KR102509639B1 - 발광소자 패키지 제조방법 - Google Patents

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본 발명의 일 실시예는, 성장용 기판 상에 각각 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층이 적층되며, 분리 영역을 갖는 복수의 반도체 발광부를 포함하며, 상기 성장용 기판과 접한 제1 면 및 상기 제1 면과 반대에 위치하는 제2 면을 갖는 셀 어레이를 형성하는 단계; 상기 성장용 기판을 제거하여 상기 제1 면을 노출시키는 단계; 상기 분리 영역에 대응되도록 상기 제1 면 상에 시드층(seed layer)을 형성하는 단계; 상기 복수의 반도체 발광부 상에 상기 시드층을 노출하는 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계; 상기 포토레지스트 패턴에 의해 노출된 영역에 도금을 진행하여 상기 복수의 반도체 발광부를 각각 분리하는 격벽 구조를 형성하는 단계; 상기 포토레지스트 패턴을 제거하여, 각각의 저면에 상기 복수의 반도체 발광부가 각각 노출된 상기 격벽 구조의 복수의 광방출창을 마련하는 단계; 및 상기 복수의 광방출창 내에 각각 파장변환물질을 충전하여 복수의 파장변환부를 형성하는 단계;를 포함하는 발광소자 패키지 제조방법을 제공한다.

Description

발광소자 패키지 제조방법{METHOD OF FABRICATING LIGHT EMITTING DEVICE PACKAGE}
본 발명의 기술적 사상은 발광소자 패키지 제조방법에 관한 것이다.
반도체 발광다이오드(LED)와 같은 발광소자는 조명 장치용 광원뿐만 아니라, 다양한 전자 제품의 광원으로 사용되고 있다. 특히, TV, 휴대폰, PC, 노트북 PC, PDA 등과 같은 각종 디스플레이 장치들을 위한 광원으로 널리 사용되고 있다.
종래의 디스플레이 장치는 주로 액정 디스플레이(LCD)로 구성된 디스플레이 패널과 백라이트로 구성되었으나, 최근에는 LED 소자를 그대로 하나의 픽셀로서 사용하여 백라이트가 별도로 요구되지 않는 형태로도 개발되고 있다. 이러한 디스플레이 장치는 컴팩트화할 수 있을 뿐만 아니라, 기존 LCD에 비해 광효율도 우수한 고휘도 디스플레이를 구현될 수 있다. 또한, 디스플레이 화면의 종횡비를 자유롭게 바꾸고 대면적으로 구현할 수 있으므로 다양한 형태의 대형 디스플레이로 제공할 수 있다.
본 발명의 해결하고자 하는 과제 중 하나는, 소형화가 용이한 발광소자 패키지 제조방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 일 실시예는, 성장용 기판 상에 각각 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층이 적층되며, 분리 영역을 갖는 복수의 반도체 발광부를 포함하며, 상기 성장용 기판과 접한 제1 면 및 상기 제1 면과 반대에 위치하는 제2 면을 갖는 셀 어레이를 형성하는 단계; 상기 성장용 기판을 제거하여 상기 제1 면을 노출시키는 단계; 상기 분리 영역에 대응되도록 상기 제1 면 상에 시드층(seed layer)을 형성하는 단계; 상기 복수의 반도체 발광부 상에 상기 시드층을 노출하는 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계; 상기 포토레지스트 패턴에 의해 노출된 영역에 도금을 진행하여 상기 복수의 반도체 발광부를 각각 분리하는 격벽 구조를 형성하는 단계; 상기 포토레지스트 패턴을 제거하여, 각각의 저면에 상기 복수의 반도체 발광부가 각각 노출된 상기 격벽 구조의 복수의 광방출창을 마련하는 단계; 및 상기 복수의 광방출창 내에 각각 파장변환물질을 충전하여 복수의 파장변환부를 형성하는 단계;를 포함하는 발광소자 패키지 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예는, 성장용 기판 상에 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 적층하고 일 영역을 식각하여 상기 성장용 기판이 노출되는 분리 영역을 갖는 복수의 반도체 발광부를 형성하는 단계; 상기 성장용 기판을 제거하여 상기 복수의 반도체 발광부의 각각의 제1 도전형 반도체층을 노출시키는 단계; 상기 분리 영역에 시드층(seed layer)을 형성하는 단계; 상기 복수의 반도체 발광부 상에 상기 시드층을 노출하는 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계; 상기 포토레지스트 패턴에 의해 노출된 영역에 도금을 진행하여 상기 복수의 반도체 발광부를 각각 분리하는 격벽 구조를 형성하는 단계; 상기 포토레지스트 패턴을 제거하여, 각각의 저면에 상기 복수의 발광구조물이 각각 노출된 상기 격벽 구조의 복수의 광방출창을 마련하는 단계; 및 상기 복수의 광방출창 내에 각각 파장변환물질을 충전하여 복수의 파장변환부를 형성하는 단계;를 포함하는 발광소자 패키지 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예는, 성장용 기판 상에 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하며 분리 영역에 의해 분리된 복수의 반도체 발광부를 배치하는 단계; 상기 성장용 기판을 상기 복수의 반도체 발광부로부터 제거하여 상기 제1 도전형 반도체층을 노출시키는 단계; 상기 분리 영역에 대응되도록 시드층(seed layer)을 형성하는 단계; 상기 복수의 반도체 발광부 상에, 상기 시드층이 저면에 노출된 트렌치를 갖는 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계; 상기 트렌치에 도금을 진행하여, 상기 복수의 반도체 발광부에 각각 대응되는 복수의 광방출창을 갖는 격벽 구조를 형성하는 단계; 및 상기 포토레지스트 패턴을 제거하여, 상기 복수의 광방출창을 노출시키는 단계; 및 상기 복수의 광방출창 내에 각각 파장변환물질을 충전하여 복수의 파장변환부를 형성하는 단계;를 포함하는 발광소자 패키지 제조방법을 제공한다.
본 발명의 기술적 사상에 따른 발광소자 패키지 제조방법은, 서브 픽셀의 사이에 배치된 격벽 구조의 두께가 감소하여 소형화가 가능한 발광소자 패키지 제조방법을 제공할 수 있다.
다만, 본 발명의 다양하면서도 유익한 장점과 효과는 상술한 내용에 한정되지 않으며, 본 발명의 구체적인 실시 형태를 설명하는 과정에서 보다 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광소자 패키지를 갖는 디스플레이 장치의 개략 사시도이다.
도 2는 도 1의 A부분을 확대하여 나타낸 평면도이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광소자 패키지를 개략적으로 나타내는 평면도 및 배면도이다.
도 5 및 도 6은 도 3에 도시된 발광소자 패키지의 I-I'선 및 II-II'선을 따라 절개하여 본 측 단면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광소자 패키지를 개략적으로 나타내는 측 단면도이다.
도 8 내지 도 14는 도 6의 발광소자 패키지의 주요 제조공정을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 15 내지 도 21은 도 7의 발광소자 패키지의 주요 제조공정을 개략적으로 나타낸 측단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광소자 패키지를 갖는 디스플레이 장치의 개략 사시도이고, 도 2는 도 1의 A부분을 확대하여 나타낸 평면도이다.
도 1을 참조하면, 디스플레이 장치(1)는 회로 기판(3)과, 회로 기판(3) 상에 배열된 디스플레이 패널(2)을 포함할 수 있다.
본 실시예에 따른 디스플레이 패널(2)은 적색(Red, R), 녹색(Green, G), 청색(Blue, B)의 광이 혼합된 광을 방출할 수 있는 복수의 발광소자 패키지(10)를 포함할 수 있다. 복수의 발광소자 패키지(10)는 각각 디스플레이 패널의 하나의 픽셀(pixel)을 구성할 수 있으며, 회로 기판(3) 상에 행과 열을 이루어 배열될 수 있다. 본 실시예에서는, 15×15의 발광소자 패키지(10)들로 배열된 형태를 예시하였으나, 이는 설명의 편의를 위한 것이며 실제로는 필요한 해상도에 따른 더 많은 수의 발광소자 패키지들(예, 1024×768, 1920×1080)이 배열될 수 있다.
각각의 발광소자 패키지(10)는 RGB의 광원에 해당하는 복수의 서브 픽셀(sub-pixel)을 포함할 수 있으며, 하나의 발광소자 패키지(10) 내의 복수의 서브 픽셀은 근접하여 배치된 구조로 제공될 수 있다. 이에 대해서는, 도 3 내지 도 6을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 다만, 서브 픽셀의 색은 RGB로 한정되는 것은 아니며, CYMK(Cyan, Yellow, Magenta, Black)와 같이 다양한 색이 사용될 수도 있다. 또한, 본 실시예에서는 하나의 픽셀에 RGB의 광원에 각각 해당하는 3개의 서브 픽셀이 포함된 형태를 예시하였으나, 이에 한정하는 것은 아니며 4개 이상의 서브 픽셀이 포함될 수 있다.
상기 회로 기판(3)에는 디스플레이 패널(2)의 각각의 발광소자 패키지(10)에 전원을 공급하도록 구성된 구동부 및 구동부를 제어하는 제어부가 배치될 수 있다. 상기 회로 기판(3)은 각 픽셀의 서브 픽셀을 독립적으로 구동하도록 구성된 회로를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 회로 기판(3)은 박막 트랜지스터(TFT)를 포함하는 TFT 기판일 수 있다.
도 2를 참조하면, 디스플레이 패널(2)은 복수의 발광소자 패키지(10)가 배치되는 영역을 정의하는 제1 격벽 구조(4)를 더 포함할 수 있다. 또한, 복수의 발광소자 패키지(10)는 각각 제2 격벽 구조(5)에 둘러싸이도록 배치될 수 있다. 제2 격벽 구조(5)는 각 발광소자 패키지(10)를 전기적으로 분리시켜, 각 발광소자 패키지(10)가 하나의 픽셀로서 서로 독립적으로 구동될 수 있도록 할 수 있다. 또한, 제2 격벽 구조(5)는 복수의 발광소자 패키지(10)를 회로 기판(3) 상에 견고하게 고정시킬 수 있다. 다만, 제1 및 제2 격벽 구조(21, 22)는 실시예에 따라서는 생략될 수도 있다.
제1 및 제2 격벽 구조(21, 22)는 블랙 매트릭스(black matrix)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 블랙 매트릭스는 상기 회로 기판의 둘레에 배치되어 복수의 발광소자 패키지(10)의 탑재영역을 정의하는 가이드 라인으로서 역할을 할 수 있다. 상기 매트릭스는 블랙(black) 색상에 한정되는 것은 아니며 제품의 용도 및 사용처 등에 따라 백색(white) 매트릭스 또는 녹색(green) 등 다른 색깔을 사용할 수 있으며 필요에 따라서는 투명 재질의 매트릭스를 사용할 수도 있다. 상기 백색 매트릭스는 반사 물질 또는 산란물질을 더 포함할 수 있다. 상기 블랙 매트릭스는 수지를 포함하는 폴리머, 세라믹, 반도체 또는 금속과 같은 재료 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광소자 패키지를 개략적으로 나타내는 평면도 및 배면도이고, 도 5 및 도 6은 도 3에 도시된 발광소자 패키지의 I-I'선 및 II-II'선을 따라 절개하여 본 측 단면도이다.
도 6을 참조하면, 본 실시예에 따른 발광소자 패키지(10)는, 제1 내지 제3 반도체 발광부(C1, C2, C3)를 구비한 셀 어레이(CA)와, 상기 제1 내지 제3 반도체 발광부(C1, C2, C3)에 대응되도록 상기 셀 어레이(CA)의 일 면에 배치된 제1 내지 제3 파장변환부(51, 52, 53)와, 상기 제1 내지 제3 파장변환부(51, 52, 53)를 분리하는 격벽 구조(45)를 포함할 수 있다.
또한, 상기 발광소자 패키지(10)는 하나의 픽셀의 RGB광원에 각각 해당하는 제1 내지 제3 서브 픽셀(SP1, SP2, SP3)을 포함할 수 있다. 제1 내지 제3 서브 픽셀(SP1, SP2, SP3)은 각각 제1 내지 제3 반도체 발광부(C1, C2, C3)와 제1 내지 제3 파장변환부(51, 52, 53)를 포함할 수 있다. 따라서, 제1 내지 제3 반도체 발광부(C1, C2, C3)에서 방출된 광은 파장변환부를 거쳐 다른 파장의 광으로 변환되어 방출될 수 있다. 상기 제1 내지 제3 서브 픽셀(SP1, SP2, SP3)은 상부에서 보았을 때(도 3 참조), 동일한 면적으로 서로 나란하게 배치될 수 있으며, 상기 격벽 구조(45)는 제1 내지 제3 서브 픽셀(SP1, SP2, SP3)을 각각 분리하도록 배치될 수 있다.
도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 제1 내지 제3 반도체 발광부(C1, C2, C3)는 제1 도전형 반도체층(13), 활성층(15) 및 제2 도전형 반도체층(17)과 같은 에피텍셜층을 포함할 수 있다. 이러한 에피택셜층들은 하나의 웨이퍼에서 동일한 공정에 의해 성장될 수 있다. 상기 제1 내지 제3 반도체 발광부(C1, C2, C3)의 활성층(15)은 동일한 광을 방출하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 상기 활성층(15)은 청색 광(예, 440㎚∼460㎚) 또는 자외선 광(예, 380㎚∼440㎚)을 방출할 수 있다. 실시예에 따라서는 상기 제1 내지 제3 반도체 발광부(C1, C2, C3)의 각각의 제1 도전형 반도체층(13)의 표면에는 요철(R)이 형성되어, 광추출 효율을 향상시킬 수도 있다.
상기 셀 어레이(CA)는 상기 제1 내지 제3 반도체 발광부(C1, C2, C3)를 각각 둘러싸는 절연부(21)를 포함할 수 있다. 상기 절연부(21)는 상기 제1 내지 제3 반도체 발광부(C1, C2, C3)를 서로 전기적으로 분리시킬 수 있다. 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 절연부(21)는 상기 제1 및 제3 반도체 발광부(C1, C2, C3)와 함께 공면(co-planar)을 이룰 수 있다.
상기 절연부(21)는 전기적으로 절연성을 갖는 물질일 수 있다. 예를 들어, 상기 절연부(21)는 실리콘 산화물, 실리콘 산질화물, 실리콘 질화물일 수 있다. 본 실시예에 채용된 절연부(21)는 추가적으로 광흡수율이 낮거나 반사성을 갖는 물질 또는 반사성 구조를 포함할 수 있다. 이러한 절연부(21)는 상호 광학적 간섭을 차단하여 상기 제1 내지 제3 반도체 발광부(C1, C2, C3)의 독립적인 구동을 보장할 수 있다. 특정 예에서, 상기 절연부(21)는 서로 다른 굴절률을 갖는 복수의 절연막들이 교대로 적층된 분산 브래그 반사기(DBR: Distributed Bragg Reflector) 구조를 포함할 수 있다.
상기 절연부(21)와 상기 격벽 구조(45)는 서로 연결되어 배치될 수 있다. 이와 같이, 상기 절연부(21)와 상기 격벽 구조(45)는 각각의 제1 내지 제3 반도체 발광부(C1, C2, C3)에서부터 제1 내지 제3 파장변환부(51, 52, 53) 사이까지 연장된 구조로 제공함으로써 전체 광 경로에서 서브 픽셀 간의 광간섭을 효과적으로 차단할 수 있다.
상기 발광소자 패키지(10)는 상기 셀 어레이(CA)의 타 면에 배치되며, 상기 제1 내지 제3 반도체 발광부(C1, C2, C3)에 전기적으로 연결된 전극부를 포함한다. 상기 전극부는 상기 제1 내지 제3 반도체 발광부(C1, C2, C3)가 선택적으로 구동 가능하도록 구성된다.
본 실시예에서는, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 전극부는 3개의 발광부(C1, C2, C3)에 각각 연결된 3개의 제1 전극 패드(31a, 31b, 31c)와, 3개 발광부(C1, C2, C3)에 공통으로 연결된 제2 전극 패드(32)를 포함할 수 있다.
상기 3개의 제1 전극 패드(31a, 31b, 31c)는 3개의 제1 연결 전극(27)에 의해 상기 제1 내지 제3 반도체 발광부(C1, C2, C3)의 제1 도전형 반도체층(13)에 독립적으로 접속될 수 있다. 상기 제2 전극 패드(32)는 하나의 제2 연결 전극(28)에 의해 상기 제1 내지 제3 반도체 발광부(C1, C2, C3)의 제2 도전형 반도체층(17)에 공통으로 연결될 수 있다. 상기 제1 및 제2 연결 전극(27, 28)은 상기 절연부(21)에 형성된 제1 및 제2 관통홀(H1, H2)을 통해서 제1 및 제2 도전형 반도체층(13, 17)에 각각 접속될 수 있다. 본 실시예에 채용된 전극부는 제1 및 제2 콘택 전극(23, 24)을 더 포함할 수 있다. 상기 제1 및 제2 관통홀(H1, H2)은 제1 및 제2 콘택 전극(23, 24)의 일부를 노출시켜 상기 제1 및 제2 연결 전극과 접속될 수 있다. 상기 제1 연결 전극(27)은 3개의 제1 관통홀(H1)에 개별적으로 형성되는 반면에, 상기 제2 연결 전극(28)은 3개의 제2 관통홀(H2)에 형성된 부분이 서로 연결되도록 형성될 수 있다. 이러한 전극부는 셀 및 전극 패드의 배열에 따라 다양하게 변경될 수 있다.
상기 발광소자 패키지(10)는 상기 반도체 발광부 어레이(CA)를 포장하면서 상기 제1 전극 패드(31a, 31b, 31c)와 제2 전극 패드(32)를 노출시키는 몰딩부(34)를 포함할 수 있다. 상기 몰딩부(34)는 상기 발광소자 패키지(10)를 견고하게 지지하기 위해서 높은 영률(Young's Modulus)을 가질 수 있다. 또한, 상기 몰딩부(34)는 상기 반도체 발광부(C1, C2, C3)에서 발생한 열을 효과적으로 방출하기 위하여 높은 열 전도도를 갖는 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 몰딩부(34)는 에폭시 수지 또는 실리콘(silicone) 수지일 수 있다. 또한, 상기 몰딩부(34)는 빛을 반사시키기 위한 광반사성 입자를 포함할 수 있다. 상기 광반사성 입자로는 이산화 티타늄(TiO2) 또는 산화 알루미늄(Al2O3)이 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 격벽 구조(45)는 상기 셀 어레이(CA)상에 상기 제1 내지 제3 반도체 발광부(C1, C2, C3)의 반도체 발광부 분리 영역(SR1) 및 소자 분리 영역(SR2)에 대응되는 위치에 배치될 수 있다. 상기 격벽 구조(45)는 상기 제1 내지 제3 반도체 발광부(C1, C2, C3)의 광이 각각 방출되는 제1 내지 제3 광방출창(W1, W2, W3)을 가질 수 있다. 상기 격벽 구조(45)는 상기 셀 어레이(CA)와 접하는 영역에 배치된 시드층(45a)과, 상기 시드층(45a)에서 도금 공정을 통하여 성장된 도금층(45b)을 포함할 수 있다. 상기 시드층(45a)은 단층 또는 다층의 금속층으로 이루어질 수 있다. 상기 시드층(45a)이 다층으로 이루어진 경우에는, 최상부 층에는 상기 도금층(45b)과 동일한 물질이 배치될 수 있다.
상기 격벽 구조(45)의 상기 제1 내지 제3 광방출창(W1, W2, W3)은 각각 상기 제1 내지 제3 파장변환부(51, 52, 53)를 형성하기 위한 공간으로 제공될 수 있다. 상기 격벽 구조(45)는 상기 제1 내지 제3 파장변환부(51, 52, 53)를 투과하는 광이 서로 간섭하지 않도록 고 반사성인 금속으로 형성될 수 있다. 구체적으로, 상기 격벽 구조(45)는 고반사성 금속인 알루미늄(Al), 루테늄(Ru), 로듐(Rh), 금(Au), 은(Ag), 백금(Pt), 니켈(Ni), 크롬(Cr), 구리(Cu) 중 적어도 하나를 포함하는 물질을 도금하여 형성할 수 있다. 또한, 상기 격벽 구조(45)는 이러한 물질들의 합금(예를 들어, Ag/Sn)을 도금하여 형성할 수 있다. 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 격벽 구조(45)의 상면은 제1 내지 제3 파장변환부(51, 52, 53)의 표면과 공면(co-planar, SP)를 이룰 수 있다.
일반적으로, 디스플레이 패널의 각각의 픽셀에 포함된 서브 픽셀들에서 방출되는 광이 서로 간섭하는 것을 방지하기 위해, 서브 픽셀들 사이에 광차단 효과가 있는 격벽 구조를 채용하고 있다. 이러한 광차단 효과가 있는 격벽 구조는 반도체 발광부가 성장되는 성장용 기판을 식각하여 형성하거나, 광반사성 물질이 분산된 수지로 형성하였다. 디스플레이 패널이 점점 고해상도화 됨에 따라, 각각의 픽셀의 크기도 점점 소형화되고 있으며, 픽셀을 소형화하기 위해 격벽 구조를 점점 박형화하고 있다. 그러나 이러한 재질의 격벽 구조는 소정의 두께 이하가 되면 광 투과가 발생하여 격벽으로서의 기능을 상실하는 문제가 있다. 따라서, 픽셀의 크기를 소형화하더라도, 격벽의 두께를 유지하고 서브 픽셀의 크기를 줄일 수 밖에 없었다. 이로 인해, 디스플레이 패널은 고해상도가 되고 있으나, 각각의 픽셀에서 방출되는 광량이 감소되어, 디스플레이 패널 전체에서 방출되는 광량이 감소되는 문제가 발생하였다.
일 실시예의 발광소자 패키지(10)는 격벽 구조를 고반사성 금속으로 형성함으로써, 격벽 구조의 두께를 더욱 박형화할 수 있다. 따라서, 서브 픽셀들 간의 거리를 최소화하면서도, 서브 픽셀들의 크기는 최대화할 수 있으므로, 발광소자 패키지를 더욱 소형화할 수 있다.
상기 제1 내지 제3 파장변환부(51, 52, 53)는 상기 제1 내지 제3 반도체 발광부(C1, C2, C3)로부터 방출되는 광을 조정하여 각각 서로 다른 색의 광으로 변환시킬 수 있다. 본 실시예에서, 상기 제1 내지 제3 파장변환부(51, 52, 53)는 각각 녹색 광, 청색 광 및 적색 광을 제공하도록 구성될 수 있다. 상기 제1 내지 제3 파장변환부(51, 52, 53)의 상면은 각각 평탄한 표면을 가지며, 서로 평탄한 공면(SP)을 공유하도록 배치될 수 있다. 또한, 상기 제1 내지 제3 파장변환부(51, 52, 53)의 상면은 상기 격벽 구조(45)의 상면과도 공면(SP)을 공유하도록 배치될 수 있다.
상기 제1 내지 제2 파장변환부(51, 52, 53)는 적어도 한 종류의 형광체 또는 양자점(Quantum Dot, QD)과 같은 파장변환물질이 실리콘(silicone)과 같은 수지에 분산된 것 일 수 있다.
상기 제1 내지 제2 파장변환부(51, 52, 53)는 상기 제1 내지 제3 발광창(W1, W2, W3)에 이러한 파장변환물질을 충전한 후 경화하여 형성할 수 있다. 구체적으로, 형광체 또는 양자점을 실리콘과 같은 물질에 혼합하고 이를 제1 내지 제3 발광창(W1, W2, W3)에 디스펜싱 또는 잉크젯(inkjet) 프린팅한 후 열경화시켜 형성할 수 있다.
필요에 따라, 상기 제1 및 제3 파장변환부(51, 53)의 상면에는 각각 특정 파장의 광을 선택적으로 차단하는 광 필터층(61, 62) 또는 분산 브래그 반사층(Distributed Bragg Reflector, DBR)을 더 배치할 수 있다. 일 실시예의 경우, 특정 파장의 광은 제1 및 제3 반도체 발광부(C1, C3)에서 방출되는 청색 광일 수 있으며, 상기 광 필터층(61, 62)과 분산 브래그 반사층은 청색 광을 선택적으로 차단하도록 마련될 수 있다. 따라서, 상기 광 필터층(180) 또는 분산 브래그 반사층을 이용함으로써, 제1 및 제3 광방출창(W1, W3)에서는 청색광이 제거된 광을 제공할 수 있다.
제2 파장변환부(52)는 형광체가 혼합되지 않은 광투과성 액상 수지를 디스펜싱함으로써 형성될 수 있으나, 실시예에 따라서는, 제2 파장변환부(52)에 청색 광의 색좌표를 조절하기 위한 청색 또는 청록색(예, 480㎚~520㎚) 형광체를 포함할 수 있다. 이러한 형광체는 제2 파장변환부(52)에 의해 제공될 청색 광의 색좌표를 조절하는 목적으로 채용되므로, 다른 색으로 변환하기 위한 제1 및 제3 파장변환부(51, 53)에 혼합된 형광체의 양보다는 적은 양의 형광체가 혼합될 수 있다. 실시예에 따라서는, 제2 파장변환부(52)는 형광체가 혼합되지 않은 투명 수지층으로 대체될 수도 있다.
상기 제1 내지 제3 파장변환부(51, 52, 53)의 상부에는 파장변환물질의 열화를 방지하기 위한 봉지부(70)가 배치될 수 있다. 상기 봉지부(70)는 상기 제1 내지 제3 파장변환부(51, 52, 53) 및 격벽 구조(45)와 접하도록 배치되어, 상기 제1 내지 제3 파장변환부(51, 52, 53)에서 방출되는 광을 전달하는 광도파로로서 사용될 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광소자 패키지(100)를 개략적으로 나타내는 측 단면도이다. 본 실시예는 앞서 설명한 실시예와 제1 내지 제3 반도체 발광부(C11, C12, C13)가 절연층(120)의 상부로 돌출되어 있으며, 제1 내지 제3 반도체 발광부(C11, C12, C13)의 표면에, 제1 내지 제3 반도체 발광부(C11, C12, C13)와 제1 내지 제3 파장변환부(151, 152, 153) 사이의 굴절률차를 완화하기 위한 굴절률 매칭층(116)이 더 형성된 차이점이 있다. 상기 굴절률 매칭층(116)은 상기 제1 내지 제3 반도체 발광부(C11, C12, C13)의 굴절률보다 낮고 상기 제1 내지 제3 파장변환부(151, 152, 153)의 굴절률 보다 높은 굴절률을 갖는 투광성 절연 물질로 이루어질 수 있다. 그 외의 구성은 앞서 설명한 실시예와 같은 구성이므로 자세한 설명은 생략한다.
다음으로, 도 8 내지 도 17을 참조하여, 일 실시예의 발광소자 패키지의 제조방법에 대해 설명한다. 도 8 내지 도 17은 도 6의 발광소자 패키지의 주요 제조공정을 개략적으로 나타낸 도면이다. 이중 도 9는 도 8의 III-III'선을 기준으로 절개한 측단면도이다.
구체적으로 상기 발광소자 패키지의 제조방법은 웨이퍼 레벨 칩스케일 패키지(Chip Scale Package)의 제조방법에 대한 것이다. 칩 스케일 패키지는 실질적으로 반도체 발광소자와 동일한 수준의 패키지 사이즈를 달성할 수 있다. 따라서, 디스플레이 패널에 이용되는 경우, 화소 사이즈 및 화소 피치를 감소시켜 고해상도의 디스플레이 패널을 제조할 수 있다. 또한, 웨이퍼 레벨로 모든 공정이 이루어지기 때문에 대량 생산에 적합하며, 반도체 발광부와 함께, 형광체를 포함하는 파장변환부나 필터와 같은 광학 구조를 일체형으로 제조할 수 있다는 장점도 갖고 있다.
먼저, 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 웨이퍼인 성장용 기판(S) 상에, 제1 도전형 반도체층(13), 활성층(15) 및 제2 도전형 반도체층(17)을 포함하는 제1 내지 반도체 발광부(C1, C2, C3), 상기 제1 내지 제3 반도체 발광부(C1, C2, C3)를 각각 둘러싸는 절연부(21), 연결 전극(28) 및 몰딩부(34)가 구비된 셀 어레이(CA)를 준비한다. 상기 제1 내지 제3 반도체 발광부(C1, C2, C3)는 반도체 발광부 분리 영역(SR1)을 두고 서로 이격되도록 배치될 수 있으며, 개별 반도체 발광소자에 대응되는 영역마다 소자 분리 영역(SR2)이 배치될 수 있다.
다음으로, 도 10에 도시된 바와 같이, 셀 어레이(CA)에서 성장용 기판(S)을 분리 하여, 셀 어레이(CA)의 제1 도전형 반도체층(13)을 노출시킬 수 있다. 실시예에 따라서는, 노출된 상기 제1 도전형 반도체층(13)의 표면에는 요철(R)이 형성될 수 있으며, 이에 의해 광 추출 효율이 더욱 향상될 수 있다. 이러한 요철(R)은 제1 도전형 반도체층(111)의 노출된 표면을 습식 식각하거나 플라즈마를 이용하여 건식 식각함으로써 얻어질 수 있다. 실시예에 따라서는, 성장용 기판(S)을 분리하는 과정에서 셀 어레이(CA)를 지지하기 위한 임시 기판이 부착될 수 있다.
다음으로, 도 11에 도시된 바와 같이, 반도체 발광부 분리 영역(SR1) 및 소자 분리 영역(SR2)에 시드층(45a)을 형성하고, 상기 시드층(45a)이 저면에 노출되는 트렌치(T)를 갖는 포토레지스트 패턴(PR)을 형성할 수 있다. 상기 시드층(45a)에 의해 포토레지스트 패턴(PR)에는 반도체 발광부 분리 영역(SR1)과 소자 분리 영역(SR2)이 형성될 수 있다. 상기 포토레지스트 패턴(PR)은 형성하려는 격벽 구조의 두께 보다 두껍게 형성될 수 있다. 예를 들어, 후속 공정에서 도금 공정에서 형성하려는 격벽 구조가 10㎛인 경우에, 상기 포토레지스트 패턴(PR)은 12㎛ 이상의 두께로 형성할 수 있다. 즉, 트렌치(T)의 높이를 형성하려는 격벽 구조의 높이보다 높게 형성하여, 격벽 구조의 상단부가 트렌치(T) 상에 구형으로 돌출하여 형성되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 상기 트렌치(T)의 폭은 1㎛ 내지 20㎛일 수 있다.
상기 시드층(45a)은 알루미늄(Al), 루테늄(Ru), 로듐(Rh), 금(Au), 은(Ag), 백금(Pt), 니켈(Ni), 크롬(Cr), 구리(Cu) 중 적어도 하나를 포함하는 물질의 단층 또는 다층 구조로 이루어질 수 있으며, 상기 물질의 합금으로 이루어질 수도 있다. 상기 시드층(45a)은 스퍼터링(sputtering) 또는 물리적 기상증착(Physical Vapor Deposition, PVD) 방식 등으로 형성할 수 있다.
다음으로, 도 12에 도시된 바와 같이, 상기 트렌치(T)의 저면에 형성된 시드층(45a)을 성장시켜 상기 트렌치(T)를 충전하는 도금층(45b)을 형성함으로써, 격벽 구조(45)를 마련할 수 있다. 상기 도금층(45b)은 상기 시드층(45a)과 동일한 금속 물질, 즉, 알루미늄(Al), 루테늄(Ru), 로듐(Rh), 금(Au), 은(Ag), 백금(Pt), 니켈(Ni), 크롬(Cr), 구리(Cu) 중 적어도 하나를 포함하는 물질을 전기 도금하여 형성할 수 있다. 상기 도금층(45b)은 포토레지스트 패턴(PR)의 두께 보다 소정 간격(G)만큼 작게 성장시켜, 격벽 구조(45)의 상단부가 트렌치(T) 상에 구형으로 돌출하여 형성되는 것을 방지할 수 있다. 상기 도금층(45b)은 포토 리소그라피(photo lithography) 공정에 의해 만들어진 트렌치(T)를 도금하여 형성되므로, 매우 좁은 폭으로 형성할 수 있다. 따라서, 종래에 비해 더욱 얇은 두께의 격벽 구조(45)를 형성할 수 있다.
다음으로, 도 13에 도시된 바와 같이, 포토레지스트 패턴(PR)을 제거하여, 격벽 구조(45)의 제1 내지 제3 광방출창(W1, W2, W3)을 노출시킬 수 있다.
다음으로, 도 14에 도시된 바와 같이, 제1 및 제3 광방출창(W1, W3)에 각각 녹색, 청색 및 적색 형광체(P1, P2, P3)와 같은 파장변환물질이 혼합된 광투과성 액상 수지를 디스펜싱하여 제1 내지 제3 파장변환부(51, 52, 53)을 형성할 수 있다. 또한, 실시예에 따라서는, 소자 분리 영역(SR2)에는 반도체 발광소자의 콘트라스트를 향상시키기 위한 블랙 매트릭스(black matrix)를 도포할 수 있다.
다음으로, 제1 및 제3 광방출창(W1, W3)에 각각 광 필터층(61, 62)을 배치하고, 그 위에 봉지부(70)를 형성한 후, 개별 반도체 발광소자 단위로 절단하면, 도 6에 도시된 발광소자 패키지(10)를 제조할 수 있다.
다음으로, 다른 실시예에 의한 발광소자 패키지 제조방법에 대해 설명한다. 도 15 내지 도 21은 도 7의 발광소자 패키지의 주요 제조공정을 개략적으로 나타낸 측단면도이다.
먼저, 도 15에 도시된 바와 같이, 성장용 기판(S) 상에, 제1 도전형 반도체층(113), 활성층(115) 및 제2 도전형 반도체층(117)을 포함하는 발광구조물을 형성하고, 상기 발광구조물의 일 영역을 식각하여 제1 내지 반도체 발광부(C11, C12, C13)를 분리하는 반도체 발광부 분리 영역 (SR11)을 형성할 수 있다. 또한, 개별 소자 단위로 분리되는 영역인 소자 분리 영역(SR12)을 형성할 수 있다. 상기 제1 내지 제3 반도체 발광부(C1, C2, C3)를 각각 둘러싸도록 절연부(121)를 형성하고, 연결 전극(128) 및 몰딩부(134)를 형성하여 셀 어레이(CA')를 준비할 수 있다. 앞서 설명한 실시예와 달리, 일 실시예의 상기 제1 내지 제3 반도체 발광부(C11, C12, C13)는 제1 도전형 반도체층(113)을 공유할 수 있다.
다음으로, 도 16에 도시된 바와 같이, 셀 어레이(CA'에서 성장용 기판(S)을 분리하여, 셀 어레이(CA')의 제1 도전형 반도체층(113)을 노출시킬 수 있다. 실시예에 따라서는, 노출된 상기 제1 도전형 반도체층(113)의 표면에 요철(R)이 형성될 수 있으며, 성장용 기판(S)을 분리하는 과정에서 셀 어레이(CA')를 지지하기 위한 임시 기판이 부착될 수 있다.
다음으로, 도 17에 도시된 바와 같이, 포토레지시트 패턴(PR)을 도포하고, 패턴이 형성되지 않은 영역을 식각함으로써, 반도체 발광부 분리 영역(SR11)과 소자 분리 영역(S12)에 제1 내지 제3 반도체 발광부(C11, C12, C13)를 분리하는 트렌치(T)를 형성할 수 있다.
다음으로, 도 18에 도시된 바와 같이, 트렌치(T) 내에 굴절률 매칭층(116)과 시드층(145a)을 형성하고, 도 19에 도시된 바와 같이, 상기 시드층(145a)이 저면에 노출되는 포토레지스트 패턴(PR)을 형성할 수 있다.
다음으로, 도 20에 도시된 바와 같이, 상기 트렌치(T)의 저면에 형성된 시드층(145a)을 성장시켜 상기 트렌치(T)를 충전하는 도금층(145b)을 형성함으로써, 격벽 구조(145)를 마련할 수 있다.
다음으로, 도 21에 도시된 바와 같이, 포토레지스트 패턴(PR)을 제거하여, 격벽 구조(145)의 제1 내지 제3 광방출창(W1, W2, W3)을 노출시킬 수 있다.
이후의 과정은 앞서 설명한 실시예의 도 14 및 도 15의 공정과 동일하므로, 설명이 중복되는 것을 방지하기 위해 생략한다.
본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며, 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 한다. 따라서, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다고 할 것이다.
1: 디스플레이 장치
10: 발광소자 패키지
20: 디스플레이 패널
21: 제1 격벽 구조
22: 제2 격벽 구조
45: 격벽 구조
45a: 시드층
45b: 도금층
30: 회로 기판
51, 52, 53: 제1 내지 제3 파장변환부
CA: 셀 어레이
C1-C3: 제1 내지 제3 반도체 발광부
W1-W3: 제2 내지 제3 광발광창

Claims (12)

  1. 성장용 기판 상에 각각 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층이 적층되며, 분리 영역을 갖는 복수의 반도체 발광부를 포함하며, 상기 성장용 기판과 접한 제1 면 및 상기 제1 면과 반대에 위치하는 제2 면을 갖는 셀 어레이를 형성하는 단계;
    상기 성장용 기판을 제거하여 상기 제1 면을 노출시키는 단계;
    상기 분리 영역에 대응되도록 상기 제1 면 상에 시드층(seed layer)을 형성하는 단계;
    상기 복수의 반도체 발광부 상에 상기 시드층을 노출하는 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계;
    상기 포토레지스트 패턴에 의해 노출된 영역에 도금을 진행하여 상기 복수의 반도체 발광부를 각각 분리하는 격벽 구조를 형성하는 단계;
    상기 포토레지스트 패턴을 제거하여, 각각의 저면에 상기 복수의 반도체 발광부가 각각 노출된 상기 격벽 구조의 복수의 광방출창을 마련하는 단계; 및
    상기 복수의 광방출창 내에 각각 파장변환물질을 충전하여 복수의 파장변환부를 형성하는 단계;를 포함하며,
    상기 격벽 구조의 폭은 1㎛ 내지 20㎛의 크기를 갖는 발광소자 패키지 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 격벽 구조를 형성하는 단계는, 상기 시드층을 성장시켜 상기 격벽 구조를 형성하는 것을 특징으로 하는 발광소자 패키지 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 시드층은 알루미늄(Al), 루테늄(Ru), 로듐(Rh), 금(Au), 은(Ag), 백금(Pt), 니켈(Ni), 크롬(Cr), 구리(Cu) 중 적어도 하나를 포함하는 물질로 형성된 것을 특징으로 하는 발광소자 패키지 제조방법.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 셀 어레이를 형성하는 단계는 상기 복수의 반도체 발광부를 덮는 절연층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광소자 패키지 제조방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 절연층은 상기 분리 영역에 배치된 것을 특징으로 하는 발광소자 패키지 제조방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계 전에,
    상기 셀 어레이의 노출된 상기 제1 면에 요철을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광소자 패키지 제조방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 분리 영역은 상기 성장용 기판이 노출되는 것을 특징으로 하는 발광소자 패키지 제조방법.
  10. 삭제
  11. 성장용 기판 상에 각각 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층이 적층되며, 분리 영역을 갖는 복수의 반도체 발광부를 포함하며, 상기 성장용 기판과 접한 제1 면 및 상기 제1 면과 반대에 위치하는 제2 면을 갖는 셀 어레이를 형성하는 단계;
    상기 성장용 기판을 제거하여 상기 제1 면을 노출시키는 단계;
    상기 분리 영역에 대응되도록 상기 제1 면 상에 시드층(seed layer)을 형성하는 단계;
    상기 복수의 반도체 발광부 상에 상기 시드층을 노출하는 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계;
    상기 포토레지스트 패턴에 의해 노출된 영역에 도금을 진행하여 상기 복수의 반도체 발광부를 각각 분리하는 격벽 구조를 형성하는 단계;
    상기 포토레지스트 패턴을 제거하여, 각각의 저면에 상기 복수의 반도체 발광부가 각각 노출된 상기 격벽 구조의 복수의 광방출창을 마련하는 단계; 및
    상기 복수의 광방출창 내에 각각 파장변환물질을 충전하여 복수의 파장변환부를 형성하는 단계;를 포함하며,
    상기 격벽 구조는 상기 포토레지스트 패턴보다 낮은 레벨을 갖도록 형성된 발광소자 패키지 제조방법.
  12. 성장용 기판 상에 각각 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층이 적층되며, 분리 영역을 갖는 복수의 반도체 발광부를 포함하며, 상기 성장용 기판과 접한 제1 면 및 상기 제1 면과 반대에 위치하는 제2 면을 갖는 셀 어레이를 형성하는 단계;
    상기 성장용 기판을 제거하여 상기 제1 면을 노출시키는 단계;
    상기 분리 영역에 대응되도록 상기 제1 면 상에 시드층(seed layer)을 형성하는 단계;
    상기 복수의 반도체 발광부 상에 상기 시드층을 노출하는 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계;
    상기 포토레지스트 패턴에 의해 노출된 영역에 도금을 진행하여 상기 복수의 반도체 발광부를 각각 분리하는 격벽 구조를 형성하는 단계;
    상기 포토레지스트 패턴을 제거하여, 각각의 저면에 상기 복수의 반도체 발광부가 각각 노출된 상기 격벽 구조의 복수의 광방출창을 마련하는 단계; 및
    상기 복수의 광방출창 내에 각각 파장변환물질을 충전하여 복수의 파장변환부를 형성하는 단계;를 포함하며,
    상기 분리 영역은 상기 제1 도전형 반도체층이 노출되며,
    상기 성장용 기판을 제거하는 단계 후에, 상기 제1 도전형 반도체층 중 상기 분리 영역에 중첩되는 영역을 식각하여 제거하는 단계를 포함하는 발광소자 패키지 제조방법.
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KR100603261B1 (ko) * 2002-09-10 2006-07-20 삼성코닝 주식회사 금속막의 패턴 형성방법

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