 접합되도록 상기 발광 다이오드의 하부에 상기 파장 변환 소재를 접합하는, 제조 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 상부 DBR 코팅층, 상기 파장 변환층 및 상기 하부 DBR 코팅층은,
    상기 발광 다이오드의 면적에 대응되는 크기로 형성되는, 제조 방법.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 파장 변환 소재를 상기 발광 다이오드의 하부에 접합한 후, 상기 파장 변환 소재에 포함된 상기 타 기판을 제거하는 단계;를 더 포함하는, 제조 방법.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 파장 변환 소재를 생성하는 단계는,
    상기 파장 변환 소재의 사이드 면을 둘러싸며, 상기 파장 변환 소재의 사이드 면으로부터 상기 하부 DBR 코팅층의 하부로 기설정된 길이만큼 연장된 반사막(Reflective Layer)을 형성하는 단계;를 더 포함하는, 제조 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 빛샘 방지막은,
    상기 발광 다이오드로부터 방출되는 광이 상기 발광 다이오드의 사이드 면을 통해 방출되는 것을 방지하고,
    상기 파장 변환층은,
    상기 발광 다이오드로부터 입사된 광의 제1 파장을 기설정된 제2 파장으로 변환하고, 상기 제2 파장의 광을 확산재를 통해 외부로 확산시켜 방출하며,
    상기 하부 DBR 코팅층은,
    상기 발광 다이오드로부터 방출되는 상기 제1 파장의 광을 통과시키고, 상기 파장 변환층에 의해 파장이 변환된 상기 제2 파장의 광을 반사시키며,
    상기 상부 DBR 코팅층은,
    상기 제2 파장의 광을 통과시키고, 상기 제2 파장을 제외한 파장의 광을 반사시키며,
    상기 반사막은,
    상기 파장 변환 소재의 사이드 면 및 하부를 통해 방출되는 상기 파장이 변환된 광을 반사시키는, 제조 방법.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 접합하는 단계는,
    상기 발광 다이오드의 하부면 및 상기 하부 DBR 코팅층의 하부면 중 하나에 광학 접착층(Optical Adhesive Layer)을 형성하여 상기 발광 다이오드의 하부에 상기 파장 변환 소재를 접합하는, 제조 방법.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 파장 변환층은,
    R(red) 색상에 대응되는 파장 변환층, G(green) 색상에 대응되는 파장 변환층, B(blue) 색상에 대응되는 파장 변환층 및 W(white) 색상에 대응되는 파장 변환층 중 하나인, 제조 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    외부 전원을 입력받도록 상기 발광 다이오드의 하부에 복수의 패드를 형성하는 단계;를 더 포함하는, 제조 방법.
  10. 제2항에 있어서,
    상기 파장 변환층은,
    II-VI족 반도체 물질인, 제조 방법.
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
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