KR20020069357A - 광 적출을 향상시킨 마이크로-발광 다이오드 어레이 - Google Patents

광 적출을 향상시킨 마이크로-발광 다이오드 어레이 Download PDF

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Abstract

본 발명은 광 적출 효율을 증가시키는 신규한 LED 구조물을 개시하고 있다. 이 신규한 LED 구조물은 두개의 상반된 도핑층(16, 18) 사이에 개재된 활성층(14)을 갖는 전기적으로 상호 결합된 마이크로-LED(12)의 어레이를 포함하고 있다. 마이크로-LED는 제1 스프레더층(20)과 접촉 상태에 있는 마이크로-LED의 하층(18)을 갖는 제1 스프레더층(20) 상에 형성된다. 제2 스프레더층(24)은 마이크로-LED(12) 위에 형성되고 상층(16)과 접촉 상태에 있다. 제1 스프레더층(20)는 제2 스프레더층(24)으로부터 전기적으로 절연된다. 각각의 스프레더층(20, 24)은 접점(22, 26)을 갖고, 바이어스가 접점(22, 26)의 양단에 인가되면, 전류는 마이크로-LED(12)로 스프레딩되어 빛을 방출한다. 신규한 LED의 효율은 마이크로-LED(12)의 증가된 방출 표면에 의해 증가한다. 각각의 마이크로-LED의 활성층(14)으로부터의 빛은 단지 짧은 거리의 이동 후에 표면에 도달하여, 빛의 내부 전반사를 감소시킨다. 마이크로-LED(12) 사이의 광 적출 소자(LEE)(82, 84, 86, 88, 90, 92, 94)는 구비되어 광의 적출을 더욱 향상시킬 수 있다. 신규한 LED는 표준의 프로세싱 기술로 제조되어 표준의 LED와 유사한 비용으로 양산성이 매우 높게 제조할 수 있다.

Description

광 적출을 향상시킨 마이크로-발광 다이오드 어레이{MICRO-LED ARRAYS WITH ENHANCED LIGHT EXTRACTION}
발광 다이오드(Light Emitting diode : LED)는 전기 에너지를 빛으로 변환시키는 중요한 고체 소자의 일종으로서, 일반적으로 2개의 상반된 도핑층 사이에 개재된 반도체 재료의 활성층을 포함한다. 2 개의 도핑층 양단에 바이어스가 인가되면, 정공과 전자가 활성층으로 주입된 후 그곳에서 재결합되어 빛이 발생된다. 활성 영역에서 발생된 빛은 모든 방향으로 방출되어 모든 노출 표면을 통해 반도체 칩 밖으로 탈출한다. LED의 패키징은 일반적으로 탈출하는 빛을 희망하는 출력 방출 형태로 지향시키는 데 사용된다.
반도체 재료가 개선됨에 따라, 반도체 소자의 효율 또한 향상되고 있다. 새로운 LED는 자외선에서 호박색(amber)까지의 스펙트럼에서 효율적인 조도를 허용하는 GaN과 같은 재료로 만들어지고 있다. 새로운 LED의 대다수는 종래의 발광체에비해 전기 에너지를 빛으로 변환시키는데 있어서 보다 효율적이며, 보다 신뢰할 수 있다. LED가 개선됨에 따라, 교통 신호기, 옥외 및 옥내 디스플레이, 자동차 전조등 및 미등, 종래의 옥내 조명 장치 등 많은 응용 분야에서 종래의 발광체를 대체할 것으로 예상된다.
그러나, 종래의 LED는 활성층에서 발생되는 빛을 모두 방출할 수 없어 그 효율이 제한된다. LED가 구동되면, 빛이 활성층으로부터 (모든 방향으로) 방출되어 여러 상이한 각도로 방출 표면에 도달한다. 전형적인 반도체 재료는 대기(n = 1.0) 또는 인캡슐레이팅 에폭시(n ≒ 1.5)에 비해 높은 굴절률(n ≒ 2.2 - 3.8)을 갖는다. 스넬(Snell)의 법칙에 의하면, (표면 법선 방향에 대해) 일정한 임계 각도보다 작은 각도로 굴절률이 높은 영역에서 굴절률이 낮은 영역으로 이동하는 빛은 굴절률이 더 낮은 영역으로 방출된다. 임계 각도 이상의 각도로 표면에 도달하는 빛은 방출되지 않고 내부 전반사(Total Internal Reflection : TIR)된다. LED의 경우, TIR 빛은 흡수될 때까지 LED내에서 계속 반사될 수 있거나, 방출 표면이 아닌 표면 밖으로 탈출할 수 있다. 이러한 현상 때문에, 종래의 LED에서 발생되는 빛은 그 대부분이 방출되지 않아, 그 효율을 저하시킨다.
TIR 빛의 비율을 줄이기 위한 방법 중 하나는 LED 표면에 랜덤 텍스처링(random texturing) 형태로 빛 산란 센터를 생성하는 것이다. [Shnitzer, et al., "30% External Quantum Efficiency From Surface Textured, Thin Film Light Emitting Diodes", Applied Physics Letters 63, Pgs. 2174-2176 (1993)]. 랜덤 텍스처링은 반응성 이온 에칭 중에 마스크로서 LED 표면에 직경이 1미크론 이하인 폴리스티렌 구(sphere)를 이용함으로써 그 표면에 패터닝된다. 텍스처링된 표면은 랜덤한 간섭 효과로 인해 스넬의 법칙에 의한 예상과 다르게 빛을 굴절 및 반사시키는 빛의 파장과 비슷한 특징을 갖는다. 이러한 방법은 9% - 30%의 방출 효율 향상을 보여준다.
표면 텍스처링의 단점 중 하나는 전기 전도성이 나쁜 텍스처링된 전극층, 예컨대 p형의 GaN을 갖는 LED에서 효과적인 전류 스프레딩을 방해할 수 있다는 것이다. 더 작은 소자, 즉 전기 전도성이 좋은 소자의 경우에는, 전류는 p-형의 층 접점과 n-형의 층 접점으로부터 각각의 층의 도처로 스프레딩될 것이다. 더 큰 소자, 즉 전기 전도성이 나쁜 재료로 이루어진 소자의 경우에는, 전류는 p-형의 층 접점과 n-형의 층 접점으로부터 각각의 층의 도처로 스프레딩될 수 없다. 그 결과, 활성층의 일부분은 전류를 경험할 수 없어 빛을 방출할 수 없을 것이다. 다이오드 영역을 따라 전류를 균일하게 주입하기 위해서, 전도성 재료의 스프레딩층을 표면에 증착할 수 있다. 그러나, 이러한 스프레딩층은 흔히 빛이 투과될 수 있도록 광학적으로 투명할 필요가 있다. LED 표면이 랜덤한 표면 구조를 가질 경우, 효과적으로 얇고 광학적으로 투명한 전류 스프레더를 쉽게 증착할 수 없다.
LED로부터의 광 적출을 증가시키기 위한 방법 중 다른 하나는 주기적으로 패터닝된 방출 표면 또는 내부 경계면을 포함하는 것인데, 이것은 내부에 갇히는 각도의 빛을 그 표면의 형상 및 주기에 의해 결정되는 규정 모드로 재지향시킨다. Krames 등의 미국 특허 제5,779,924호를 보라. 이러한 기술은 랜덤하게 텍스처링된 표면의 특수한 경우로서, 간섭 효과가 더 이상 랜덤하지 않고 그 표면이 빛을 특정모드 또는 방향으로 결합시킨다. 이러한 방법의 단점 중 하나는 LED 빛의 단일 파장과 비슷하게 그 표면의 형상 및 패턴이 균일하고 매우 작아야 하기 때문에 상기와 같은 구조로 만들기가 어려울 수 있다는 점이다. 이러한 패턴은 또한 전술한 바와 같이 광학적으로 투명한 전류 스프레딩층을 증착함에 있어서 어려움을 드러낼 수 있다.
또한, LED의 방출 표면을 중심에 방출층을 갖는 반구형으로 형성함으로써 광 적출을 증가시킬 수 있다. 이러한 구조는 광 방출량을 증가시키는 반면에, 그 제조가 매우 어렵다. Scifres와 Burnham의 미국 특허 제 3,954,534호에는 LED 어레이를 각각의 LED 위에 각각의 반구를 갖도록 형성하는 방법이 개시되어 있다. 이러한 반구들을 기판에 형성하고 그 위에 다이오드 어레이를 성장시킨다. 다음에, 다이오드 및 렌즈 구조체를 에칭하여 기판으로부터 분리한다. 이러한 방법의 단점 중 하나는 기판 경계면에 그 구조체를 형성한 후 그 구조체를 기판으로부터 분리함으로써 제조 비용이 증가된다는 점이다. 또한, 각각의 반구는 그 위에 바로 방출층을 갖는데, 이것은 정확한 제조를 필요로 한다.
미국 특허 제5,793,062호에는 접점과 같은 흡수 영역으로부터 멀리 빛을 재지향시키고 또한 LED 표면을 향하여 빛을 재지향시키기 위한 광학적 비흡수층을 포함함으로써 LED로부터의 광 적출을 향상시키기 위한 구조체가 개시되어 있다. 이러한 구조체의 단점 중 하나는 많은 재료계에 있어서 제조하기 어려울 수 있는 언더컷 스트레이트 앵글 층(undercut strait angle layer)으로 광학적 비흡수층을 형성해야 한다는 점이다.
광 적출을 향상시키기 위한 또 다른 방법은 광자를 LED 방출 표면상의 박막 금속층내에서 표면 플라즈몬 모드로 결합한 후, 방사 모드로 다시 방출하는 것이다. [Knock et al., "Strongly Directional Emission From AlGaAs/GaAs Light Emitting Diodes", Applied Physics Letter 57, Pgs. 2327-22329 (1990)]. 이러한 구조체는 반도체로부터 방출된 광자를 금속층에서 표면 플라즈몬으로 결합한 후, 최종적으로 적출되는 광자로 다시 결합하는 것에 달려 있다. 이러한 소자의 단점 중 하나는 주기적인 구조체가 깊이가 얕은 홈(< 0.1 ㎛)을 갖는 1차원 괘선 격자이기 때문에 제조하기가 어렵다는 것이다. 또한, 광자에서 표면 플라즈몬으로의 변환 매커니즘과 표면 플라즈몬에서 대기 광자로의 변환 매커니즘의 비효율성으로 인해서 전체 외부 양자 효율(1.4% - 1.5%)이 낮다는 점이다. 이러한 구조체는 또한 전술한 바와 같이 전류 스프레딩층에 있어서 동일한 어려움을 드러낸다.
또한, LED 칩의 측면을 비스듬하게 하여 절두형 역피라미드 형태로 구현함으로써 광 적출을 향상시킬 수 있다. 이러한 비스듬한 측면은 기판 재료에 갇히는 TIR 빛에 방출 표면을 제공한다. [Krames, et al., "High Power Truncated Inverted Pyramid(Al x Ga 1-x ) 0.5 In 0.5 P/GaP Light Emitting Diodes Exhibiting > 50% External Qauntum Efficiency", Applied Physics Letters 75 (1999)]. 이러한 방법은 InGaAlP 재료계에 있어서 35% - 50%의 외부 양자 효율의 증가를 보여왔다. 이러한 방법은 상당한 양의 빛이 기판에 갇히는 소자에 있어서 효과적이다. 사파이어 기판에 성장된 GaN 소자에 있어서는, 빛의 대부분이 GaN막에 갇히기 때문에 LED 칩의 측면을 비스듬하게 하여도 광 적출을 향상시킬 수 없다.
광 적출을 향상시키기 위한 또 다른 방법은 광자 재순환(recycling)이다. [Shnitzer, et al., "Ultrahigh Spontaneous Emission Quantum Efficiency, 99.7% Internally and 72% Externally, From AlGaAs/GaAs/AlGaAs Double Heterostructures", Applied Physics Letters 62, Pgs. 131-133 (1993)]. 이러한 방법은 전자와 정공에서 빛으로의 변환과 빛에서 전자와 정공으로의 변환이 쉽게 이루어지는 고효율의 활성층을 갖는 LED에 달려 있다. TIR 빛은 LED 표면으로 반사되어 활성층에 부딪치면, 그곳에서 전자-정공 쌍으로 다시 변환된다. 활성층의 고효율 때문에, 전자-정공 쌍은 거의 즉시 빛으로 재변환되어 랜덤한 방향으로 다시 방출될 것이다. 재순환되는 빛의 일부는 임계 각도내에서 LED 방출 표면에 부딪쳐 탈출할 것이다. 반면에, 활성층으로 다시 반사되는 빛은 전술한 동일한 과정을 다시 거쳐 나간다. 그러나, 이러한 방법의 단점 중 하나는 광손실이 매우 낮은 재료의 LED에서만 사용될 수 있고, 표면에 흡수 전류 스프레딩층을 갖는 LED에서는 사용될 수 없다는 점이다.
본 출원은 1999년 12월 3일에 Thibeault 등에 의해 제출된 가출원 제 60/168,817호의 우선권을 주장한다.
본 발명은 발광 다이오드에 관한 것으로, 특히 발광 다이오드의 광 적출을 강화시키기 위한 새로운 구조에 관한 것이다.
도 1은 전기적으로 절연된 층 상에 상호 결합하는 전류 스프레딩 그리드를 갖는 마이크로-LED 어레이를 포함하는 신규한 LED의 평면도.
도 2는 도 1에서 절단선(2∼2)을 따라 절단하여 나타낸 신규한 LED의 단면도.
도 3은 플립칩 실장을 이용하여 서브마운트에 결합된 마이크로-LED의 어레이를 갖는 신규한 LED의 다른 실시예의 단면도.
도 4는 전도성의 상호 결합된 전류 스프레딩 그리드 및 그리드 경로 아래 반도체 재료를 갖는 신규한 LED의 제3 실시예의 평면도.
도 5는 도 4에서 절단선(5∼5)을 따라 절단하여 나타낸 LED의 단면도.
도 6은 다른 상호 결합된 전류 스프레딩 그리드의 평면도.
도 7은 또 다른 상호 결합된 전류 스프레딩 그리드의 평면도.
도 8은 마이크로-LED 내에 집적될 수 있는 기본적인 형상의 LEE의 단면도.
도 9는 마이크로-LED 사이에 형성된 상이한 LEE를 갖는 신규한 LED의 단면도.
도 10은 랜덤하게 텍스처링된 표면 형태의 LEE를 갖는 신규한 LED의 단면도.
도 11은 전류 스프레딩 그리드 바로 아래 전류 차단층을 갖는 도 10에서의 마이크로-LED 어레이의 단면도.
도 12는 마이크로-LED 측면 상에 집적된 LEE를 갖는 신규한 LED의 단면도.
도 13은 마이크로-LED의 측면 상에 집적된 곡면의 LEE를 갖는 신규한 LED의 단면도.
도 14는 마이크로-LED 측면과 마이크로-LED 사이에 집적된 곡면 LEE를 갖는 신규한 LED의 단면도.
도 15는 곡면의 LEE를 갖는 도 4의 신규한 LED의 단면도.
본 발명은 마이크로-LED의 상호 결합된 어레이를 갖는 신규한 LED를 제공하여 광의 적출을 개선시킨다. 마이크로 LED는 1㎛2∼2500㎛2의 범위의 보다 소규모의 활성 영역을 갖지만, 사이즈는 본 발명에 중요하지 않다. 마이크로 LED의 어레이는 전기적으로 상호 결합된 마이크로-LED의 분포이다. 이 어레이는 빛이 각각의 마이크로-LED로부터 탈출하는 넓은 표면 영역을 제공하여, LED로부터 의 가용한 빛을 증가시킬 수 있다. 이 신규한 LED는 많은 상이한 기하학적 형태를 갖고, 표준의 반도체 공정 기술을 이용하여 형성될 수 있기 때문에, 양산성이 매우 높다.
이 신규한 LED는 그 표면에 배치된 마이크로-LED를 갖는 전도성의 제1 스프레더층을 구비하고 있다. 각각의 마이크로-LED는 p형층, n형층 및 이 p형층과 n형층 사이에 개재된 활성층을 갖는다. p형층 또는 n형층 중의 어느 한쪽이 상층이고 나머지 하나는 하층이다. 제1 스프레더층에 인가된 전류는 각각의 마이크로-LED의 하층으로 스프레딩된다. 마이크로-LED 위에 제2 스프레더층이 포함되고 전류는 제2 스프레더층으로부터 상층으로 스프레딩된다. 바이어스가 제1 및 제2 스프레더층의 양단에 인가되면, 마이크로-LED는 빛을 방출한다.
제2 스프레더층의 일실시예는 마이크로-LED 위에 전도성의 경로를 갖고, 마이크로-LED의 상층과 접촉 상태에 있는 전도성의 상호 결합된 그리드형의 구조물이다. 상기 어레이 위에는 절연층이 포함되어 있고, 절연층상에는 그리드를 포함하고 있어, 제1 스프레더층을 그리드로부터 전기적으로 절연시킨다.
이와 달리, 마이크로-LED를 상호 결합하는데 플립-플롭 결합이 사용될 수 있다. 이 방법을 이용하면, 결합되지 않은 마이크로-LED 어레이가 최초 형성되고, 전기적으로 전도성인 재료에 결합되어 어레이를 상호 결합시킨다. 제3 실시예에서, 그리드는 마이크로-LED 위를 지나가고 P형, 활성 및 N형의 재료가 마이크로-LED 사이의 그리드의 전도성 경로 아래에 있어 그리드를 제1 스프레더층으로부터 전기적으로 절연시킨다. 이 그리드형의 구조물은 방출되는 빛이 작은 거리를 이동한 후에측벽과 상호 작용하도록 설계될 수 있다.
이 신규한 LED는 광 적출을 더욱 향상시키도록 마이크로-LED 사이에 배치되거나 마이크로-LED의 측면 상에 형성된 LEE를 구비할 수 있다. 이 LEE는 그밖의 경우에 표준의 LED 구조물내에서 TIR을 통해 갇히거나 흡수되게 될 빛을 재지향하거나 빛을 모으도록 작용한다. LEE의 형상은 광 적출 및 빛의 최종적인 출력 방향에 영향을 주는 구조의 형상을 갖고서 곡면(블록 또는 오목) 또는 구분적직선형일 수 있다. 마이크로-LED 사이에 배치된 LEE는 마이크로-LED의 측면으로부터 탈출한 빛과 상호 작용한다. 이러한 상호 작용은 LED로 다시 반사되어 흡수되는 것을 차단하는데 도움이 되어, LED로부터 가용한 빛을 증가시킬 수 있다.
본 발명의 이러한 특징 및 다른 추가의 특징과 이점은 첨부된 도면을 참조하여 다음의 상세한 설명으로부터 당업자에게 분명해질 것이다.
도 1 및 도 2는 본 발명에 따라 구성된 신규한 LED(10)의 일실시예를 도시하고 있다. 이 신규한 LED(10)는 마이크로-LED(12)의 어레이를 포함하고 있는데, 각각의 마이크로-LED(12)는 서로 격리되어 있고, 2 개의 상반된 도핑층(16, 18) 사이에 개재된 반도체 재료(14)의 자체의 활성층을 갖고 있다. 바람직한 마이크로-LED에서는, 상층(16)은 p형이고 하층(18)은 n형이지만, 이와는 상반되게 상층(16)과 하층(18)을 도핑할 수 있다.
또한, 신규한 LED는 전류를 n-접점 패드(22)에서 각각의 마이크로-LED의 하층(18)으로 스프레딩하는 제1 스프레딩층(20)을 구비하고 있다. 바람직한 실시예에서, 하층(18)은 n형이므로 접점 패드(22)는 n-접점 패드로 칭한다. 절연층(23)은 마이크로-LED 어레이 위에 증착되고, 각각의 마이크로-LED와, 이 마이크로-LED 사이의 갭내의 제1 스프레더층의 표면을 덮고 있다. 상호 결합된 전류 스프레딩 그리드(24)의 형태가 바람직한 제2 확산층은 절연층 상에 증착되고, 그리드의 전도성 경로는 마이크로-LED 위를 지나간다. p 접점(26)은 그리드(24) 상에 증착되고 전류는 그리드를 통해 접점에서 각각의 마이크로-LED(12)의 상층(16)으로 스프레딩된다. 바람직한 실시예에서, 상층(16)은 p형이므로, 접점(26)은 p 접점으로 칭한다.
구멍이 절연층을 통해 각각의 마이크로-LED의 상부에 형성되고, 마이크로-LED 접점(29)이 각각의 절연층의 구멍에 포함되어, 그리드(24)와 마이크로-LED의 상층(16) 사이에 접점을 제공한다. 마이크로-LED(구멍을 제외하고)와 제1 스프레더층의 표면은 절연층(23)에 의해 전류 스프레딩 그리드로부터 전기적으로 격리된다. 전체의 구조가 기판(28) 상에 형성되고 마이크로-LED들은 바이어스가 접점(22, 26) 양단에 인가될 때 빛을 방출하는 어레이를 형성한다. 또 다른 실시예에서, 투사 전도성 시트가 그리드(24)를 대신하여 제2 스프레더층으로서 이용된다.
신규한 LED(10)는 서로 격리된 마이크로-LED들에 의해 제공된 방출 표면 영역의 증가로 인하여 빛의 방출을 향상시킨다. 각각의 마이크로-LED의 활성층으로부터 발생된 빛은 단지 매우 짧은 거리 후에 마이크로-LED의 에지와 상호 작용한다. 만약 빛이 임계각내에 존재하다면, 빛은 마이크로-LED로부터 탈출하여 LED의 빛 방출에 기여한다. 신규한 LED는 LED 구조물에 특히 유용한데, 이 LED 구조물에서, 방출된 빛의 일부는 전류 스프레터 기판의 경계면에서의 내부 전반사(TIR)로 인하여 기판에 투과될 수 없다. 이것은 사파이어, AlN, 또는 MgO 기판 상의 GaN-계 LED에 대한 경우이다.
신규한 LED(10)는 최초로 기판(28) 상에 제1 스프레더층(20)을 증착함으로써 제조된다. 그후, n형, p형 및 활성층을 갖는 에피텍셜 성장한 LED 구조물이 이 제1 스프레더층(20) 상에 형성된다. 마이크로-LED들은 습식 화학 에칭, RIE, 이온 밀링 또는 반도체 재료를 제거하는데 사용되는 어떠한 다른 기술 등과 같은 반도체 에칭 기술을 사용하여 LED 구조물로부터 구조물의 일부를 에칭하여 분리시킴으로써 형성된다.
각각의 남아있는 마이크로-LED는 상반된 도핑층(16, 18)으로 둘러싸인 활성층을 갖는 독립적이고 전기적으로 절연된 소자를 형성한다. 마이크로-LED(12)의 형상 및 위치는 변화할 수 있지만, 각각의 마이크로-LED의 형상은 원통형이 바람직하다. 상기 내용으로 볼 때, 각각의 마이크로-LED는 1∼50 미크론의 직경을 갖는 원형인 것처럼 보인다. 마이크로-LED는 이 마이크로-LED의 가용 공간을 최대화하기 위해 근접하게 패킹하는 패턴으로 형성되는 것이 바람직하다. 인접한 마이크로-LED들 사이의 간격은 1∼50㎛의 범위에 있는 것이 바람직하지만, 이 간격이 본 발명에 중요하지는 않다. 절연층(23)은 증발, CVD 또는 스퍼터링 등과 같은 다양한 방법에의해 전체 구조물 위에 증착된다. 그후, 각각의 마이크로-LED(12) 위의 절연층(23)에서 오프닝을 에칭한다. 마이크로-LED 접점 및 전기적으로 전도성의 그리드가 표준 증착 기술에 의해 증착된다.
제1 스프레더층(20)은 기판 상에 증착된 전도층이거나, 또는 기판이 전도성인 경우에는 기판 자체이다. GaN-계 LED용으로 바람직한 전도성 기판은 GaN 또는 탄화 규소(Silicon Carbide)[SiC]를 포함하고 있다. SiC는 GaN 등과 같은 Ⅲ족 질화물에 훨씬 더 부합하는 결정 격자를 갖고 있어 결국 고질의 Ⅲ족 질화막이 될 수 있다. 또한, SiC는 매우 높은 열 전도성을 갖고 있기 때문에, SiC 상의 Ⅲ족 질화물 소자의 전체 출력 전력이 기판(사파이어 상에 형성된 일부 소자의 경우와 같이)에서의 열 손실로 인해 제한되지 않는다. SiC 기판은 미국 북캐롤리나주의 더럼에 소재하고 있는 Cree Research사로부터 입수 가능하고, 그 기판을 제조하는 방법은 과학 논문 뿐만 아니라 미국 재발행 특허 제34,861호, 미국 특허 제4,946,547 및 제5,200,022호에도 개시되어 있다.
기판이 전류 스프레딩층인 경우에, 하위 접점은 금속화에 의해 기판의 노출면 상에 증착될 수 있다. LED는 상층(16)으로서 p형 표면을 갖는 AlGaInN-계의 마이크로-LED(12)를 갖는 것이 바람직하다. 기판은 사파이어이고, 제1 스프레더층은 n형의 AlGaInN(또는 그 합금)이고, 금속화 접점은 Al/Ni/Au, Al/Ti/Au, 또는 Al/Pt/Au이다. 절연층(23)은 SiN, SiO2, 또는 AlN 등과 같은 많은 물질로 구성될 수 있지만, 이러한 물질로 제한되지는 않는다.
그리드(24)는 금속, 반금속 및 반도체를 구비하는 어떠한 전기적으로 전도성의 물질일 수 있다. 그리드는 Al, Ag, Al/Au, Ag/Au, Ti/Pt/Au, Al/Ti/Au, Al/Ni/Au, Al/Pt/Au 또는 그 결합물으로 구성될 수 있다. 이와 달리, 그리드는 Pd, Pt, Pd/Au, Pt/Au, Ni/Au, NiO/Au 또는 임의의 그 합금으로 구성될 수 있다. 그리드(24)는 많은 종래의 방법에 의해 신규한 LED 상에 증착될 수 있는데, 바람직한 방법은 증발 또는 스퍼터링이다. 바람직한 실시예에서, 전류 확산 그리드(24)의 경로는 1∼10㎛ 사이의 범위에 걸쳐있다. 마이크로-LED 접점(29)은 Pt, Pt/Au, Pd, Pd/Au, Ni/Au, NiO 또는 NiO/Au으로 구성될 수 있다. p 접점(26)은 상호 결합된 그리드(24) 상의 각종 위치에 증착되어 접점으로부터의 전류가 그리드 전체에 걸쳐 확산되도록 할 수 있다.
도 3은 본 발명에 따라 플립칩의 실장을 이용하여 구성한 LED(30)의 제2 실시예를 도시하고 있다. 상기한 바와 같이, 마이크로-LED(32)들은 완전한 LED 구조의 반도체 재료를 에칭하여 분리함으로써 어레이로 형성된다. 각각의 마이크로-LED(32)는 2 개의 상반된 도핑층으로 둘러싸인 활성층을 갖고 있다. 이 마이크로-LED의 배열 및 크기는 전술한 실시예와 유사하다. 그러나, 이 실시예에서, 각각의 마이크로-LED는 비스듬한 측면을 갖고 있고 그 상층은 그 하층보다 더욱 좁다. 이와 같이, 마이크로-LED 어레이는 기판(36) 상에 형성된 제1 스프레더층(34)에 형성된다. 절연층(38)은 마이크로-LED와 인접한 마이크로-LED들 사이의 제1 스프레더층의 표면을 덮고 있다. 각각의 마이크로-LED(32) 상에서, 상위 접점(40)에 대한 절연층내에 구멍이 포함되어 있다. 제2 스프레더층(42)은 상위 접점(40)을 상호 결합시키기 위해, 마이크로-LED 어레이의 전체를 덮고 있다.
마이크로-LED들의 맞은편에 있는 제2 스프레더층(42)의 표면은 결합 수단에 의해 서브마운트(46) 상의 반사적인 금속층(48)에 결합된다. 금속층(48) 상에는 p 접점(44)을 포함하고 있고 제2 접점에 인가된 전류는 제2 스프레더층을 통해 상위 접점(40)과 마이크로-LED(32)의 상층으로 스프레딩된다. 금속층(48) 내에는 절단부가 존재하고 n 접점(50)은 p 접점을 갖는 일부의 금속층으로부터 전기적으로 격리된 일부의 금속층(48) 상에 형성된다. 핑거(49)는 서브마운트와 제1 스프레더층 사이에 부착되고, 전류를 접점(50)으로부터 금속층(48)을 통하고, 핑거를 통해 제1 스프레더층(34)에 전도한다. 그후, 전류는 제1 스프레더층을 통해 마이크로-LED의 하층으로 스프레딩된다.
이 플립칩의 실시예에서, LED(50)로부터의 빛은 본래 기판(36)을 통해 방출된다. 제2 스프레더층(42)은 광학적으로 반사적이기 때문에, 마이크로-LED(32)로부터 제2 스프레더층(42)의 방향으로 방출된 빛은 LED의 기판(36)을 향하여 반사된다. 제2 스프레더층으로 Al 또는 Ag를 사용하는 것이 바람직하고 각각의 마이크로-LED(32)는 p형의 상층을 갖는 AlGaInN계이다. 각각의 상위 접점(40)은 Pt, Pt/Au, Pd, Pd/Au, Ni/Au, NiO, 또는 NiO/Au인 것이 바람직하다.
이 실시예는 마이크로-LED를 격리시킨 결과, 측벽과 방출된 빛과의 상호 작용을 증가시킬 수 있다. 마이크로-LED들 사이에 배치되는 제2 스프레더층(42)의 일부는 마이크로-LED로부터의 빛을 기판을 향해 반사함으로써 LEE로서 기능한다. 또한, 이 구성은 서브마운트를 통해 신규한 LED 칩으로부터의 열전달을 개선시킬 수 있다.
도 4 및 도 5는 제1 스프레더층을 제2 스프레더층으로부터 격리시키기 위해 절연층을 갖지 않은 신규한 LED(51)의 또 다른 실시예를 도시하고 있다. 그 대신, 마이크로-LED(52)는 상호 결합된 그리드(54)의 전도성 경로(53)에 의해 인접한 마이크로-LED에 결합되고, 여기서 전도성 경로는 그 밑에 반도체 재료를 갖고 있다. 그리드(54)의 각각의 오프닝(55)은 LED(50) 제조시에 LED 구조물로부터 반도체 재료를 에칭한 영역이다. 그 구조물의 일부는 마이크로-LED(52)로서 그리드(54) 아래에 남아있고, 반도체 재료로서 마이크로-LED들 사이의 그리드 경로(53) 아래에 남아있다. 그리드 경로 아래의 마이크로-LED들과 반도체 재료는 두개의 상반된 도핑층으로 둘러싸인 활성층을 포함하고, 전체의 구조물은 제1 스프레더층(56)과 기판(58) 상에 형성된다.
제1 접점(60)은 제1 스프레더층 상에 증착되어 전류를 마이크로-LED들의 하층에 공급하고, 전류 스프레딩 그리드 상에는 제2 접점(62)을 포함하여 전류를 마이크로-LED의 상층에 스프레딩한다. 바이어스를 접점(60, 62)의 양단에 인가하면, 전도성 경로 아래의 마이크로-LED들과, 반도체 재료에 전류가 공급되고, 이 모든 전류는 빛을 방출시킨다. 빛이 경로 아래의 마이크로-LED 재료의 측면으로부터 탈출하여, 내부 전반사를 피할 수 있다. 따라서, 이 기술은 일반적으로 임의의 기판 상의 임의의 LED 구조물에 적용될 수 있고 표준의 프로세싱 기술로 구현될 수 있다.
LED(51)는 최초로 기판(58) 상에 제1 스프레더층(56)을 증착하고, 전류 스프레더층(56)을 덮는 연속적인 LED 구조물을 형성함으로서 제조된다. 그리드(54)는LED 구조물 상에 증착되고 그리드 오프닝 내에 보이는 LED 구조물의 일부는 습식의 화학적 에칭, 반응성의 이온 에칭(RIE), 이온 밀링, 또는 반도체 재료를 제거하는데 이용되는 임의의 다른 기술 등과 같은 다양한 방법에 의해 에칭된다. LED 구조물의 일부는 또한 에칭되어 접점 패드(60)용 영역을 제공하여, 접점 패드(60, 62)가 증착된다. 그리드(54)는 금속, 반금속, 반도체 또는 그 결합물을 포함하지만, 이것으로 제한되지 않는 어떠한 전기적으로 전도성인 재료로 구성될 수 있다. 마이크로-LED들은 각각의 마이크로-LED의 상층(55)이 p형의 AlGaInN 이거나 어떠한 그 혼합물인 GaN-계가 바람직하고, 그리드(54)는 Ni, Pd, Au, Pt 또는 어떠한 그 결합물 등과 같은 얇은 금속으로 구성되는 것이 바람직하다.
도 4에서 실선은 마이크로-LED들 중의 하나와, 이하에서 더욱 분명히 설명하는 바와 같이 광의 적출을 더욱 향상시키기 위해 LEE가 포함될 수 있는 마이크로-LED의 주변 영역을 나타내고 있다.
도 6 및 도 7은 상이한 마이크로-LED와 그리드 패턴(72, 82)을 갖는 신규한 LED의 2 개의 추가 실시예(70, 80)를 도시하고 있다. 각 실시예는 각각의 하위 스프레딩 접점(73, 83)을 갖고 있다. 도 6에서, 마이크로-LED(74)들은 십자형으로 상호 결합되어 있고, 전류는 다양한 경로를 통해 각각의 마이크로-LED로 스프레딩된다. 각각의 경로는 제1 스프레더층으로부터 격리시키기 위해 그 아래 반도체 재료를 갖고 있다. 그리드(72)는 빛의 상호 작용을 위해 정사각형 어래이 패턴의 오프닝을 제공한다.
그리드(54)는 그리드(72)보다 이점을 갖고 있다. LED(70)에서, TIR 빛은 그리드의 많은 전도성 경로 중의 하나에 반사될 수 있고 마이크로-LED 중의 어느 하나의 표면과 상호 작용없이도 LED내에 반사될 수 있다. 그리드 또는 언더라잉층 내에 나타나는 광학적 손실은 신규한 LED의 최종 에지에서 탈출할 수 있기 전에 이 TIR 빛의 일부가 흡수되도록 할 것이다. 이 그리드(54)는 마이크로-LED로부터 방출되는 빛이 단지 짧은 거리(겨우 2 개의 마이크로-LED의 길이)의 이동 후에 측면에 도달할 것이기 때문에 상기 문제를 줄일 수 있어, 소자로부터의 빛을 증가시킬 수 있다.
도 7에서, 마이크로-LED들은 랜덤한 형상으로 랜덤하게 상호 결합된 경로를 갖고 있다. 또한, 이 경로는 아래에 반도체 재료를 갖고 있다. 랜덤한 패턴은 그리드 오프닝 중의 어느 하나에서 마이크로-LED 중의 어느 하나와 직면하기 전에 TIR이 이동하는 경로의 수를 감소시킨다. 이와 같이, 도 6 및 도 7에서의 마이크로-LED들 주변의 대시 라인은 이하에서 더욱 상세히 설명되는 바와 같이, 그 주변에 LEE를 갖는 마이크로-LED(76, 86)를 도시하고 있다.
오프닝 사이즈와 오프닝 사이의 거리는 1㎛∼30㎛ 사이가 바람직하지만, 이보다 크거나 이보다 작을 수도 있다. 마이크로-LED 에지와 빛의 상호 작용의 특성이 어떠한 조건도 필요로 하지 않기 때문에, 오프닝 패턴은 비주기적이거나 또는 주기적일 수 있다. p형의 AlGaInN층의 바람직한 실시예에서, 그리드 오프닝은 1㎛∼20㎛ 사이에 있고 마이크로-LED는 1㎛∼30㎛ 사이의 폭을 갖는다.
이전의 3 개의 실시예 모두에서 마이크로-LED들 사이에 LEE로 집적되어 빛의 방출을 더욱 증가시킬 수 있다. LEE는 마이크로-LED의 측면 또는 제1 스프레더층이나 이 제1 스프레더층을 갖지 않는 상기 실시예에서의 전도성 기판의 표면에 형성될 수 있다.
도 8은 본 발명의 실시예로서 포함되는 복수의 다른 LEE 형상을 도시하고 있지만, 이와 다른 LEE 형상이 사용될 수 있고 본 발명의 범위가 도시한 형상들로만 제한되지 않는다. LEE(82, 84, 86)는 곡면을 갖고 있는 반면에, LEE(88, 90, 92, 94)는 구분적인 직선면을 갖고 있다. 이와 달리, LEE는 빛 디스퍼서(disperser)로서 작용하는 랜덤하게 울퉁불퉁한 층일 수 있다.
LEE는 습식의 화학적 에칭, RIE, 또는 이온 밀링 등과 같은 표준의 에칭 기술에 의해 형성될 수 있다. 바람직한 실시예에서, LEE는 제거할 수 있는 에치 마스크로서 상업적으로 입수 가능한 폴리머(UV 또는 전자빔에 민감한 포토레지스터 등)를 사용하여 형성된다. 이 폴리머는 최초로 증착되고 정사각형 형태의 에지로 패터닝된다. 이 폴리머는 폴리머 에지의 정사각형 형상을 직선형 또는 곡면형으로 만들기 위한 온도로 가열되고 유리와 같이 환류(reflow)된다. 이 폴리머 두께, 패턴 형상, 가열 온도 및 가열 시간은 에지의 형상을 결정할 것이다. 이 패턴은 RIE를 갖는 AlGaInN계 마이크로-LED에 적용될 것이다. 직선형 및 곡면형의 LEE는 이 방법에 의해 쉽게 가공되고, 구분적 직선형의 LEE는 제거할 수 있는 복수의 마스크를 이용하여 쉽게 형성될 수 있다.
LEE를 형성하는 제2 기술은 음극성의 자외선에 노출가능한 포토레지스트를 사용하는 것이다. 최초, 포토레지스트는 특정한 노출 시간동안 노출되고 음극성을 발성하도록 처리된다. 그후, 포토레지스트를 현상하여 프로파일 내에 언더컷의 곡면 또는 직선형의 형상을 생성한다. 이 패턴은 드라이 에칭 기술을 통해 반도체 재료에 적용될 수 있다. 양쪽 실시예에서, 드라이 에칭 상태는 또한 반도체 재료 내의 렌즈의 최종적인 형상에 영향을 줄 것이다.
도 9∼도 15는 광 적출을 향상시키기 위해 다양한 방법으로 마이크로-LED 어레이 내에 집적된 LEE를 갖는 신규한 LED의 실시예를 도시하고 있다. 이 실시예는 LEE를 본 발명에 따라 이용할 수 있는 소수의 가능한 방법을 나타내고 있는데, 본 발명의 범위가 이러한 실시예들로 제한되지는 않는다.
도 9는 도 4 및 도 5에서의 LED(50)와 유사하지만, 마이크로-LED(104)들 사이에 LEE(101, 102, 103)를 갖고 있는 신규한 LED(100)를 도시하고 있다. 이 LEE(101, 102, 103)는 마이크로-LED의 측면을 통해 지향하는 빛이 LEE를 벗어나 반사되고 기판으로부터 벗어나 패키지로 재지향하도록 할 수 있다. TIR을 통해 기판(108)과 제1 스프레더층(106) 사이의 경계면으로부터 벗어나 반사되는 광선은 LEE(101, 102, 103)와 상호 작용하여 패키지로 탈출하여, 빛의 출력을 더욱 높일 수 있다. 도 8에 도시된 LEE는 신규한 LED 상에 증착되거나 신규한 LED로 프로세싱될 수 있다. 전술한 바와 같이, LEE의 깊이는 또한 변화할 수 있지만, 0.5㎛∼10㎛ 의 범위에 있는 것이 바람직하다.
도 10은 도 9의 LED(100)와 유사하지만, 마이크로-LED(113)들 사이에 랜덤하게 울퉁불퉁한 분사형의 LEE(112)를 갖는 신규한 LED(110)를 도시하고 있다. 빛이 울퉁불퉁한 층과 상호 작용함으로써 TIR 빛이 임계각 내의 표면에 도달하고 흡수되기 전에 탈출하도록 할 수 있다. 바람직한 실시예에서, 울퉁불퉁한 표면을 에치 마스크로서 폴리스틸렌 또는 실리카 마이크로스피어를 사용함으로서 형성하여, 반도체를 약간 울퉁불퉁하게 한다. 랜덤하게 울퉁불퉁한 표면의 깊이 및 폭은 20㎚∼500㎚에 지나지 않는데, 사이즈는 LED에 의해 발생되는 빛의 파장과 비슷한 것이 바람직하다.
도 11은 도 10의 LED(110)와 유사하지만, 마이크로-LED내에 전류 차단층을 포함하고 있는 신규한 LED(120)를 도시하고 있다. 전류 차단층(122)은 전류 흐름을 분사형의 LEE(124) 아래로 지향하여, 빛이 LEE와 상호 작용하고 탈출할 가능성을 증가시킨다.
마이크로-LED들 사이에 LEE를 형성하는 다른 방법으로 LEE를 마이크로-LED 의 측면에 바로 형성할 수 있다. 도 12는 도 9, 도 10 및 도 11에서의 LED와 유사하지만, 각각의 마이크로-LED의 측면에 바로 형성된 다양한 LEE(131∼133)를 갖는 신규한 LED(130)를 도시하고 있다. LEE는 전술한 방법과 동일한 방법을 사용하여 형성할 수 있다. 마이크로-LED의 측면을 향하여 이동하는 빛은 제1 스프레더층(135) 또는 마이크로-LED(132)를 통해 기판(134)의 표면으로부터 벗어나 탈출할 수 있는 방향으로 재지향된다. 기판(134)으로부터 재반사되는 빛은 또한 마이크로-LED의 에지로 인하여 탈출 가능성이 증가한다.
도 13은 곡면의 LEE(142)가 마이크로-LED(144) 측면에 형성되는 신규한 LED(140)를 도시하고 있다. 곡면의 LEE(142)는 LED 빛을 더욱더 잘 규정된 방향으로 모을 수 있는 추가의 이점을 제공한다. LEE(142)의 깊이 및 폭은 변화할 수 있는데, LEE의 깊이는 0.1㎛∼50㎛ 사이에 있는 것이 바람직하다.
2 개의 추가의 실시예가 도 14 및 도 15에 도시되어 있다. 도 14는 마이크로-LED(154)의 측면상의 곡면의 LEE(152)와, 마이크로-LED(154)들 사이의 완전히 곡면인 LEE(156)의 결합체를 갖는 신규한 LED(150)를 도시하고 있다. 이 LEE는 LED 패키지로부터 빛을 굴절시키고 반사시킴으로써 광의 적출을 향상시키도록 작용한다.
도 15는 도 3에 도시된 실시예와 유사한 플립칩 실장을 이용하는, 마이크로-LED(164)의 측면 상에 곡면의 LEE(162)를 갖는 신규한 LED(160)를 도시하고 있다. 제2 스프레더층(164)은 반사적이고 기판(166)은 우선적인 방출 표면이다. LEE(162)와 제2 스프레더층(164)의 일부는 기판을 통해 LED 패키지로부터 빛을 굴절시키고 반사시킴으로써 광의 적출을 향상시키도록 작용한다.
본 발명이 바람직한 특정의 구성예로 상세히 설명되었지만, 다른 버전이 사용 가능하다. 예를 들어, 어레이 내의 마이크로-LED의 하층은 접촉 상태에 있을 수 있다. 빛 적출 구조물은 많은 상이한 결합체에 사용될 수 있고, 많은 상이한 형상 및 사이즈일 수 있다. 또한, 전술한 LED 구조물은 상반된 도핑층 사이에 개재된 하나 이상의 활성층을 가질 수 있다. 따라서, 첨부된 청구항의 기술적 범주 및 사상은 전술한 바람직한 실시예로 제한되지 않는다.

Claims (38)

  1. 광의 적출을 강화시킨 발광 다이오드(LED)에 있어서,
    전도성의 제1 스프레더층(20)과,
    상기 제1 스프레더층(20)의 표면 상에 분리하여 배치된 복수의 마이크로 발광 다이오드(마이크로-LED)(12)-상기 각각의 마이크로 LED는 p형층(16)과, n형층(18)과, 상기 p형층(16)과 상기 n형층(18) 사이에 개재된 활성층(14)을 포함하고, 여기서, 상기 p형층 또는 n형층 중의 어느 하나는 상층이고 나머지 하나의 층은 하층이고, 전류는 상기 제1 스프레더층(20)으로부터 상기 하층으로 스프레딩됨-과,
    상기 마이크로-LED(12) 위에 제2 스프레더층(24)을 포함하고,
    전류는 상기 제2 스프레더층(24)으로부터 상기 상층으로 스프레딩되고, 바이어스가 상기 제1 스프레더층(20)과 상기 제2 스프레더층(24)의 양단에 인가되어, 상기 마이크로-LED(12)가 빛을 방출하도록 하는 발광 다이오드.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 스프레더층(20)은 전도성의 기판인 것인 발광 다이오드.
  3. 제1항에 있어서, 상기 마이크로-LED(12)의 맞은편에 있는 상기 제1 스프레더층(20)의 표면에 인접해 있는 기판(28)을 더 포함하는 것인 발광 다이오드.
  4. 제3항에 있어서, 상기 기판(28)은 절연성이고 상기 제1 스프레더층(20)은 에피텍셜 증착된 반도체 재료인 것인 발광 다이오드.
  5. 제1항에 있어서, 상기 마이크로-LED(12)와, 상기 마이크로-LED(12)들 사이의 상기 제1 스프레더층(20)의 표면을 덮고 있는 절연층(23)을 더 포함하고, 상기 절연층(23)은 상기 제2 스프레더층(24)과 상기 마이크로-LED(12) 사이에 배치되는 것인 발광 다이오드.
  6. 제5항에 있어서, 상기 절연층(23)은 각각의 상기 마이크로-LED(12) 위에 구멍을 갖고, 상기 제2 스프레더층(24)은 상기 구멍을 통해 각각의 상기 마이크로-LED(12)와 접촉하고 있는 것인 발광 다이오드.
  7. 제6항에 있어서, 상기 제2 스프레더층(24)은 투사 전도성 재료의 시트인 것인 발광 다이오드.
  8. 제6항에 있어서, 상기 제2 스프레더층(24)은 복수의 상호 결합된 전도성 경로를 갖는 상호 결합된 전류 스프레딩 그리드이고, 각각의 상기 마이크로-LED(12)는 그 위에 하나 또는 그 이상의 전도성 경로를 갖고 상기 구멍을 통해 상기 상층과 접촉하고 있는 것인 발광 다이오드.
  9. 제6항에 있어서, 상기 제2 스프레더층(24)은 전기적으로 전도성의 재료인 것인 발광 다이오드.
  10. 제1항에 있어서, 상기 마이크로-LED(12)로부터 탈출하는 빛과 상호 작용하도록 상기 마이크로-LED(12)에 집적되어 상기 LED로부터 광의 적출을 향상시키는 광적출 소자(LEE)(82, 84, 86, 88, 90, 92, 94)를 더 포함하는 것인 발광 다이오드.
  11. 제10항에 있어서, 상기 LEE(101, 102, 103)는 상기 마이크로-LED(104)들 사이에 배치되는 것인 발광 다이오드.
  12. 제10항에 있어서, 상기 LEE(101, 102, 103)는 상기 마이크로-LED(104)들 사이에서 상기 제1 스프레더층(106)의 표면 상에 배치되는 것인 발광 다이오드.
  13. 제10항에 있어서, 상기 LEE(131, 132, 134)는 상기 마이크로-LED(104)의 측면에 집적되는 것인 발광 다이오드.
  14. 제10항에 있어서, 상기 LEE(152, 156)는 상기 마이크로-LED(154)의 측면 상에 집적되고 상기 마이크로-LED(154)들 사이에 배치되는 것인 발광 다이오드.
  15. 제10항에 있어서, 상기 LEE(82, 84, 86)은 곡선 표면을 갖는 것인 발광 다이오드.
  16. 제10항에 있어서, 상기 LEE(88, 90, 92)는 직선 표면 또는 구분적인 직선 표면을 갖는 것인 발광 다이오드.
  17. 제10항에 있어서, 상기 LEE(112)는 랜덤하게 울퉁불퉁한 표면(randomly roughened surface)을 갖는 것인 발광 다이오드.
  18. 제1항에 있어서, 상기 제1 스프레더층 및 상기 제2 스프레더층(20, 24) 상에 배치된 각각의 전기적 접점(22, 26)을 더 포함하고, 바이어스가 상기 접점의 양단에 인가되어 상기 활성층(14)이 빛을 방출하도록 하는 것인 발광 다이오드.
  19. 제6항에 있어서, 상기 제2 스프레더층(42)은 상기 마이크로-LED(32) 위에 증착된 반사성 금속층이고, 상기 LED는 상기 마이크로-LED(32)의 맞은편에 있는 상기 제1 스프레더층(34)의 표면에 인접해 있는 기판(36)과, 상기 금속층(48)에 부착된 서브마운트층(46)을 더 포함하고, 상기 LED의 기판(36)은 우선적인 빛 방출 표면이 되는 것인 발광 다이오드.
  20. 제19항에 있어서, 상기 서브마운트(46)와 상기 제1 스프레더층(34) 사이의전도성 핑거(49)와, 상기 전도성 핑거(49)에 결합된 상기 서브마운트(46) 상의 제1 접점(50)과, 상기 금속층(48)에 결합된 상기 서브마운트(46) 상의 제2 접점(44)을 더 포함하고, 바이어스가 상기 접점(44, 50)의 양단에 인가되면 상기 마이크로-LED(32)는 빛을 방출하는 것인 발광 다이오드.
  21. 제1항에 있어서, 상기 마이크로-LED(12)의 하층이 결합되고, 상기 활성층 및 상층은 결합되지 않는 것인 발광 다이오드.
  22. 제1항에 있어서, 상기 제2 스프레더층은 상기 마이크로-LED(52)들 사이에 전도성 경로(53)를 갖는 상호 결합된 전류 스프레딩 그리드(54)이고, 상기 LED는 마이크로-LED들 사이의 상기 전도성 경로(53) 아래에 반도체 재료를 포함하고, 상기 반도체 재료는 상기 제1 스프레더층(56)을 상기 전도성 경로(53)로부터 전기적으로 절연시키는 것인 발광 다이오드.
  23. 제22항에 있어서, 상기 반도체 재료는 두개의 상반된 도핑층(16, 18) 사이에 개재된 활성층(14)을 포함하는 것인 발광 다이오드.
  24. 제1 스프레더층(18)과,
    상기 제1 스프레더층(18) 상에 배치된 발광 소자(12)의 어레이와,
    상기 발광 소자(12)의 어레이 위에 배치된 제2 스프레더층(24)-여기서, 상기제1 스프레더층(20)은 상기 제2 스프레더층(24)으로부터 전기적으로 절연되어 있음-과,
    상기 제1 스프레더층(20) 및 상기 제2 스프레더층(24) 상의 각각의 제1 접점 (22) 및 제2 접점(26)을 포함하고,
    바이어스가 상기 접점(22, 26)의 양단에 인가되어 상기 방출 소자(12)의 어레이가 빛을 방출하도록 하는 발광 다이오드.
  25. 제24항에 있어서, 상기 발광 소자(12)는 마이크로-LED이고, 각각의 마이크로-LED는 두개의 상반된 도핑층(16, 18) 사이에 개재된 활성층(14)을 갖는 것인 발광 다이오드.
  26. 제24항에 있어서, 상기 2 개의 상반된 도핑층(16, 18)은 p형층 및 n형층이고, 상기 p형층 또는 n형층 중의 어느 하나의 층은 상기 제1 스프레더층(20)에 인접한 하층이고 나머지 하나의 층은 상기 제2 스프레더층(24)에 인접한 상층이고, 상기 제1 스프레더층(20)으로부터의 전류는 상기 하층으로 유입되고, 상기 제2 스프레더층(24)으로부터의 전류는 상기 상층으로 유입하는 것인 발광 다이오드.
  27. 제24항에 있어서, 상기 발광 소자(12)의 맞은 편에 있는 상기 제1 스프레더층(20)의 표면에 인접해 있는 기판(28)을 더 포함하는 것인 발광 다이오드.
  28. 제24항에 있어서, 상기 제2 스프레더층(24)은 상기 발광 소자(12)를 덮고 상기 발광 소자(12) 사이의 복수의 상호 결합된 전도성 경로를 갖는 상호 결합된 전류 스프레딩 그리드인 것인 발광 다이오드.
  29. 제24항에 있어서, 상기 제2 스프레더층(24)은 투사 전도성 재료의 시트인 것인 발광 다이오드.
  30. 제28항에 있어서, 상기 발광 소자(12)와, 상기 발광 소자(12) 사이의 상기 제1 스프레더층(20)의 표면을 덮고 있는 절연층(23)을 더 포함하고, 상기 제2 스프레더층(24)은 상기 절연층(23) 상에 배치하고, 상기 절연층(23)은 상기 제1 스프레더층(20)을 상기 제2 스프레더층(24)으로부터 전기적으로 절연하는 것인 발광 다이오드.
  31. 제30항에 있어서, 상기 절연층(23)은 각각의 상기 발광 소자 위에 구멍을 갖고, 상기 제2 스프레더층(24)은 상기 구멍을 통해 각각의 상기 발광 소자(12)와 접촉하고 있는 것인 발광 다이오드.
  32. 제31항에 있어서, 각각의 상기 발광 소자(12)는 그 위에 하나 또는 그 이상의 전도성 경로를 갖고, 상기 구멍을 통해 상기 발광 소자와 접촉하고 있는 것인 발광 다이오드.
  33. 제28항에 있어서, 상기 발광 소자(52) 사이의 상기 전도성 경로(53) 아래에 반도체 재료를 더 포함하고, 상기 반도체 재료는 상기 제1 스프레더층(56)을 상기 전도성 경로(53)로부터 전기적으로 절연시키는 것인 발광 다이오드.
  34. 제33항에 있어서, 상기 반도체 재료는 두개의 상반된 도핑층(16, 18)에 의해 둘러싸인 활성층(14)을 포함하는 것인 발광 다이오드.
  35. 제24항에 있어서, 상기 방출 소자(104)로부터 방출되는 빛을 재지향하기 위해 상기 발광 소자 사이에 광 적출 소자(101, 102, 103)를 더 포함하는 것인 발광 다이오드.
  36. 제24항에 있어서, 상기 발광 소자(104)로부터 방출되는 빛을 재지향하기 위해 상기 발광 소자(104)의 측면 상에 광 적출 소자(131, 132, 134)를 더 포함하는 것인 발광 다이오드.
  37. 제1 스프레더층(56)과,
    상기 제1 스프레더층(56) 상에 배치된 마이크로-LED(52)의 어레이-여기서, 상기 제1 스프레더층(56)에 인가된 전류는 상기 마이크로-LED(52)에 스프레딩됨-와,
    상기 마이크로-LED(52) 위에 배치된 상호 결합된 전류 스프레딩 그리드(54)-여기서, 상기 그리드는 상기 마이크로-LED(52)들 사이에 전도성 경로(53)를 갖고, 상기 그리드(54)에 인가된 전류는 상기 마이크로-LED(52)로 스프레딩됨-와,
    마이크로-LED(52)들 사이의 상기 전도성 경로(53) 아래의 반도체 재료-여기서, 상기 반도체 재료는 상기 제1 스프레더층(56)을 상기 전도성 경로(53)로부터 전기적으로 절연시킴-와,
    상기 제1 스프레더층 및 제2 스프레더층(56, 54) 상의 각각의 제1 접점 및 제2 접점(60, 62)을 포함하고,
    바이어스는 상기 접점(60, 62)의 양단에 인가되어 상기 마이크로-LED(52)의 어레이가 빛을 방출하도록 하는 발광 다이오드.
  38. 제37항에 있어서, 상기 반도체 재료는 두개의 상반된 도핑층(16, 18) 사이에 개재된 활성층(14)을 포함하는 것인 발광 다이오드.
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