KR102397369B1 - 플립칩 구조를 갖는 led 픽셀 소자 - Google Patents

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Abstract

LED 픽셀 소자가 개시된다. 이 LED 픽셀 소자는, 상면에 광 방출면을 포함하고 저면에 n형 전극패드와 p형 전극패드를 포함하는 제1 LED칩; 상면에 광 방출면을 포함하고 저면에 n형 전극패드와 p형 전극패드를 포함하는 제2 LED칩; 상면에 광 방출면을 포함하고 저면에 n형 전극패드와 p형 전극패드를 포함하는 제3 LED칩; 및 상기 제1 LED칩, 상기 제2 LED칩 및 상기 제3 LED칩들의 측면들 사이에서 광이 섞이는 것을 억제하도록, 상기 제1 LED칩의 측면, 상기 제2 LED칩의 측면 및 상기 제3 LED칩의 측면을 둘러싸도록 형성된 광 쉴드를 포함하며, 상기 제1 LED칩, 상기 제2 LED칩 및 상기 제3 LED칩은 서로 다른 색의 광을 발하며, 상기 광 쉴드의 상면에서는 상기 제1 LED칩, 상기 제2 LED칩 및 상기 제3 LED의 광 방출면이 상기 광 쉴드의 외측으로 노출되고, 상기 광 쉴드의 저면에서는 상기 제1 LED칩, 상기 제2 LED칩 및 상기 제3 LED의 n형 전극패드와 p형 전극패드가 상기 광 쉴드의 외측으로 노출된다.

Description

플립칩 구조를 갖는 LED 픽셀 소자{LED pixel device having flip-chip structure}
본 발명은 LED 픽셀 소자에 관한 것으로서, 더 상세하게는, 플립칩 구조를 포함하고, LED 디스플레이 장치에서 하나의 픽셀(pixel)을 구성하는 LED 픽셀 소자에 관한 것이다.
통상적인 풀-컬러 LED 디스플레이 장치에 있어서, 각 픽셀은 적색 LED, 녹색 LED 및 청색 LED로 구성된다. 또한, 근래 들어서는, 적색 LED, 녹색 LED, 청색 LED 및 백색 LED로 각 픽셀을 구성하는 LED 디스플레이 장치도 제안된 바 있다.
통상은 적색 LED, 녹색 LED 및 청색 LED 각각이 패키지 단위로 제작되어 기판 상에 실장되는데, 이 경우, 각 픽셀을 구성하는 LED들 사이가 멀어져 고품질의 해상도를 얻기 어렵다. 그리고 패키지 단위의 LED들로 픽셀을 구성할 경우, 최근 주목 받고 있는 마이크로 LED 디스플레이 장치에 적용이 어려웠다. 또한, 각각이 적색, 녹색 또는 적색의 단일 LED칩을 포함하는 LED 패키지들을 예컨대 전사 프린팅 기술을 이용하여 기판 상에 어레이하여 디스플레이 장치를 구현할 경우, 공정 시간의 증가로 인해 생산성이 떨어지는 문제점이 있다.
이에 대하여 종래에 적색 LED칩, 녹색 LED칩 및 청색 LED칩을 기판 상에 직접 어레이하는 기술이 제안된 바 있다. 이러한 기술은 리드프레임들 및 그 리드프레임들을 지지하는 구조로 인한 부피 증가를 없애, 픽셀 내 LED 간격 및 픽셀 간 간격을 줄이는데 크게 기여한다. 그러나, 이 기술은 다수의 LED칩들을 개별적으로 기판 상에 실장하여야 하므로 작업 시간이 과도하게 길어져 생산성이 떨어지는 문제점이 있다. 또한, 이 기술은 외부의 노이즈 광 유입으로 인해 디스플레이 장치의 영상 품질이 저해될 우려가 큰 문제점이 있다. 또한, 이 기술은 기판 상에 실장된 각 LED칩들 각각을 실리콘 수지와 같은 봉지재료로 봉지하는 것이 것이 필요한데, 이때, 봉지재에 굴곡이 발생할 우려가 높다는 문제점이 있다. 또한, 서로 다른 파장을 발하면서 서로 이웃하게 배치된 LED칩들 사이에 원치 않는 광 혼합이 발생할 우려가 있다.
본 발명이 해결하는 과제는, LED 디스플레이 장치에 적용될 때, 픽셀들 사이의 거리, 그리고, 각 픽셀 내 LED칩들 사이의 거리를 최소화할 있으면서도, 하나의 픽셀을 구성하는 LED칩들을 통합적으로 구비하여 그 LED칩들이 외부 기판 상에 한꺼번에 실장될 수 있는, 플립칩 구조를 갖는 LED 픽셀 소자를 제공하는 것이다.
본 발명의 일측면에 따른 LED 픽셀 소자는, 상면에 광 방출면을 포함하고 저면에 n형 전극패드와 p형 전극패드를 포함하는 제1 LED칩; 상면에 광 방출면을 포함하고 저면에 n형 전극패드와 p형 전극패드를 포함하는 제2 LED칩; 상면에 광 방출면을 포함하고 저면에 n형 전극패드와 p형 전극패드를 포함하는 제3 LED칩; 및 상기 제1 LED칩, 상기 제2 LED칩 및 상기 제3 LED칩들의 측면들 사이에서 광이 섞이는 것을 억제하도록, 상기 제1 LED칩의 측면, 상기 제2 LED칩의 측면 및 상기 제3 LED칩의 측면을 둘러싸도록 형성된 광 쉴드를 포함하며, 상기 제1 LED칩, 상기 제2 LED칩 및 상기 제3 LED칩은 서로 다른 색의 광을 발하며, 상기 광 쉴드의 상면에서는 상기 제1 LED칩, 상기 제2 LED칩 및 상기 제3 LED의 광 방출면이 상기 광 쉴드의 외측으로 노출되고, 상기 광 쉴드의 저면에서는 상기 제1 LED칩, 상기 제2 LED칩 및 상기 제3 LED의 n형 전극패드와 p형 전극패드가 상기 광 쉴드의 외측으로 노출된다.
일 실시예에 따라, 상기 광 쉴드는 광 흡수 재료를 포함하는 수지에 의해 형성될 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 제1 LED칩, 상기 제2 LED칩 및 상기 제3 LED칩의 광 방출면을 덮도록 상기 광 쉴드의 상면에 형성된 광 투과막을 더 포함하며, 상기 광 투과막은 외부 광의 유입을 줄이기 위한 광 흡수 재료를 포함한다.
일 실시예에 따라, 상기 제1 LED칩, 상기 제2 LED칩 및 상기 제3 LED칩의 광 방출면을 덮도록 상기 광 쉴드의 상면에 형성된 광 투과막을 더 포함하고, 상기 광 투과막과 상기 광 쉴드는 서로 동일한 광 흡수성 재료를 포함하되, 상기 광 흡수성 재료는 상기 광 투과막보다 상기 광 쉴드에 더 큰 비율로 포함된다.
일 실시예에 따라, 상기 광 쉴드는 블랙 카본 4~6 중량 %를 포함하는 실리콘 수지 재료에 의해 형성된다.
일 실시예에 따라, 상기 광 쉴드는 블랙 카본 4~6 중량 %와 SiO2 1~2 중량%을 포함하는 에폭시 수지 재료에 의해 형성된다.
일 실시에에 따라, 상기 광 투과막의 두께 t2는 상기 광 쉴드의 두께 t1의 1~2배인 것이 바람직하다.
일 실시예에 따라, 상기 제1 LED칩, 상기 제2 LED칩 및 상기 제3 LED칩 각각의 종폭 w2은 상기 제1 LED칩, 상기 제2 LED칩 및 상기 제3 LED칩 각각의 종폭 w1의 2 내지 4 배인 것이 바람직하다.
일 실시예에 따라, 상기 제1 LED칩, 상기 제2 LED칩 및 상기 제3 LED칩 각각의 횡폭 w1은 상기 제1 LED칩과 상기 제2 LED칩 사이 또는 상기 제2 LED칩과 상기 제3 LED 칩 사이 간격 b1보다 작은 것이 바람직하다.
일 실시예에 따라, 상기 제1 LED칩, 상기 제2 LED칩 및 상기 제3 LED칩 각각의 횡폭이 w1이고, 상기 제1 LED칩과 상기 제2 LED칩 사이 또는 상기 제2 LED칩과 상기 제3 LED 칩 사이 간격이 b1이고, 상기 광 쉴드의 횡방향 마진 폭이 b2일 때, b1 > w1 > b2인 것이 바람직하다.
일 실시예에 따라, 상기 제1 LED칩, 상기 제2 LED칩 및 상기 제3 LED칩 각각의 횡폭이 w1이고, 상기 제1 LED칩, 상기 제2 LED칩 및 상기 제3 LED칩 각각의 종폭이 w2이고, 상기 제1 LED칩과 상기 제2 LED칩 사이 또는 상기 제2 LED칩과 상기 제3 LED 칩 사이 간격이 b1이고, 상기 광 쉴드의 횡방향 마진 폭이 b2이고, 상기 광 쉴드의 종방향 마진 폭이 b3일 때, w2 > b1 > w1> b2 > b3인 것이 바람직하다.
일 실시예에 따라, 상기 광 방출면은 외부 공기와 직접 접해 있을 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 제1 LED칩은 적색 LED칩이고, 상기 제2 LED칩은 녹색 LED칩이며, 상기 제3 LED칩은 청색 LED칩일 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 적색 LED칩은 위를 향해 차례로 n형 반도체층, 활성층, p형 반도체층 및 투광성 기판을 갖는 에피 구조물을 포함하며, 상기 에피 구조물의 저면에는 n형 전극패드가 형성되는 n형 영역과 p형 전극패드가 형성되는 p형 영역이 모두 형성되되, 상기 n형 영역은 상기 n형 반도체층의 저면을 덮고 있는 절연층 일부가 제거된 영역으로 한정되고, 상기 p형 영역은 상기 에피 구조물에 형성된 절개부를 통해 상기 p형 반도체층 연결되는 배선부가 n형 반도체층의 저면을 덮고 있는 절연층과 접하는 영역으로 한정되며, 상기 광 방출면은 상기 투광성 기판의 노출 표면을 포함하며, 상기 n형 영역에 형성된 n형 전극패드와 상기 p형 영역에 형성된 p형 전극패드는, 상기 n형 영역과 상기 p형 영역의 단차를 보상하여, 동일 평면 상에 놓이는 면을 갖도록, 서로 다른 두께로 형성된다.
일 실시예에 따라, 상기 녹색 LED칩 및 상기 청색 LED칩 각각은 위를 향해 차례로 p형 반도체층, 활성층, n형 반도체층 및 투광성 기판을 갖는 에피 구조물을 포함하며, 상기 에피 구조물의 저면에는 상기 p형 반도체층과 상기 활성층이 영역적으로 제거되어 형성된 단차 구조에 의해 n형 전극패드가 형성되는 n형 영역과 p형 전극패드가 형성되는 p형 영역이 모두 형성되며, 상기 광 방출면은 상기 투광성 기판의 노출 표면을 포함하며, 상기 n형 영역에 형성된 n형 전극패드와 상기 p형 영역에 형성된 p형 전극패드는, 상기 n형 영역과 상기 p형 영역의 단차를 보상하여, 동일 평면 상에 놓이는 면을 갖도록, 서로 다른 두께로 형성된다.
본 발명의 일측면에 따른 LED 픽셀 소자 제조방법은 블랙 카본을 포함하는 에폭시 또는 실리콘 수지 쉬트로 이루어진 광 투과막을 준비하고; 적색 LED칩, 녹색 LED칩 및 청색 LED칩이 하나의 그룹을 이루도록, 그리고, 각 LED칩의 전극패드들이 상기 광 투과막과 마주하는 방향의 반대측 방향으로 향하도록, 다수의 LED칩을 광 투과막 상에 어레이하고; 상기 광 투과막 상에 어레이된 LED칩들 사이를 모두 채우도록 광 쉴드를 형성하여 쉬트형 구조물을 제작하고; 상기 쉬트형 구조물을 상기 적색 LED칩, 상기 녹색 LED칩 및 상기 청색 LED칩 하나씩 어레이된 그룹 단위로 절단하여 복수개의 LED 픽셀 소자를 제조한다.
본 발명의 또 다른 측면에 따라, 상면에 광 방출면을 포함하고 저면에 n형 전극패드와 p형 전극패드를 포함하는 적색 LED칩; 상면에 광 방출면을 포함하고 저면에 n형 전극패드와 p형 전극패드를 포함하는 녹색 LED칩; 상면에 광 방출면을 포함하고 저면에 n형 전극패드와 p형 전극패드를 포함하는 청색 LED칩; 및 상기 적색 LED칩, 상기 녹색 LED칩 및 상기 청색 LED칩 각각의 p형 전극패드 및 n형 전극패드를 노출시킨 상태로 상기 적색 LED칩, 상기 녹색 LED칩 및 상기 청색 LED칩을 한꺼번에 봉지하는 몰딩재를 포함하는 LED 픽셀 소자가 제공된다.
일 실시예에 따라, 상기 몰딩재는 외부 광 유입을 줄이는 블랙 카본을 포함하는 투광성 수지 재료에 의해 형성된다.
본 발명에 따르면, LED 디스플레이 장치에 적용될 때, 픽셀들 사이의 거리, 그리고, 각 픽셀 내 서브픽셀들 사이의 거리를 최소화할 있는 LED 픽셀 소자가 제공되며, 이 LED 픽셀 소자는 일반 LED 디스플레이 장치는 물론이고 마이크로 LED 디스플레이 장치에 적용할 수 있다. 본 발명에 따르면, 픽셀 크기를 UHD급 디스플레이로 적용할 수 있는 크기로까지 줄일 수 있다. 또한, 본 발명에 따르면, 제조 공정이 간단하다는 장점이 있다. 또한, 서브픽셀을 구성하는 LED칩들 사이에 광 간섭을 거의 완전히 차단할 수 있다. 또한, 광이 방출되는 영역에 블랙 카본과 같은 광 흡수성 재료를 포함하는 투광성 수지를 적용하여, 외부 광의 유입으로 인한 영상 풀질 저하의 문제를 해결한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 픽셀 소자를 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 픽셀 소자를 도시한 저면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 픽셀 소자를 도시한 단면도이다.
도 4a, 도 4b 및 도 4c는 도 3의 a-a, b-b, c-c를 따라 취해진 단면도들이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 픽셀 소자 제조방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 픽셀 소자의 광 쉴드 두께와 광 투과막 두께 사이의 관계, LED칩들의 횡폭, 칩간 간격, 광 쉴드의 횡방향 마진 폭 및/또는 광 쉴드의 종방향 마진 폭 사이의 관계를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 LED 픽셀 소자를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 LED 픽셀 소자를 설명하기 위한 도면이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 픽셀 소자를 도시한 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 픽셀 소자를 도시한 저면도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 픽셀 소자를 도시한 단면도이고, 도 4a, 도 4b 및 도 4c는 도 3의 a-a, b-b, c-c를 따라 취해진 단면도들이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 픽셀 소자 제조방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 픽셀 소자(1)는 크게 광 쉴드(100)와, 적색 LED칩(200), 녹색 LED칩(300) 및 청색 LED칩(400)과, 광 투과막(500)을 포함한다.
상기 광 쉴드(100)는 서로 평행한 상면과 하면을 포함하고, 또한, 상기 상면으로부터 상기 하면까지 수직으로 나란하게 형성된 제1 수직홀(101), 제2 수직홀(102) 및 제3 수직홀(103)을 포함한다. 상기 적색 LED칩(200), 녹색 LED칩(300) 및 청색 LED칩(400)은 서로 나란하게 그리고 상기 제1 수직홀(101), 상기 제2 수직홀(102) 및 상기 제3 수직홀(103) 각각을 메우는 형태로 위치한다.
또한, 상기 광 투과막(500)은 상기 적색 LED칩(200), 녹색 LED칩(300) 및 청색 LED칩(400)의 상면을 덮도록 상기 광 쉴드(100)의 상면에 형성된다. 또한, 상기 적색 LED칩(200), 상기 녹색 LED칩(300) 및 상기 청색 LED칩(400) 각각은 외부의 회로 기판(미도시함) 상에 플립칩 본딩될 수 있도록 플립칩 구조를 포함한다.
상기 적색 LED칩(200)은 에피 구조물(220)과, 상기 에피 구조물(220)의 저면에 형성된 n형 전극패드(232) 및 p형 전극패드(234)를 포함한다. 상기 에피 구조물(220)은 n형 반도체층(221), 활성층(222), p형 반도체층(223) 및 투광성 기판(224)을 차례대로 포함하며, 저면에는 n형 영역과 p형 영역이 모두 형성된다. 상기 n형 영역은 n형 반도체층(221)의 저면을 덮고 있는 절연층(I)의 일부가 제거된 영역으로 한정되고, p형 영역은 식각 등에 의해 에피 구조물에 형성된 절개부(H)를 통해 p형 반도체층(223)과 연결되는 배선부(W)가 n형 반도체층(221)의 저면을 덮고 있는 절연층(I)과 접하는 영역으로 한정된다. 상기 에피 구조물(220)의 상면은 투광성 기판(224)의 노출 표면으로서 광 방출면을 형성한다.
상기 에피 구조물(220) 저면의 n형 영역에는 n형 전극패드(232)가 형성되고 상기 에피 구조물(220) 저면의 p형 영역에는 p형 전극패드(234)가 형성된다. 상기 p형 전극패드(234)와 상기 n형 전극패드(232)는, 상기 n형 영역과 상기 p형 영역 간의 단차를 보상하여 n형 전극패드(232)와 p형 전극패드(234)가 동일 평면 상에 놓이는 면을 갖도록, 서로 다른 두께로 형성된다. 상기 에피 구조물(220)은, GaAs 기판을 성장기판으로 이용하여 성장된 반도체층들을 n형 반도체층, 활성층 및 p형 반도체층으로 포함하되, GaAs 기판이 제거되는 대신 그 반대편에 지지 기판인 투광성 기판(224)이 결합된 것이 이용된다. 투광성 기판(224)은 사파이어 기판이 선호된다. 상기 p형 전극패드(234)와 상기 n형 전극패드(232)는 상기 광 쉴드(100)의 저면 측에서 아래로 노출되어 외부 기판 상의 전극들에 플립칩 본딩된다.
상기 녹색 LED칩(300)은 에피 구조물(320)과, 상기 에피 구조물(320)의 저면에 형성된 n형 전극패드(332) 및 p형 전극패드(334)를 포함한다. 상기 에피 구조물(320)은 p형 반도체층(321), 활성층(322), n형 반도체층(323) 및 투광성 기판(324)을 차례대로 포함하며, 저면에는 p형 반도체층(321)과 활성층(322)이 영역적으로 제거되어 형성된 단차 구조에 의해 n형 영역과 p형 영역이 모두 형성된다. 상기 에피 구조물(220)의 상면은 투광성 기판(324)의 표면을 포함한다.
상기 에피 구조물(320) 저면의 n형 영역에는 n형 전극패드(332)가 형성되고 상기 에피 구조물(320) 저면의 p형 영역에는 p형 전극패드(334)가 형성된다. 상기 p형 전극패드(334)와 상기 n형 전극패드(332)는, 상기 n형 영역과 상기 p형 영역 간의 단차를 보상하여 n형 전극패드(332)와 p형 전극패드(334)가 동일 평면 상에 놓이는 면을 갖도록, 서로 다른 두께로 형성된다. 상기 투광성 기판(324)는 사파이어 기판이고, 상기 n형 반도체층(323), 상기 활성층(322) 및 상기 p형 반도체층(321)을 차례대로 포함하는 에피층은 상기 사파이어 기판 상에서 차례로 성장되는 질화갈륨계 반도체층들로 이루어진다.
상기 녹색 LED 칩(300)에 있어서, 활성층(322)은 청색 LED 칩과 비교해 In의 조성비를 높게 한 InxGa(1-x)N 우물층을 포함한다. 상기 p형 전극패드(334)와 상기 n형 전극패드(332)는 상기 광 쉴드(100)의 저면 측에서 아래로 노출되어 외부 기판 상의 전극들에 플립칩 본딩된다.
상기 청색 LED칩(400)은 에피 구조물(420)과, 상기 에피 구조물(420)의 저면에 형성된 n형 전극패드(432) 및 p형 전극패드(434)를 포함한다. 상기 에피 구조물(420)은 p형 반도체층(421), 활성층(422), n형 반도체층(423) 및 투광성 기판(424)을 차례대로 포함하며, 저면에는 p형 반도체층(421)과 활성층(422)이 영역적으로 제거되어 형성된 단차 구조에 의해 n형 영역과 p형 영역이 모두 형성된다. 상기 에피 구조물(420)의 상면은 투광성 기판(424)의 표면을 포함한다.
상기 에피 구조물(420) 저면의 n형 영역에는 n형 전극패드(432)가 형성되고 상기 에피 구조물(420) 저면의 p형 영역에는 p형 전극패드(434)가 형성된다. 상기 p형 전극패드(434)와 상기 n형 전극패드(432)는, 상기 n형 영역과 상기 p형 영역 간의 단차를 보상하여 n형 전극패드(432)와 p형 전극패드(434)가 동일 평면 상에 놓이는 면을 갖도록, 서로 다른 두께로 형성된다. 상기 투광성 기판(424)는 사파이어 기판이고, 상기 n형 반도체층(423), 상기 활성층(422) 및 상기 p형 반도체층(421)을 차례대로 포함하는 에피층은 상기 사파이어 기판 상에서 차례로 성장되는 질화갈륨계 반도체층들로 이루어진다.
청색 LED 칩(400)에 있어서, 활성층(422)은 녹색 LED 칩과 비교해 In의 조성비를 낮게 한 InxGa(1-x)N 우물층을 포함한다. 상기 p형 전극패드(434)와 상기 n형 전극패드(432)는 상기 광 쉴드(100)의 저면 측에서 아래로 노출되어 외부 기판 상의 전극들에 플립칩 본딩된다.
한편, 상기 광 쉴드(100)는 광 흡수성 성형 재료인 절연성 블랙 수지 재료를 이용하여 형성된다. 상기 광 쉴드(100)의 형성을 위해, 광 투과막 상에 일정 간격으로 미리 배열된 LED칩들(200, 300, 400) 사이를 액상 또는 겔상을 갖는 광 흡수성 성형 재료로 채우고, 이 액상 또는 겔상의 광 흡수성 성형 재료를 굳혀 상기 광 쉴드(100)를 성형한다. 전술한, 제1 수직홀(101), 제2 수직홀(102) 및 제3 수직홀(103)은 상기 광 쉴드(100) 성형시 상기 LED칩들(200, 300, 400)의 점유에 의해 광 흡수성 성형 재료가 채워지지 않는 공간을 의미한다. 상기 LED칩들(200, 300, 400)의 투광성 기판(224, 324, 424)는 상기 광 쉴드(100)의 상면에서 상측으로 노출된 채 광 투과막(500)과 접해 있게 되고, 상기 LED칩들(200, 300, 400)의 전극패드들(232 및 234, 332 및 334, 432 및 434)은 상기 광 쉴드(100) 저면에서 하측으로 노출된다.
상기 광 투과막(500)은, 상기 광 쉴드(100)의 상면과, 상기 적색 LED칩(200), 상기 녹색 LED칩(300) 및 상기 청색 LED칩(400)의 상면들을 덮도록, 상기 광 쉴드(100)의 상면에 제공된다. 상기 광 투과막(500)은 미리 제작된 실리콘 수지 쉬트 또는 에폭시 수지 쉬트를 포함하며, 외부 광 유입으로 인한 문제점을 막기 위해, 외부 광을 흡수하는 블랙 카본 입자들을 포함하는 것이 바람직하다. 상기 광 투과막(500)은 블랙 카본 0.05 ~ 0.2 중량 %, 바람직하게는, 0.1 중량%를 포함하는 에폭시 수지 쉬트 또는 실리콘 수지 쉬트로 이루어지는 것이 바람직하다.
도 5를 참조하여 전술한 LED 픽셀 소자 제조방법을 설명한다.
먼저, 도 5의 (a)와 같이, 블랙 카본 0.05 ~ 0.2 중량 %를 포함하는 에폭시 또는 실리콘 수지 쉬트로 이루어진 광 투과막(500)이 준비된다.
다음, 도 5의 (b)와 같이, 적색 LED칩(200), 녹색 LED칩(300) 및 청색 LED칩(400)이 하나의 그룹을 이루도록, 다수의 LED칩(200, 300, 400)이 광 투과막(500) 상에 어레이된다. 이때, 적색 LED칩(200), 녹색 LED칩(300) 및 청색 LED칩(400) 각각은 투광성 기판(224, 324 및 424; 도 4a, 도 4b 및 도 4c 참조)이 상기 광 투과막(500)과 접해 있도록 그리고 그 반대편 전극패드들(232 및 234, 332 및 334, 432 및 434; 도 4a, 도 4b 및 도 4c 참조)이 상기 광 투과막(500)과 반대편에 있도록 배치된다.
다음, 도 5의 (c)와 같이, 상기 광 투과막(500) 상에 어레이된 LED칩(200, 300, 400)들 사이를 모두 채우도록, 다량의 블랙카본과 실리콘 또는 에폭시 수지를 포함하는 액상 또는 겔상의 광흡수성 블랙 (수지) 재료를 이용하여 상기 전극패드들을 노출시키는 수직홀들이 형성된 층상의 광 쉴드(100)를 만든다. 이때, 광흡수성 블랙 수지 재료를 이용하여 광 쉴드(100)를 형성함에 있어서는 다양한 방식이 채용될 수 있는데, 예컨대, 상기 광 투과막(500) 상에 어레이된 LED칩(200, 300, 400)들 사이로 액상 또는 겔상의 광흡수성 블랙 수지 재료를 흐르게 하고 그 액상 또는 겔상의 광흡수성 블랙 수지 재료를 LED칩(200, 300, 400)들의 전극패드들 상단 높이 이하의 높이에서 굳혀 광 쉴드(100)를 형성하는 방식, 또는 LED칩들(200, 300, 400)과 그들의 전극패드들을 모두 덮도록 액상 또는 겔상의 광흡수성 블랙 수지 재료를 도포한 후 상기 LED 칩들(200, 300, 400)의 전극패드들을 덮는 수지 재료를 스퀴즈로 밀어 제거한 후, 상기 수지 재료를 광 쉴드(100)를 형성하는 방식이 이용될 수 있다.
이때, 광 흡수성 수지 재료는 블랙 카본 4~6 중량 %를 포함하는 실리콘 수지 또는 블랙 카본 4~6 중량 %와 SiO2 1~2 중량%을 포함하는 에폭시 수지가 선호된다.
전술한 공정들에 의해 쉬트형 구조물(S)이 얻어지며, 이 쉬트형 구조물 내에서, 광의 방출이 이루어지는 LED칩(200, 300, 400)들의 투광성 기판의 표면은 소량의 카본 블랙 입자를 포함하는 광 투과막(500)과 접해 있고, LED칩들(200, 300, 400)의 전극패드들은 수직홀들을 통해 광 쉴드(100) 외측으로 노출된다.
다음, 도 5의 (d)와 같이, 적색 LED칩(200), 녹색 LED칩(300) 및 청색 LED칩(400)이 하나씩 어레이된 그룹 단위로 상기 쉬트형 구조물(S)을 예컨대 쏘잉(sawing) 방식으로 절단하여, 복수개의 LED 픽셀 소자(1)를 제조할 수 있다.
위와 같이 제작된 LED 픽셀 소자(1)는 적색 LED칩(200), 녹색 LED칩(300) 및 청색 LED칩(400)들이 광 쉴드(100)에 의해 측면 방향으로 격리되어 있고, 적색 LED칩(200), 녹색 LED칩(300) 및 청색 LED칩(400)들의 투광성 기판들과 접하면서 광 쉴드(100)의 수직홀들 일측을 덮고 있는 광 투과막(500)을 통해 적색 LED칩(200), 녹색 LED칩(300) 및/또는 청색 LED칩(400)에서 나온 광의 방출이 허용되며, 수직홀들 타측을 통해 적색 LED칩(200), 녹색 LED칩(300) 및 청색 LED칩(400)들의 전극패드들이 노출된다.
위와 같이 제작된 LED 픽셀 소자(1)는 디스플레이 장치에 각각 단위 픽셀로 적용되어, 픽셀들 사이의 거리, 그리고, 각 픽셀 내 LED칩들(200, 300, 400) 사이의 거리를 최소화할 있으면서도, 하나의 픽셀을 구성하는 LED칩들(200, 300, 400)을 통합적으로 구비하여, 그 LED칩들이 외부 기판 상에 한꺼번에 실장될 수 있도록 해준다. 특히, 본 실시예에 따른 LED 픽셀 소자(1)를 전사 프린팅을 이용하여 외부의 회로 기판에 실장하는 경우, 임의의 위치에 미리 어레이된 다수의 LED 픽셀 소자(1)를 캐리어 테이프에 붙여 이동시킨 후, 다른 위치에 있는 회로 기판에 재 어레이하는 것이 가능하다.
또한, 위와 같은 픽셀 소자(1)는 카본 블랙과 같은 광 차단 또는 광 흡수 재료가 포함된 하나의 광 투과막(500)이 전체 LED칩들(200, 300, 400)을 덮어 보호하므로, 외부 광 유입이 우려되는 환경의 디스플레이 장치에 매우 유리하게 이용될 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 픽셀 소자의 광 쉴드 두께와 광 투과막 두께 사이의 관계, LED칩들의 횡폭, 칩간 간격, 광 쉴드의 횡방향 마진 폭 및/또는 광 쉴드의 종방향 마진 폭 사이의 관계를 설명하기 위한 도면이다.
도 6을 참조하면, 광 쉴드(100)의 두께가 t1이고 외부 광의 유입을 차단하도록 블랙 카본 0.05 ~ 0.2 중량 %를 포함하는 광 투과막(500)의 두께가 t2라 하면, 광 쉴드(100)의 두께 t1와 광 투과막(500)의 두께 t2는 t2/t1는 1~2의 관계를 갖는다. t2/t1가 2를 초과할 경우, 광 투과막(500) 내에서의 광 손실이 많아져 효율이 크게 떨어진다. t2/t1가 1미만인 경우, 광 투과막(500)에 포함된 블랙 카본의 양도 함께 적어져서 외부 광 유입으로 인한 품질 저하가 초래될 수 있다.
다시 도 6을 참조하면, LED칩(200, 300 또는 400) 각각의 횡폭이 w1이고, 상기 LED칩(200, 300 또는 400) 각각의 종폭이 w2이고, 이웃하는 LED칩들(200과 300 또는 300과 400) 사이의 간격, 즉, 이웃하는 LED칩들 사이의 광 쉴드 폭이 b1이고, 광 쉴드(100)의 횡방향 마진 폭이 b2이고, 광 쉴드(100)의 종방향 마진 폭이 b3라 하면, w2 = (2~4) *w1의 관계와, w2 > b1 > w1> b2 > b3의 관계를 갖는 것이 바람직하다.. 상기 LED칩(200, 300 또는 400)의 어레이 방향(횡방향)과 같은 횡방향으로의 LED칩(200, 300 또는 400) 폭, 즉, 횡폭 w1이 상기 LED칩(200, 300 또는 400)의 종폭 w2의 1/2배보다 크거나 1/4배보다 작으면, LED칩(200, 300 또는 400) 각각이 서브픽셀의 기능을 제대로 하지 못하게 된다. 또한, 이웃하는 LED칩들(200과 300 또는 300과 400) 사이의 간격 b1이 LED칩들(200, 300, 400) 각각의 횡폭 W1보다 커야만, LED칩들(200과 300 또는 300과 400)에서 나온 광들이 의도치 않게 혼합되는 것을 막을 수 있다. 또한, 광 쉴드(100)의 횡방향 마진 폭이 b2와 광 쉴드(100)의 종방향 마진 폭이 b3가 상기 LED칩(200, 300 또는 400) 각각의 횡폭 w1, 더 나아가서는, 이웃하는 LED칩들(200과 300 또는 300과 400) 사이의 간격 b1보다 큰 경우, 해당 LED 픽셀 소자를 다른 LED 픽셀 소자와 이웃하게 배치할 때, 그 이웃하는 LED 픽셀 소자들의 LED칩들 간격 조절에 제한이 뒤따르게 된다. 다시 말해, 이웃하는 LED 픽셀 소자들의 두 이웃하는 LED칩들 간격을 좁히는 간격 조절에 제한이 뒤따르게 된다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 LED 픽셀 소자를 설명하기 위한 도면이다.
도 7을 참조하면, 본 실시예에 따른 LED 픽셀 소자(1)는 앞선 실시예와 마찬가지로 광 쉴드(100)와, 적색 LED칩(200), 녹색 LED칩(300) 및 청색 LED칩(400)을 포함하되, 광 투과막이 생략되어, 적색 LED칩(200), 녹색 LED칩(300) 및 청색 LED칩(400)의 투광성 기판에 존재하는 광 방출면이 그대로 외부 공기와 직접 접하도록 노출된다. 이러한 LED 픽셀 소자(1)는 광 쉴드(100)를 성형하기 전에 적색 LED칩(200), 녹색 LED칩(300) 및 청색 LED칩(400)을 임시 지지 기판 또는 쉬트에 어레이 한 후 그 위에 광 쉴드(100)를 성형한 후 상기 임시 지지 기판 또는 쉬트를 제거하는 방식을 이용하여 만들 수 있다. 이러한 LED 픽셀 소자(1)는 외부 광 유입이 적은 조건에 유리하게 이용될 수 있다. 본 실시예에 따른 LED 픽셀 소자(1)의 나머지 구성들은 앞선 실시예의 LED 픽셀 소자의 구성들과 실질적으로 같거나 유사하다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 LED 픽셀 소자를 설명하기 위한 도면이다.
도 8을 참조하면, 본 실시예에 따른 LED 픽셀 소자(1)는 앞선 실시예와 마찬가지로 적색 LED칩(200), 녹색 LED칩(300) 및 청색 LED칩(400)을 포함하되, 앞선 실시예들의 광 쉴드 및 광 투과막 대신에 전극패드들을 제외하고 상기 적색 LED칩(200), 상기 녹색 LED칩(300) 및 상기 청색 LED칩(400)을 한꺼번에 봉지하는 몰딩재(600)이 이용된다. 상기 몰딩재(600)는 블랙 카본 0.05 ~ 0.2 중량 %, 바람직하게는, 0.1 중량%를 포함하는 에폭시 수지 쉬트 또는 실리콘 수지 쉬트로 이루어지는 것이 바람직하다. 이와 같은 LED 픽셀 소자(1)는 LED칩들간 이격 거리가 충분한 경우 또는 각 LED칩의 측면에 광 차단부가 적용된 경우에 유리하게 이용될 수 있다.
100: 광 쉴드 200: 적색 LED칩(제1 LED칩)
300: 녹색 LED칩(제2 LED칩) 400: 청색 LED칩(제3 LED칩)
500: 광 투과막 600: 몰딩재
220, 320, 420: 에피 구조물
232, 234, 332, 334, 432, 434: 전극패드

Claims (18)

  1. 상면에 광 방출면을 포함하고 저면에 n형 전극패드와 p형 전극패드를 포함하는 제1 LED칩;
    상면에 광 방출면을 포함하고 저면에 n형 전극패드와 p형 전극패드를 포함하는 제2 LED칩;
    상면에 광 방출면을 포함하고 저면에 n형 전극패드와 p형 전극패드를 포함하는 제3 LED칩; 및
    상기 제1 LED칩, 상기 제2 LED칩 및 상기 제3 LED칩들의 측면들 사이에서 광이 섞이는 것을 억제하도록, 상기 제1 LED칩의 측면, 상기 제2 LED칩의 측면 및 상기 제3 LED칩의 측면을 둘러싸도록 형성된 광 쉴드를 포함하며,
    상기 제1 LED칩, 상기 제2 LED칩 및 상기 제3 LED칩은 서로 다른 색의 광을 발하며, 상기 광 쉴드의 상면에서는 상기 제1 LED칩, 상기 제2 LED칩 및 상기 제3 LED의 광 방출면이 상기 광 쉴드의 외측으로 노출되고, 상기 광 쉴드의 저면에서는 상기 제1 LED칩, 상기 제2 LED칩 및 상기 제3 LED의 n형 전극패드와 p형 전극패드가 상기 광 쉴드의 외측으로 노출되며,
    상기 제1 LED칩, 상기 제2 LED칩 및 상기 제3 LED칩 중 적어도 하나는 적색 LED칩이고,
    상기 적색 LED칩은 위를 향해 차례로 n형 반도체층, 활성층, p형 반도체층 및 투광성 기판을 갖는 에피 구조물을 포함하며,
    상기 에피 구조물의 저면에는 n형 전극패드가 형성되는 n형 영역과 p형 전극패드가 형성되는 p형 영역이 모두 형성되되,
    상기 n형 영역은 상기 n형 반도체층의 저면을 덮고 있는 절연층 일부가 제거된 영역으로 한정되고,
    상기 p형 영역은 상기 에피 구조물에 형성된 절개부를 통해 상기 p형 반도체층과 연결되는 배선부가 n형 반도체층의 저면을 덮고 있는 절연층과 접하는 영역으로 한정되며,
    상기 광 방출면은 상기 투광성 기판의 노출 표면을 포함하며,
    상기 n형 영역에 형성된 n형 전극패드와 상기 p형 영역에 형성된 p형 전극패드는, 상기 n형 영역과 상기 p형 영역의 단차를 보상하여, 동일 평면 상에 놓이는 면을 갖도록, 서로 다른 두께로 형성된 것을 특징으로 하는 LED 픽셀 소자.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 광 쉴드는 광 흡수 재료를 포함하는 수지에 의해 형성된 것을 특징으로 하는 LED 픽셀 소자.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 제1 LED칩, 상기 제2 LED칩 및 상기 제3 LED칩의 광 방출면을 덮도록 상기 광 쉴드의 상면에 형성된 광 투과막을 더 포함하며, 상기 광 투과막은 외부 광의 유입을 줄이기 위한 광 흡수 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 픽셀 소자.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 제1 LED칩, 상기 제2 LED칩 및 상기 제3 LED칩의 광 방출면을 덮도록 상기 광 쉴드의 상면에 형성된 광 투과막을 더 포함하고, 상기 광 투과막과 상기 광 쉴드는 서로 동일한 광 흡수성 재료를 포함하되, 상기 광 흡수성 재료는 상기 광 투과막보다 상기 광 쉴드에 더 큰 비율로 포함되는 것을 특징으로 하는 LED 픽셀 소자.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 광 쉴드는 블랙 카본 4~6 중량 %를 포함하는 실리콘 수지 재료에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 LED 픽셀 소자.
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 광 쉴드는 블랙 카본 4~6 중량 %와 SiO2 1~2 중량%을 포함하는 에폭시 수지 재료에 의해 형성된 것을 특징으로 하는 LED 픽셀 소자.
  7. 청구항 4에 있어서, 상기 광 투과막의 두께 t2는 상기 광 쉴드의 두께 t1의 1~2배인 것을 특징으로 하는 LED 픽셀 소자.
  8. 청구항 1에 있어서, 상기 제1 LED칩, 상기 제2 LED칩 및 상기 제3 LED칩 각각의 종폭 w2은 상기 제1 LED칩, 상기 제2 LED칩 및 상기 제3 LED칩 각각의 횡폭 w1의 2 내지 4 배인 것을 특징으로 하는 LED 픽셀 소자.
  9. 청구항 1에 있어서, 상기 제1 LED칩, 상기 제2 LED칩 및 상기 제3 LED칩 각각의 횡폭 w1은 상기 제1 LED칩과 상기 제2 LED칩 사이 또는 상기 제2 LED칩과 상기 제3 LED 칩 사이 간격 b1보다 작은 것을 특징으로 하는 LED 픽셀 소자.
  10. 청구항 1에 있어서, 상기 제1 LED칩, 상기 제2 LED칩 및 상기 제3 LED칩 각각의 횡폭이 w1이고, 상기 제1 LED칩과 상기 제2 LED칩 사이 또는 상기 제2 LED칩과 상기 제3 LED 칩 사이 간격이 b1이고, 상기 광 쉴드의 횡방향 마진 폭이 b2일 때, b1 > w1 > b2인 것을 특징으로 하는 LED 픽셀 소자.
  11. 청구항 1에 있어서, 상기 제1 LED칩, 상기 제2 LED칩 및 상기 제3 LED칩 각각의 횡폭이 w1이고, 상기 제1 LED칩, 상기 제2 LED칩 및 상기 제3 LED칩 각각의 종폭이 w2이고, 상기 제1 LED칩과 상기 제2 LED칩 사이 또는 상기 제2 LED칩과 상기 제3 LED 칩 사이 간격이 b1이고, 상기 광 쉴드의 횡방향 마진 폭이 b2이고, 상기 광 쉴드의 종방향 마진 폭이 b3일 때, w2 > b1 > w1> b2 > b3인 것을 특징으로 하는 LED 픽셀 소자.
  12. 청구항 1에 있어서, 상기 광 방출면은 외부 공기와 직접 접해 있는 것을 특징으로 하는 LED 픽셀 소자.
  13. 청구항 1에 있어서, 상기 제1 LED칩은 적색 LED칩이고, 상기 제2 LED칩은 녹색 LED칩이며, 상기 제3 LED칩은 청색 LED칩인 것을 특징으로 하는 LED 픽셀 소자.
  14. 삭제
  15. 청구항 13에 있어서, 상기 녹색 LED칩 및 상기 청색 LED칩 각각은 위를 향해 차례로 p형 반도체층, 활성층, n형 반도체층 및 투광성 기판을 갖는 에피 구조물을 포함하며, 상기 에피 구조물의 저면에는 상기 p형 반도체층과 상기 활성층이 영역적으로 제거되어 형성된 단차 구조에 의해 n형 전극패드가 형성되는 n형 영역과 p형 전극패드가 형성되는 p형 영역이 모두 형성되며, 상기 광 방출면은 상기 투광성 기판의 노출 표면을 포함하며, 상기 n형 영역에 형성된 n형 전극패드와 상기 p형 영역에 형성된 p형 전극패드는, 상기 n형 영역과 상기 p형 영역의 단차를 보상하여, 동일 평면 상에 놓이는 면을 갖도록, 서로 다른 두께로 형성된 것을 특징으로 하는 LED 픽셀 소자.
  16. 삭제
  17. 상면에 광 방출면을 포함하고 저면에 n형 전극패드와 p형 전극패드를 포함하는 적색 LED칩;
    상면에 광 방출면을 포함하고 저면에 n형 전극패드와 p형 전극패드를 포함하는 녹색 LED칩;
    상면에 광 방출면을 포함하고 저면에 n형 전극패드와 p형 전극패드를 포함하는 청색 LED칩; 및
    상기 적색 LED칩, 상기 녹색 LED칩 및 상기 청색 LED칩 각각의 p형 전극패드 및 n형 전극패드를 노출시킨 상태로 상기 적색 LED칩, 상기 녹색 LED칩 및 상기 청색 LED칩을 한꺼번에 봉지하는 몰딩재를 포함하며,
    상기 적색 LED칩은 위를 향해 차례로 n형 반도체층, 활성층, p형 반도체층 및 투광성 기판을 갖는 에피 구조물을 포함하며,
    상기 에피 구조물의 저면에는 n형 전극패드가 형성되는 n형 영역과 p형 전극패드가 형성되는 p형 영역이 모두 형성되되,
    상기 n형 영역은 상기 n형 반도체층의 저면을 덮고 있는 절연층 일부가 제거된 영역으로 한정되고,
    상기 p형 영역은 상기 에피 구조물에 형성된 절개부를 통해 상기 p형 반도체층과 연결되는 배선부가 n형 반도체층의 저면을 덮고 있는 절연층과 접하는 영역으로 한정되며,
    상기 광 방출면은 상기 투광성 기판의 노출 표면을 포함하며,
    상기 n형 영역에 형성된 n형 전극패드와 상기 p형 영역에 형성된 p형 전극패드는, 상기 n형 영역과 상기 p형 영역의 단차를 보상하여, 동일 평면 상에 놓이는 면을 갖도록, 서로 다른 두께로 형성된 것을 특징으로 하는 LED 픽셀 소자.
  18. 청구항 17에 있어서, 상기 몰딩재는 외부 광 유입을 줄이는 블랙 카본을 포함하는 투광성 수지 재료에 의해 형성된 것을 특징으로 하는 LED 픽셀 소자.
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